模态分析报告实验报告材料.doc

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《机械工程测试技术》
综合实验报告
实验项目名称：机械结构固有模态
实验班级： 机械32
实验小组成员
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（学号）：豪2130101047唯2130101048
亮2130101049景世钊2130101033
王汝之2130101042朱金格2130101028
实验小组组长：豪
实验报告日期： 15/12/12
实验目的：
针对机械结构（简支梁、悬臂梁、圆盘）的固有模态进行分析，了解几种常用的结构动态特性激励方法，掌握机械结构固有模态的测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号分析方法和技术。
实验原理：
模态分析方法及其应用：
模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识别），从而大大地简化了系统的数学运算。通过实验测得实际响应来寻示相应的模型或调整预想的模型参数，使其成为实际结构的最佳描述。主要应用有：用于振动测量和结构动力学分析。可测得比较精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算模型更趋完善和合理。 用来进行结构动力学修改、灵敏度分析和反问题的计算。用来进行响应计算和载荷识别。
模态分析基本原理：
工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分布的性质，只有掌握无限多个点，在每瞬时的运动情况，才能全面描述系统的振动。因此，理论上它们都属于无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。但实际上不可能这样做，通常采用简化的方法，归结为有限个自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为由一些集中质块和弹性元件组成的模型。模态分析是在承认实际结构可以运用所谓
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“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”，是一种参数识别的方法。模态分析的实质，是一种坐标转换。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。
实验容：
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。目前主要有多输入单输出（MISO）、单输入多输出（SIMO）两种方法。本次试验采用多输入单输出（MISO）方式
（2）数据采集。锤子端部安装压力传感器，梁上分别部署加速度传感器和电涡流传感器分别测试，传感器先经过电荷放大再接入采集系统，经过调理的信号输入计算机由软件进行处理并计算出结果显示。
（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、振形动画 ：参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。由于结构复杂，由许多自由度组成的振形也相当复杂，必须采用动画的方法，将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。 
数据处理：
简支梁模态测试
简支梁如下图所示，长（x 向）680mm，宽（y 向）50mm，高（z 向）8mm。欲使用多点敲击、单点响应方法做其 z 方向的振动模态
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测点的确定 简支梁在 y、z 方向尺寸和 x 方向（尺寸）相差较大，可以简化为杆件，所以只需在 x 方向顺序 布置若干敲击点即可（本例采用多点移步敲击、单点响应方法），敲击点的数目视要得到的模态的阶 数而定，敲击点数目要多于所要求的阶数，得出的高阶模态结果才可信。此例中在 x 方向把梁分成 十六等份，即可以布十七个测点。选取拾振点时要尽量避免使拾振点在模态振型的节点上，此处取 拾振点在第六个敲击点处（或选取第三点作为拾振点）。
仪器连接 仪器连接如下图所示，其中力锤上的力传感器接 INV1601B 实验仪第一通道的电荷输入端，压 电加速度传感器接 INV1601B 实验仪第二通道的电荷输入端，两个通道的 INV1601B 实验仪的输入 选择相应地调到压电加速度一端。
加速度传感器测量结果：
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模态参数
第一阶
第二阶
第三阶