大型结构件模态试验方法
gjb 2706-1996 结构模态试验方法
gjb 2706-1996 结构模态试验方法
GJB 2706-1996结构模态试验方法主要用于确定飞行器结构的模态参数。
这个标准涉及到的测试技术主要有自由振动测试和激振器激励测试。
在自由振动测试中，通过测量结构在无外力作用下的振动响应，得到结构的自振频率和阻尼比。
激振器激励测试则是通过外部激励源对结构施加周期性激励，然后测量结构的响应，从而得到结构的模态频率和模态阻尼比。
这个标准还规定了模态试验的测试环境、测试设备、测试步骤和数据处理方法等。
在进行模态试验时，需要保证测试环境相对安静，测试设备的精度和稳定性符合要求，测试步骤科学合理，数据处理方法准确可靠。
GJB 2706-1996结构模态试验方法在飞行器研制过程中具有重要的意义，通过该方法可以获得飞行器结构的动力学特性参数，为飞行器的设计和优化提供重要的参考依据。
同时，该标准也是保证模态试验质量的重要保障，有助于提高飞行器的可靠性和安全性。
锤击法模态实验法
锤击法简支梁模态实验一、实验目的1、测定直杆模态参数；2、模态分析原理及测试分析方法。
二、实验仪器安装示意图三、实验原理1、模态分析方法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求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。
可以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，使计算机模型更趋于完善和合理。
2、模态分析基本原理（略）3、模态分析方法和测试过程（1）激励方法为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。
然后建立结构模型，采用适当的方法进行模态拟合，得到各阶模态参数和相应的模态振型动画，形象地描述出系统的振动型态。
根据模态分析的原理，实际应用时，在结构较为轻小，阻尼不大的情况下，常用锤击法激振，即单击拾振法。
（2）结构安装方式在测试中使结构系统处于什么状态，是试验准备工作的一个重要方面。
本实验使试件处于自由状态。
即使试验对象在任一坐标上都不与地面相连接，自由地悬浮在空中。
如放在很软的泡沫塑料上或用很长的柔索将结构吊起而在水平方向激振，可认为在水平方向处于自由状态。
如果在我们所关心的是实际情况支承条件下的模态，这时，可在实际支承条件下进行试验，放在很软的泡沫上。
四、实验设备DH132型压电式加速度传感器 DH5923动态信号测试分析仪 LC13F02型力锤DHDAS控制分析软件五、实验步骤横梁如图下图所示，长（x向）500mm，宽(y向)40mm，欲使用多点敲击、单点响应方法做其z 方向的振动模态，可按以下步骤进行。
梁的结构示意图和测点分布示意图（1）测点的确定此梁在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（采用多点敲击、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。
模态分析多种方法
模态分析 - 简介专业模态分析，包含多种经典和最新理论方法，支持各种模态试验方法。
目前已经在国防军工、教学科研、土木建筑、机械、铁路交通等各行业得到了非常广泛的应用，成功完成了大量的模态试验任务，包括航天器、军械、卫星、汽车、桥梁、井架、楼房等等，受到广大用户的高度评价.主要特点* 模态类型可完成位移模态和应变模态的试验分析,可直接输出含有模态质量、刚度、阻尼、留数、振型、相关矩阵校验系数的模态分析报告。
* 多种方法支持各种试验方法，SIMO(单输入多输出)、MISO(多输入单输出)、MIMO(多输入多输出)、ODS(运行状态变形)、OMA(环境激励模态)等* 变时基专利技术，可进行大型低频结构的脉冲激励模态试验。
* 自动化模态分析（一键求模态）领先技术利用创新的模态指示函数，一键即可得到专家级的模态分析结果* 可视化结构生成和彩色三维振型动画（点击进入详细介绍）结构输入：可视化的CAD输入系统，点击鼠标即可完成振型动画：三维彩色动画，多模态多视图旋转显示，输出AVI文件* 仿真分析可以进行板、梁的仿真模态分析，适合于模态分析理论的教学和学习。
1.基本模态软件基本部分可完成位移模态分析，支持SIMO、MISO、OMA方法，具有变时基专利技术，可视化的结构生成和彩色振型动画显示，以及仿真分析功能。
模态拟合方法提供六种频域方法和ERA特征值实现算法，ERA方法既可以完成激励可测的经典模态分析，又可以进行激励不可测的环境激励模态分析。
2. 时域法模态分析（适合于环境激励模态）(选件)三种时域拟合方法(随机子空间法SSI,特征系统实现算法ERA,复指数法Prony)，更适合大桥楼房等环境激励模态3.EFDD模态分析（适合于环境激励模态）(选件)增强的频域分解法，国际最新发展的方法，分析过程简明，操作简单，不易产生虚假模态。
4. PPM和PZM法模态分析（适合于环境激励模态）(选件)PPM功率谱多项式分解方法，为东方所独创提出，利用单个自功率谱曲线即可识别出密集模态的频率和阻尼，采用遗传算法，其精度高于EFDD法。
模态分析试验报告-
《建筑结构的模态分析试验》实验报告专业土木工程班级学号姓名教师建工实验中心2010年3月振动测试与模态分析实验报告一、实验人员3组：二、试验目的1.培养学生采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。
2.通过实验使学生掌握振动测试系统的基本组成、了解振动测试的常用测量方法以及模态分析技术。
模态分析技术已发展成为解决工程振动问题的重要手段。
3.了解模态分析软件的使用方法。
三、试验内容1、学习模态分析原理；2、学习模态测试及分析方法。
通过对框架模型的模态试验分析，测定出基础模型的模态参数：固有频率、阻尼比、振型图，并通过实验观察了解框架结构的动力参数，从而掌握模态分析的基本原理及分析方法。
四、试验的基本要求（1）掌握振动测试系统的构成及操作。
（2）了解振动测试的常用测量方法。
激振、锤击(3)了解数据采集系统的操作步骤。
(4)了解对已采集到的数据进行模态分析的方法与步骤。
五、试验仪器（表1）单轴加速度传感器、力锤、动态信号分析仪LMS和计算机等力锤用于激励实验对象。
力传感器用于拾取激励信号并转换成为电荷信号。
加速度计用于拾取响应信号并转换成为电荷信号。
AZ804-A四通道电荷电压放大信号调理仪，用于将电荷信号放大v1.0 可编辑可修改成为适合测量的电压信号。
AZ208数据采集箱信号采集分析系统包括抗混滤波器、A／D变换器、结构动态分析软件、计算机、打印机。
用安装有力传感器的力锤敲击实验对象上的若干个点。
力传感器拾取激励力的信号，安装在实验对象的某测点上的加速度计拾取响应信号．经电荷放大器放大后输入信号采集系统。
实验仪器框图如图1所示。
力信号接入信号采集器的第1通道，响应信号依次接入信号采集器的其他通道。
表1 试验仪器的硬件及软件力锤传感器厂家型号量程频率范围灵敏度美国PCB公司086D20加速度传感器灵敏度厂家型号量程频率范围vm/g 美国PCB公司333B4050g50g50g50g六、试验步骤模态试验基本过程二十年来，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。
结构模态仿真分析通用指南
结构模态仿真分析通用指南一、前处理建模几何建模一般有两种方式，一是将CAD设计模型导入有限元分析前处理软件进行建模，称之为“几何导入法”；一种是在有限元分析前处理软件直接建模，称之为“直接建模法”。
直接建模是直接在CAE软件前处理模块中进行建模，现有CAE基本都支持直接建模，使用数据量较小，便于模型参数化，适合简单模型建模，但建模效率低，对于复杂模型建模比较困难。
对于结构进行直接建模的一般原则如下：a) 对于厚度方向尺寸小于其他方向尺寸的结构，采用板壳结构建模，几何取结构的中面；b) 对夹层复合材料，有夹层壳和实体加壳两种处理方式：1）夹层壳为将上下面板和夹芯采用层合壳单元模拟，几何取夹层中面；2）实体加壳为面板用壳、夹芯用实体，几何取面板中心线间的实体，并在上下面附一层壳。
c) 对规则截面的细长结构，如：端框、桁条、大梁、杆系、管路、螺栓等，可根据需要采用梁单元、杆单元等，相应的几何模型取特征交线或中心线。
d) 加强接头等承受局部载荷的集中力结构，一般采用实体单元。
e) 集中质量使用质量单元模拟，几何取质心位置。
通过CAD建模软件建立几何模型后再导入有限元软件中进行分析处理，可以建立复杂仿真模型，但需要进行模型简化及特征处理，模型特征可能会有丢失，模型参数化不方便。
外部导入的几何模型需要进行适度简化，几何模型简化不应改变结构的基本特征、传力路径、刚度、质量分布等，对于有多个零部件组成的复杂结构，根据分析目标和要求，不同零部件的模型简化也可能采用不同简化规则，详细的模型简化规则可根据企业专有标准/规范进行简化处理，也可以通过CAD/CAE工具并结合二次开发实现特征简化和高效处理。
在进行几何特征清理时，可基于以下几个方面考虑：a) 几何特征所属零部件在总装配的重要程度；b) 几何特征与重点分析区域的相关程度；c) 几何特征尺寸与网格平均尺寸的比例。
二、网格划分处理及单元设置对于网格处理，首先是选择合适的单元类型。
复杂结构有限元建模的验证方法
所示。
2.34
361e-3 1.00
A mplitude g) /N (
FRF 14 9:+Y /15: +Z
0.00 3.23e- 6 0.00
图 2 测试得到的频响函数
2.2 试验模态参数的验证
A mpl 0.00
(g/N) Amplitude
o
oo o
of f f
o oo so d
f fff
算的模态阶次较高，则应选择较密的网格[3]。本文计算曲轴箱
的前七阶模态参数。图 1 为曲轴箱的三维实体有限元模型。选 用单元类型为 SOLID92,6008 个单元，12386 个节点。提取模 态的方法为 Block Lanczos 法，计算结果如表 1 所示。
2.基于 LMS Test. Lab 发动机曲轴箱试验
前言
目前用有限元法对所研究的物体的动态特性进行分析是十分有效的，但准确的分析结果需要精确的几 何模型，对与较复杂的结构建立有限元模型时，精确的模型不仅大大增加建模工作量而且又会增加对计算 硬件和计算时间的要求。为了减少建模工作量，计算机时及所需存储空间，往往要对实际模型进行简化。 在对模型进行简化的过程中，具有不同实践经验的研究者，会得到不同的简化模型[1]。另外建立有限元模 型时,存在各种理论假设、边界条件的近似、材料参数的不确定性、阻尼特性被忽略或者远远不够精确等 因素,使得有限元模型和试验模型之间不可避免地存在误差, 并且这些误差也可能很大[2]。如何对模型进行 合理的简化，协调好计算精度与模型简化之间的关系，本文以发动机曲轴箱为例，给出一种建立合理有限
图 1 ANSYS 有限元模型
表 1.有限元计算的模态参数
模态阶次
频率 Hz
模态试验方案
模态试验1、试验目的与内容试验目的是对天线模块进行试验模态分析，确定其固有频率、阻尼比和振型。
试验内容是对被测试件施加激振力，同时测定激励与响应信号，对不同测点重复以上过程，得到各测点的频响函数曲线，根据频响函数曲线进行模态参数识别。
2、试验设备振动台系统、加速度传感器、脉冲锤、电荷放大器、同步采集卡、计算机。
3、试验准备1）试件的支撑试中使结构系统处于何种状态，是实验准备工作的一个重要方面。
一种是经常采用的自由状态。
即使实验对象在任一坐标上都不与地面相连接，自由地悬浮在空中。
如放在很软的泡沫塑料上；或用很长的柔索将试件吊起而在水平方向激振，可认为在水平方面处于自由状态。
另一种是地面支承状态，结构上有一点或若干选定点与地面固结。
如果我们关心实际工况支承条件下的模态，这时，可在实际支承条件下进行实验。
本试验中，因为试件安装于振动台上，所以采用地面支撑的方式，为了减少地基的干扰，在振动台四个脚布设橡胶垫。
2）测点的布置试件尺寸为650mm×450mm×70mm（长×宽×高），z方向和x、y方向的尺寸差别较大，所以只在x、y方向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。
选取拾振点时要尽量避免使拾振点在模态振型的节点上。
此试验中在x、y方向分别分为13等份和9等份，所以分别布置14个和10个测点。
4、试验系统根据上图搭建试验分析系统。
采集卡分别采集各测点信号并保存信号，对保存的信号进行分析，识别模态参数。
5、试验模态分析系统的软件应用根据试件建立模型，并标出各测点的相对位置。
结构模型建立完毕，进入数据采集模块，信号采集完毕，进入频响函数分析模块。
首先查看采样得到的信号相干性，在信号相干性较好的情况下可进行频响函数分析。
频响函数分析完毕，进入参数识别模块，根据估计得到的频响函数值采用分量分析法识别参数。
模态分析报告
模态分析报告报告目的本报告旨在对某架飞机进行模态分析，以评估其结构的固有频率和模态特性，以及提供相关结构设计和改进意见。
报告结构本报告结构如下：1. 模态分析简介2. 试验数据处理3. 基础模态分析4. 主要模态分析结果5. 结构设计和改进意见1. 模态分析简介模态分析是通过控制结构的激励条件，来研究结构振动的一种方法。
对于飞机等结构物，模态分析能够评估其固有频率和模态特性，以及寻找可能的改进措施，从而提高其性能和安全性。
2. 试验数据处理本次试验使用了xxx测试仪器，得到了多组振动数据。
处理过程包括滤波、采样和波形分析等步骤，最终得到了结构在不同激励条件下的振动模态。
3. 基础模态分析在模态分析之前，需要进行基础模态分析，以确定结构的基本模态。
本次试验得到了飞机前根部、中根部和后根部的基础模态，如下图所示：（插入基础模态图）其中，1、2、3分别表示前根部、中根部和后根部，a、b、c分别表示不同的振荡模态。
4. 主要模态分析结果基于试验得到的振动数据，进行了主要模态分析，结果如下表所示：（插入主要模态分析结果表）表中列出了前五个主要模态的特征频率、模态形状和振幅等信息。
可以看出，第二个主要模态具有较高的特征频率，表示该模态较为稳定，但其形状较为复杂，需要特别关注。
5. 结构设计和改进意见针对模态分析结果，提出如下结构设计和改进意见：1）增加加强结构件，加强飞机的抗振能力。
2）优化组件结构设计，使其形状更加简单，减少激励条件下的振荡变形。
3）采用新型材料，提高飞机结构的刚度和韧度，以减少频率响应。
结论通过模态分析，确定了该飞机的固有频率和模态特性，并提出了结构设计和改进意见，为飞机的性能和安全性提供了有力保障。
模态分析方法与步骤
2.进入/SOLU中定义模态分析，声明模态分析方法，结构外力负载（通常指结构约如选用降阶法）。求解，退出/SOLU。
f. 位移限制为零的位置不能选为主自由度节点，因为这种节点具有高刚性的特性。
可以用M命令来定义主自由度。此外，也可由ANSYS自动选择自由度。
2. 次空间法(subspace method)：
通常用于大型结构中，仅探讨前几个振动频率，所得到结果较准确，不需要定义主自由度，但需要较多的硬盘空间及CPU时间。求取的振动模态数应该小于模型全部自由度的一半。
3. 非对称法(unsymmetrical method)：
该方法用于质量矩阵或刚度矩阵为非对称时，例如转子系统。其特征值(eigenvalue)为复数，实数部分为自然频率；虚数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。
4. 阻尼法(damped method)：
该方法用于结构系统具有阻尼现象时，其特征值为复数，虚数部分为自然频率；实数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。
模态分析方法与步骤
一、模态分析包括下列6种方法：
1.降阶法(reduced householder method)：
该方法为一般结构最常用的方法之一。其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度，称为主自由度(master degree of freedom)，再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态，进而将其结果扩展至全部结构。在解题过程中该方法速度较快，但其答案较不准确。
模态质量参数测试方法研究
doi：10.11823//.issn.1674-5795.2021.01.06模态质量参数测试方法研究杨正玺1,常洪振2（1.北京机电工程研究所，北京100074； 2.北京强度环境研究所，北京100076）摘要：模态质量和模态刚度参数可通过结构固有频率相互导出，在结构动力学设计中占据重要的地位。
本文对模态质量获取方法进行了研究，重点在于试验测试方法，并应用于实际梁结构，表明基于频率变化率的试验方法得到的结果误差可控制在20%左右，能够满足实际工程的需要。
关键词：模态质量；测试方法；模态刚度；结构动力学中图分类号：TP9；V416.2 ；0327文献标识码：A文章编号：1674-5795（2021）01-0031-05Strdy on Modal Mass Measuring MettodYANG Zhengxi1,CHANG Hongzhen2(1.Beijing Mechanical-electronic Engineering Institute,Beijing100074,China；2.Beijing Institute of Structure and Environment Engineering,Beijing100076,China)Abstrach:Modal mass and modat stiffness are very important in the desian of structural dynamics.They can be derived from each other through the naturvi frequence of the s tructure.This paper introduces the study on modal mass computation method,focusing on experl-mentmethod.Theappeccatcon on beam steuctueeshowsthatthee e oeofeipeecmentmethod based on feequencychangeeatcocseessthan 20%,whcch can meettheengcneeecngneed.Key words:modaema s；measuecngmethod；modaestc f ness；steuctueaedynamccs0引言结构动力学方程包括结构的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵。
结构模态仿真分析通用指南
结构模态仿真分析通用指南一、前处理建模几何建模一般有两种方式，一是将CAD设计模型导入有限元分析前处理软件进行建模，称之为“几何导入法”；一种是在有限元分析前处理软件直接建模，称之为“直接建模法”。
直接建模是直接在CAE软件前处理模块中进行建模，现有CAE基本都支持直接建模，使用数据量较小，便于模型参数化，适合简单模型建模，但建模效率低，对于复杂模型建模比较困难。
对于结构进行直接建模的一般原则如下：a) 对于厚度方向尺寸小于其他方向尺寸的结构，采用板壳结构建模，几何取结构的中面；b) 对夹层复合材料，有夹层壳和实体加壳两种处理方式：1）夹层壳为将上下面板和夹芯采用层合壳单元模拟，几何取夹层中面；2）实体加壳为面板用壳、夹芯用实体，几何取面板中心线间的实体，并在上下面附一层壳。
c) 对规则截面的细长结构，如：端框、桁条、大梁、杆系、管路、螺栓等，可根据需要采用梁单元、杆单元等，相应的几何模型取特征交线或中心线。
d) 加强接头等承受局部载荷的集中力结构，一般采用实体单元。
e) 集中质量使用质量单元模拟，几何取质心位置。
通过CAD建模软件建立几何模型后再导入有限元软件中进行分析处理，可以建立复杂仿真模型，但需要进行模型简化及特征处理，模型特征可能会有丢失，模型参数化不方便。
外部导入的几何模型需要进行适度简化，几何模型简化不应改变结构的基本特征、传力路径、刚度、质量分布等，对于有多个零部件组成的复杂结构，根据分析目标和要求，不同零部件的模型简化也可能采用不同简化规则，详细的模型简化规则可根据企业专有标准/规范进行简化处理，也可以通过CAD/CAE工具并结合二次开发实现特征简化和高效处理。
在进行几何特征清理时，可基于以下几个方面考虑：a) 几何特征所属零部件在总装配的重要程度；b) 几何特征与重点分析区域的相关程度；c) 几何特征尺寸与网格平均尺寸的比例。
二、网格划分处理及单元设置对于网格处理，首先是选择合适的单元类型。
机床零件模态分析
机床零件模态分析一、引言机床零件模态分析是指通过分析机床工作时的振动模态，得出机床系统的固有频率及其振型，为机床的设计、优化和故障诊断等提供依据。
机床的振动模态与机床的刚度、质量分布及其固定方式等相关，因此，掌握机床零件的振动模态对于提高机床的工作精度、降低振动噪声和延长机床寿命等具有重要意义。
二、机床零件模态分析的方法1.理论模态分析方法理论模态分析方法主要用于分析机床的理论振动模态。
通过机床的几何构造及其刚度、质量分布等参数，应用振动理论和有限元法等进行模态分析。
该方法可用于初步估算机床的振动特性，并为机床的设计提供依据。
2.动态模态分析方法动态模态分析方法是通过实际测试机床零件的动力响应曲线，利用信号处理和模态分析技术，得到机床零件的振动模态。
常用的动态模态分析方法包括频域分析、时域分析和轨迹分析等。
动态模态分析方法能够更精确地分析机床零件的振动特性，并提供可靠的实验数据。
三、机床零件模态分析的意义1.优化机床结构通过分析机床零件的振动模态，可以了解机床结构的固有频率及其振型，明确结构中的薄弱环节。
通过优化机床结构，可以提高机床的刚度和阻尼，降低机床的振动响应，提高机床的工作精度和稳定性。
2.降低振动噪声机床的振动会产生振动噪声，影响工作环境和操作人员的健康。
通过分析机床零件的振动模态，可以了解机床的振动特性，找到振动源，并通过降低振动源的振动响应，达到降低振动噪声的效果。
3.提高机床的工作精度机床的振动会影响机床的工作精度。
通过分析机床零件的振动模态，可以找出机床结构中的薄弱环节，并通过优化机床结构，提高机床的刚度和阻尼，降低机床的振动响应，从而提高机床的工作精度。
4.延长机床寿命机床的振动会引起机床零件的疲劳破坏，降低机床的寿命。
通过分析机床零件的振动模态，可以了解机床的振动特性，找到振动源，并通过降低振动源的振动响应，延长机床的使用寿命。
四、机床零件模态分析的应用1.机床设计通过机床零件的模态分析，可以找出机床结构的固有频率及其振型，为机床的设计提供依据。
[工作]模态分析法
![[工作]模态分析法](https://img.taocdn.com/s3/m/f435fb6600f69e3143323968011ca300a6c3f618.png)
桥梁结构动态评估的模态分析法文献综述郑大青一、模态分析在桥梁健康监测中的意义；二、模态分析的基本原理及分类；三、模态参数识别研究现状分析；四、模态分析损伤识别现状分析；五、目前模态分析在桥梁监测中存在的问题和不足。
一、模态分析在桥梁健康监测中的意义：桥梁是国家基础设施的重要组成部分，关系到人们的生命和财产安全。
因此，对桥梁进行监测并确定其结构健康状况具有重要的经济和社会意义。
传统的桥梁结构健康监测主要依靠无损检测技术或人工经验对某个特定的结构部件进行检测、查找，判断是否有损伤及损伤的程度，或者测量与桥梁结构性能相关的参数，比如变形、挠度、应变、裂缝等等，通过对这些参数分析，进而判定桥梁结构健康状况。
在应用上面这些方法时存在一些缺陷，如测量之前需知道损伤的大体范围，或者被检测的结构部分是仪器可接近的；在对大跨度桥梁等体量大、构件多的结构监测时，存在不能测量桥梁内部等隐蔽部分、测量工作量大、工作效率相对较低、不能获取桥梁整体信息等不足。
为此，一些专家学者提出了基于模态分析的桥梁健康监测方法，如图1。
此方法将结构动力学领域中的模态分析技术应用到桥梁健康监测中来，以多学科交叉研究为基础的，通过测试桥梁整个结构在外载作用下的响应来分析结构的固有频率、阻尼和模态振型等动力特性，进而诊断结构损伤位置和程度。
因此，模态参数识别和之后的模态分析损伤识别是整个健康监测中2个重要的组成部分。
测量桥梁结构激励、响应等信息 进行桥梁模态参数识别（固有频率、阻尼和模态振型等） 用模态分析损伤识别法进行安全评估图1 模态分析健康监测流程图模态分析监测方法克服了传统监测法存在的一些缺点，它不受结构规模和隐蔽的限制；具有多学科交叉优势，能对结构全局进行检测，从而能够评价桥梁结构的整体健康状态。
近年来，该方法发展迅速，日趋成熟。
事实上，它已经成为桥梁结构在线健康监测的核心技术之一。
因此，模态分析对桥梁健康监测具有重要意义。
二、模态分析的基本原理及分类：由振动理论知：一个线性振动系统，当它按自身某一阶固有频率作自由谐振时，整个系统将具有确定的振动形态（简称振型或模态）。
模态测试试验课件
目录
• 模态测试试验概述 • 试验准备 • 试验实施 • 试验结果分析 • 试验报告撰写 • 常见问题与解决方案 • 案例分析与应用
01
模态测试试验概述
Chapter
定义与目的
01
模态测试试验是一种通过振动测试方法，确定结构模态参数的技术手段。它主要 用于研究结构的动态特性，评估其整体和局部性能，预测结构在外部激励下的响 应，为结构设计和优化提供依据。
根据测试对象的特点，选择合适的激励信号，包括频率范围、幅度、相位等，以确保测试结果的准确 性。
数据采集的稳定性问题
数据采集系统不稳定
数据采集系统的噪声、干扰和失真等问 题会影响测试结果的稳定性。
VS
解决方案
采用高性能的数据采集系统，并采取有效 的去噪和滤波措施，以减小干扰和失真对 测试结果的影响。
据。
案例三：汽车底盘模态测试
总结词
汽车底盘模态测试是汽车研发过程中的一项重要测试， 用于评估底盘结构的动态特性和稳定性。
详细描述
在汽车底盘模态测试中，通过在底盘上布置振动传感器 和加速度计，可以测量底盘在不同振源激励下的振动响 应。这些测量数据经过处理和分析，可以识别出底盘的 模态参数，包括固有频率、阻尼比和模态形状。通过这 些参数，可以评估底盘结构的强度、刚度和稳定性，为 优化设计提供依据，确保汽车行驶的平顺性和安全性。
模态质量
模态质量是指模态振型的峰值，反映了结构在某一模态下的质量分布情况。模态质量的大小对于结构的动力学特 性和振动控制具有重要影响。
模态刚度
模态刚度是指模态振型对应的刚度矩阵的特征值，反映了结构在某一模态下的刚度分布情况。模态刚度的大小对 于结构的响应和稳定性具有重要影响。
直升机结构件疲劳特性试验载荷计算方法
直升机结构件疲劳特性试验载荷计算方法
一、试验载荷的定义
试验载荷是指在直升机振动试验中施加在试样结构上的力或力的组合，主要是用于研究结构在不同载荷下的动态响应和疲劳特性。
试验载荷可分为静态载荷和动态载荷两种。
静态载荷是指施加在试样上的固定力或力的组合，试样的主要边界条件为静止或受到固定支撑。
三、试验载荷计算方法
（一）静态载荷计算方法
静态载荷的计算主要依据结构件受力平衡原理和材料力学基本原理，在试验中主要应用以下方法：
1.等效基本力法
等效基本力法是在考虑结构在装载过程中产生的等效剪力和等效弯矩的基础上，通过外部平衡条件匹配结构的内力静力平衡方程，推导出结构的内力关系和变形量，从而得出载荷结果。
具体计算过程如下：
（1）首先根据结构件的材料力学参数、几何形状和支撑方式等因素，计算出结构件在静态载荷下所受的等效剪力和等效弯矩。
（2）根据静力平衡原理，在考虑结构在载荷过程中受到的约束条件下，采用支反法或切比雪夫法等平衡方法，计算出结构件的内力分布和变形量。
动态载荷的计算主要依据试验对象在不同振动状态下的响应和特征频率，试验中主要应用以下方法：
1.自由振动法
自由振动法是在施加自然频率下的周期性载荷后，监测结构件在特定振动模态下的响应，以推导出结构件的自由振动属性。
自由振动法的步骤如下：
（1）施加特定频率下的调谐质量振子进行周期性载荷。
（2）采集结构件振动响应数据，并对数据进行处理和分析，如傅里叶变换、模态分析等。
（3）根据处理后的振动数据，提取结构件的频响函数和特定模态下的特征频率等参数。
2.强迫振动法
（1）施加已知振幅和频率下的激励载荷或激励信号。
模态试验
相关参数设置
• • • • • • • • 传感器灵敏度 采样频率 试验频段选择 平均计算 触发方式 信号的记录长度 力信号加方窗 加速度信号加Exponential窗
准备试验-互易性分析
• 模态分析理论基础是建立在线性系统基础上， 这就要求测试前结构的非线性误差比较小。要 满足互易定理： H ij = H ji
准备试验-相干性分析
• 利用激振力的频谱和响应加速度的频谱可计算 2 出相干函数 γ 。
传递函数测试
• 由模态试验理论可知，获得全部模态信息，只 需测得传递函数矩阵中的一行或一列。
谢谢
ห้องสมุดไป่ตู้
数据处理分系统
• 从测试得到的传递函数中通过曲线拟合确定模 态参数（固有频率，阻尼比，振型等）。
模态试验步骤
边界条件 测点布置
测试
参数设置 准备试验
边界条件
• 不同的边界条件会产生不同的模态参数，应尽 量实现实际结构所要求的边界条件。
约束支承方式
自由支承方式
测点布置
• 模态振型图最后将通过测点的振动来表达，所 以对测点位置、分布密度的选择是十分重要。
激励 测激振力
试验模态分析系统配置框图
试验模态分析系统
试验模态分析系统
激励
测量
采集
处理
激励分系统
• 模态试验都需要一个装置使试验对象产生某种 振动。
测量分系统
• 主要由力传感器和运动传感器组成。在模态分 析试验中经常用的传感器是力传感器和加速度 传感器。
数据采集分系统
• 记录并处理由力传感器与运动传感器测试所得 的信号数据。
试验模态分析
什么是模态分析 模态分析的目的 试验模态分析系统 模态试验步骤 实际操作
模态测试步骤
模态试验及分析的基本步骤1.动态数据的采集及响应函数分析首先应选取适当的激励方式。
激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。
激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。
目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。
然后进行数据采集。
对于单输入单输出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型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。
在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，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己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。
由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。
根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。
3.参数识别按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。
激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。
并非越复杂的方法识别的结果越可靠。
对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。
4.振型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型。
但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。
车身部件的模态试验1.测点选择和传感器布置为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减少模态丢失。
激励点的选择方法是选择几个不同的点分别激励，测得几个频响函数，比较这些频率响应函数，选择函数曲线清晰、光滑，在感兴趣的频率范围内相干函数均达到0. 9以上的点作为激励点。
结构检测常用方法
结构检测常用方法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1结构检测常用方法重大土木工程结构的可靠性对社会、经济以及人民生命财产的安全都有重要的影响，正确评定结构的实际性态，是确定可靠性的前提，而这些就需要用到建筑结构检测技术。
结构检测方法总体上可以分为两类、即静态检测方法和动态检测方法。
本文试对其现状和发展趋势进行评析和展望。
静态检测方法静态检测方法是传统的检测方法，这一方法的数据较准确，但对于大型结构，体量大，构件多，而且有的部位无法检测，从而受到限制。
回弹法是用回弹仪弹击混凝土表面，由仪器重锤回弹能量的变化，反映混凝土的弹性和塑性性质，测量混凝土的表面硬度来推算抗压强度。
回弹法的优点是仪器简单，检测效率高，费用低，但也有一定不足，回弹值受到碳化深度、测试角度的影响，要对回弹值进行不同的修正，而且耗费大量人力和时间。
雷达法是以宽频带短脉冲形式，将高频电磁波由地面通过发射天线定向送入地下，经过存在电性差异的混凝土反射返回地面，被接收天线接收。
当发射与接收天线以固定的间距沿测线同步移动时，就可得到反映测线处地下混凝土质量缺陷分布情况的雷达图像。
当混凝土均一性差时，如存在蜂窝、架空现象等，这部分区域与周围混凝土之间的电性差异增大，反射波增强；当其完整致密时，性质相对均一，反射波很弱。
这样就能检测出混凝土的质量了。
冲击回波法是基于瞬态应力波应用于无损检测的一种技术，当应力波在混凝土中传播遇到缺陷与底面时，将产生往复反射并引起混凝土两面微小的位移响应。
接收这种响应并进行频谱分析可获得频谱图。
频谱图上突出的峰就是应力波混凝土表面与底面及缺陷间来回反射所形成。
根据频率峰值可判断有无缺陷及其深度。
冲击—回波法是一种新的无损检测方法，可用来测量结构混凝土厚度。
特别适合于单面结构。
但由于混凝土结构的复杂性、多样性，使得厚度的检测错综复杂。
垂直反射法是利用大功率高频声波向混凝土中发射脉冲信号，然后用加速度（或速度）检波器接收信号，发射与接收之间偏移距几乎为零的一种检测方法。
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维普资讯
效果不 一定好。在“ 微加速度测试 系统” 的基础上 ， 将试验 测试 内容从大 型结构 件的“ 加速度 测试” 微 扩展到 大型结构 件“ 模 态试验”， 在实 际的模态试验 中对测试设备 、 传感 器、 分析软 件作必要 的配置 与完善 ， 完成 了对大型 结构 件 的模 态试验。 可为 需要 对大 型结构件做模 态试验 、 响应试验提供 参考。
一
１ 试验原理的理论支持
实验模 态 分析 的 目的是对 已有结 构 系统进行 识 别 与评价 ， 中找 出结 构 系 统 的动 态 特性 及 所 存 在 从
型结构 的模 态试 验 ， 种 文 献 资料 有 很 多 介 绍 。本 各 文利用 微 振 测 试 系统 对 大 型 结 构 件 “ Ｘ ＬＪ ５ ０ 岩 土离 心机 ” 中 国科 学 院 水 利 研究 所 专 门研 究 水 （
Ｓｉ ｃ ｅｈ ｏ ｇ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ｃ ｎｅＴ ｃｎｌ ｙａｄＥ ｇｎ ｒ ｇ ｅ ｏ ｅ ｎ
一
般 科 学 技 术
大型结构件模态试验方法
徐有 刚 冯加权 杜 强 王 玉军
（ 中国工 程物理研究院总体工程研究所 ， 阳 ６ １０ ） 绵 ２９ ０
摘
要
对大型结构件做模 态试 验是 近年 来振 动界 的热门话 题之一。要对 大型结构 件做模 态试验 ， 一般都很 费时费力 ， 而且
２０ ０ ７年 ３月 １ ５日收到
些超大型结构件 ， 常采用另一种实验方法 ， 就是通
常所说的工作模态分析方法 （ Ｍ ） 这是一种不需 Ｏ Ａ ， 要知道激励信号的模态试验方法。
基 于模 态分析 的理论 ， 自由度 系 统 的振 动微 多
分 方程 为 ：
第一作者简介 ： 徐有刚 ， １５ 一 ） 男 ， （ ９ ５ ， 高级工 程师 ， 四川省振 动 “ 工程学会 ” 理事 ， 方向 ： 研究 模态试验技术 、 微振动测试技术等。
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第 ７卷 第 ｌ ３期 ２０ ０ ７年 ７月 １７ －８９ ２０ ）３３ ３ －４ ６ １１ １ （０ ７ １－２ １ ０
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ Ｌ７ Ｎ ． ３ Ｊ ｌ ０ ７ ｏ ｏ １ ｕｙ２ ０
２ ０ Ｓ ｉ Ｔ ｋ ｎ ｎ ． ０７ ｃ ． ｅ ｃ Ｅ ｇ ｇ
（［ ｓＭｏ） 多输 多输 出 （ ＭＯ） 此类 方 法 主要 用 、 ｍ ， 于结构 质量 较 轻 的结 构 件 （ 大 型 结构 以下 ） 指 。对
一
２ ０吨以下的结构件采用“ 高弹性聚能力锤” 施加激
励， 对质量在 ２ ０吨以上的结构件则采用“ 自激励 ” ， 又称“ 环境激励”方式来施加激励。拾取信号采用 低频 大灵 敏度加 速度 计 ， 成功地 对 上述大 型构件 进
一
对 大型结 构件 的模态 试验 需要解 决 两个方 面 的
问题 ， 一是如何对结构施加激励 ； 二是对微弱的响应 信号用何种传感器 拾取。本文在 微加 速度测试系 统 的基础上 ， 决了传感器干扰 的影 响 ， 解 并验证 了测 试 系统 的 可靠 性 Ｊ 。在 这 一 前提 下 ， 质 量 在 对
利大坝 用 的离 心机 ， 量约 ２ 质 ０吨 ） 超 大 型结构 、 “Ｊ５／ ５井架 ” 四川宏华 石 油机 械 厂 生产 的石 油 Ｊ３０４ （
钻机 井架 ， 质量 约 ５ ０吨 ） 进行 模 态试 验分 析 的实 等 例， 就测试 分析 中出现 的问题 以及解 决 办法 ， 同行 与
关键词 大型结构件 模态试验 激励 高灵敏度加速度计 中图法分类号 Ｔ １３ 文献 标识码 Ｂ Ｂ２ ；
为 了研究 和分 析一 些 大 型结构 件 （ 数 十 吨 以 指
行 了模 态试验 。
上结构件） 的动态特性 （ 模态的频率、 阻尼、 振型 ） ， 般通 过实 验模 态 分析 方 法 ¨２获得 。 有关 此 类 大 ．
们 进行探 讨 。
的问题 ， 为验证和修改结构动力学的分析模型提供 试验 依据 。因此 ， 已有 结构 进 行 实 验模 态 分 析 是 对
必要 的 。
对于结 构 的动 态力 学 性 能 的研 究 ， 过 实 测 结 通
构的输人（ 激励 ） 和输 出（ 响应 ） 确定系统的动态 来 特性 ， 建立系统的分析模型， 是结构动力学逆问题的 个主要方面， 内容又可分为系统识别和参 数识 其 别 。按系统输人、 系统输 出个数分类 ， 振动参数识别 则可 分为 ： 输 单 输 出 （ ＩＯ） 单 输 多 输 出 单 ＳＳ 、
［ ） 称之为位移频率响应函数矩阵。 Ｈ（ ］ 假设 【 】： 【 ）， ）， ）， ， ）】 结 ｛ ｛ ｛ ，… ｛ 为
构 的主 振 型矩 阵 。
振力， 由加速度 传 感 器 测 量其 振 动 响应 。普 通 的激
励方 式很 难将 大 型 结构 激 励 起 来 。为 此 ， 们 采用 我 大 型高 弹性 聚 能力 锤 对 离心 机 施 加激 振 力 ， 力 锤 该 激振力 大 ， 能对 重约 ２ ０吨 的结构 进行有 效 激励 。过 去对超 大 型结 构 件 的激 励 常 采 用 “ 阶跃 激 励 ” 式 方
３３ ２２
科
学
技
术
与
工
程
７卷
将上 式两 边作 傅立 叶变 换 ， 以得到 ： 可Байду номын сангаас
的结 构施 加激励 ； 是 用 何 种传 感 器 采 集 测 点 的 响 二
Ｅ 训 Ｈ（
＝
（） ２
应 信号 。 在 模态 分析 实 验 中 ， 必须 给被 测 结 构施 加 一 个 激振 力 使其振 动 ， 由力传 感 器 测 量施 加 到结 构 的激