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模态分析模态分析的目的是想办法提高结构的特征频率, 现在的手段就是改变、优化设计尺寸和设法减小结构的质量。任何物体都有自身的固有频率, 也称特征频率, 用系统方程描述后就是矩阵的特征值。很多工程问题都要涉及系统特征频率问题。一个目的是防止共振、自激振荡之类的事故发生。历史上有名的事件就是, 步兵按统一步伐过大桥, 结果把大桥震塌了。飞机飞行时更要注意频率问题了, 避免与气流共振, 风洞试验就是测试这种力学结构问题的。模态分析是研究结构动力特性一种近代方法, 是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性, 每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得, 这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模记分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数, 称为试验模态分析。通常, 模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性, 就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先, 将结构物在静止状态下进行人为激振, 通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换( FFT )分析,得到任意两点之间的机械导纳函数( 传递函数)。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合, 识别出结构物的模态参数, 从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下, 就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。近十多年来, 由于计算机技术、 FFT 分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展, 试验模态分析得到了很快的发展, 受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中,大致均可分为四个基本过程: (1 )动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析 1 )激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励, 采集各点的振动响应信号及激振力信号, 根据力及响应信号, 用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同, 相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出( SISO )、单输入多输出( SIMO )多输入多输出( MIMO ) 三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机(包括白噪声、宽带噪声或伪随机) 、瞬态激励(包括随机脉冲激励)等。 2 )数据采集。 SISO 方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号,用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。 SIMO 及 MIMO 的方法则要求大量通道数据的高速并行采集, 因此要求大量的振动测量传感器或激振器,试验成本较高。 3) 时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。(2) 建立结构数学模型根据已知条件, 建立一种描述结构状态及特性的模型, 作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线