模态试验及分析的基本步骤
模态试验分析流程与详细方法
模态试验分析方法简介1 试验模态分析的基本步骤试验模态分析一般分为如下的四个步骤：第一步：建立测试系统所谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系统进行校准。
第二步：测量被测系统的响应数据这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。
在某一激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，只需要时间历程就可以了。
第三步：进行模态参数估计即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括：固有频率，模态振型，模态阻尼，模态刚度和模态质量等。
第四步：模态模型验证它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测系统进行动力学分析的必要过程。
以上的每个步骤都是试验模态中必不可少的组成部分，其具体的介绍如下：2、建立测试系统建立测试系统是模态试验的前期准备过程，它主要包括：被测对象的理论分析和计算，测试方案的确定（包括激振方式的确定，传感器的选择，数据采集分析仪器的选择等），按照方案要求安装和调试，测试系统的校准等工作。
接下来对激振方式，传感器的选择和数据采集仪器的选择的具体介绍如下：2.1激振方式的确定：激振方式有很多种，主要分为天然振源激振和人工振源激振。
天然振源包括地震，地脉动，风振，海浪等；其中地脉动常被使用于大型结构的激励，其特点是频带很宽，包含了各种频率的成分，但是随机性很大，采样时间要求较长，人工振源包括起振机，激振器，地震模拟台，车辆振动，爆破，张拉释放，机械振动，人体晃动和打桩等。
其中爆破和张拉释放这两种方法应用较为广泛。
在工程实际中应当根据被测对象的特点，选取适当的激振方式。
2.2传感器的选择：传感器是测试系统的一次仪表，它的可靠性，精确度等参数指标直接影响到系统的质量。
试验模态分析流程
试验模态分析流程（中英文实用版）Title: Experimental Modal Analysis ProcessTitle: 试验模态分析流程Section 1: IntroductionSection 1: 引言In order to understand the dynamic behavior of structures, experimental modal analysis is conducted.This process involves the identification of the natural frequencies, mode shapes, and damping ratios of a structure.为了了解结构的动态行为，需要进行试验模态分析。
这个过程包括识别结构的固有频率、模态形状和阻尼比。
Section 2: PreparationSection 2: 准备Before starting the analysis, it is important to prepare the test structure and the equipment.This includes securing the structure, setting up data acquisition systems, and ensuring that all sensors are properly calibrated.在开始分析之前，准备好测试结构和设备非常重要。
这包括固定结构，设置数据采集系统，并确保所有传感器已正确校准。
Section 3: ExcitationSection 3: 激励The structure needs to be excited in order to obtain its dynamic response.This can be done using various methods such as hammer impact, piezoelectric actuators, or forced vibration.为了获得结构的动态响应，需要对结构进行激励。
机组定子端部模态试验方法与分析
机组定子端部模态试验方法与分析发表时间：2020-12-10T05:35:02.758Z 来源：《河南电力》2020年7期作者：周勇[导读] 为保障机组安全稳定运行，机组在出厂前、新机交接、运行时出现线圈磨损或松动等异常时、大修检查时进行定子端部模态试验十分有必要。
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南省长沙市 410213）摘要：定子绕组端部结构的优化设计使定子绕组端部的整体固有频率避开95-110HZ，但因制造、安装或运行中的冲击现象，部分机组的定子绕组端部的固有频率可能落入95-110HZ范围之内，容易发生因振动引起的机组定子绕组端部故障。
为保障机组安全稳定运行，机组在出厂前、新机交接、运行时出现线圈磨损或松动等异常时、大修检查时进行定子端部模态试验十分有必要。
关键词：定子端部模态试验；试验方法；数据统计分析1 引言随着电力系统技术发展，装机单机容量不断增加，定子绕组端部受到的两倍频电磁力随之增大。
如果定子绕组端部的固有频率接近100HZ，将发生谐振，从而可能因振幅过大而发生结构松动、磨损、绝缘损坏等现象，甚至断裂等故障，严重威胁机组的安全运行。
因此有必要对机组进行定子端部模态测试定子线棒和引线固有频率测试，检查定子设备状态，及时发现和处理发电机运行中定子绕组潜在或发展中的故障，采取防止振动的有效措施，确保设备安全稳定运行。
以下结合某电站3号机组定子绕组端部模态试验探讨一下试验内容要求、方法和数据统计分析。
2试验内容及要求2.1定子线棒固有频率测量对定子线棒上下两端进行固有频率测量；要求：1）测量每根线棒上端部的径向固有频率。
2）测量每根线棒下端部的径向固有频率。
2.2定子端部模态数据测量及分析在定子线棒上下两端分别进行模态测试，并给出定子端部整体模态；要求：取线棒上、下端部的二个支持环作为试验圆周，每个圆周上取16个测点，共有2×16个测量点。
测量上、下线棒端部的整体模态。
3 试验方法和数据统计分析3.1定子线棒径向固有频率测量测量定子线棒径向固有频率，线棒下端部有300个，线棒上端部有240个。
模态分析
1. 什么是模态分析？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，则称为计算模态分析；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。
模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
2. 模态分析有什么用处？模态分析所的最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析技术的应用可归结为以下几个方面：1. 评价现有结构系统的动态特性；通过结构的模态分析可以求得各阶模态参数（模态频率、模态振型以及模态阻尼），从而评价结构的动态特性是否符合要求，并校验理论计算结构的准确性。
2. 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；3. 诊断及预报结构系统的故障；近年来，结构故障技术发展迅速，而模态分析已成为故障诊断的一个重要方法。
利用结构模态参数的改变来诊断故障是一种有效方法。
例如，根据模态频率的变化可以判断裂纹的出现；根据振型的分析可以确定断裂的位置；根据转子支承系统阻尼的改变，可以诊断与预报转子系统的失稳等。
4. 控制结构的辐射噪声；结构噪声是由于结构振动所引起的。
结构振动时，各阶模态对噪声的“贡献”并不相同，对噪声贡献较大的几阶模态称为“优势模态”。
模态分析方法与步骤
模态分析方法与步骤下面我将从模态分析的定义、方法、步骤和案例实践等方面进行详细介绍。
一、模态分析的定义模态分析是指通过对系统的不同动态模态（如结构模态、振动模态等）进行分析和评估，以揭示系统的特性、行为和潜在问题。
其目的是为了更好地了解系统的功能、性能、稳定性等，并为系统的优化提供依据。
二、模态分析的方法1.实验方法：通过实际测试和测量，获取系统的模态参数（如固有频率、阻尼比、模态形态等），从而分析系统的动态特性。
2.数值模拟方法：利用数学建模和计算机仿真技术，建立系统的动力学模型，并进行模拟分析，以获取系统的模态响应和模态特性。
3.统计分析方法：通过对大量历史数据或采样数据的分析，探索系统的模态变化规律和概率分布情况。
三、模态分析的步骤1.确定分析目标：明确需要进行模态分析的对象、目的和要求。
例如，是为了定位系统的故障、评估系统的稳定性、优化系统的结构等。
2.数据采集和处理：根据分析目标，确定所需的数据类型和采集方法，例如使用传感器进行采集或获取历史数据。
然后对采集到的数据进行处理，如滤波、时域变换、频域分析等。
3.建立模型：根据已有的数据和系统特性，建立适当的模型。
例如，对其中一结构物进行模态分析时，可以建立结构的有限元模型。
4.分析模态特性：利用实验、仿真或统计方法，分析系统的模态特性，如固有频率、振型等。
可以绘制频谱图、振型图等，以便直观地展示结果。
5.识别问题和改进方案：基于对系统模态特性的分析，识别潜在问题，并提出相应的改进方案。
例如，如果发现其中一模态频率太低，可能意味着系统存在过度振动或共振问题，需要采取相应的措施来改进。
6.验证和优化：对改进方案进行验证和优化，以确保其有效性和可行性。
可以通过迭代分析和实验评估来逐步完善方案。
四、模态分析的案例实践1.桥梁的模态分析：对大跨度桥梁的模态分析可以帮助提前发现潜在的共振问题，并优化桥梁的设计和结构。
例如，可以通过数值模拟方法对桥梁的振动特性进行分析，以确定固有频率和振型，并预测桥梁在不同外界激励下的动态响应。
ansys模态分析及详细过程
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
模态分析过程
模态分析过程由四个主要步骤组成：1.建模；2.加载及求解；3.扩展模态；4.观察结果。
下面分别展开进行详细讨论：§1.6建模主要完成下列工作：首先指定工作名和分析标题，然后在前处理器（PREP7）中定义单元类型、单元实常数、材料性质以及几何模型。
ANSYS的《建模和网格指南》中对这些工作有更详细的说明。
注意以下两点：•在模态分析中只有线性行为是有效的。
如果指定了非线性单元，它们将被当作是线性的。
例如，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。
•材料性质可以是线性的，各向同性的或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的。
在模态分析中必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。
而非线性特性将被忽略。
§1.7加载及求解主要完成下列工作：首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指定加载过程设置，然后进行固有频率的有限元求解。
在得到初始解后，再对模态进行扩展，以供查看。
扩展模态将在下一节“扩展模态”中进行详细说明。
§1.7.1进入ANSYS求解器命令：/SOLUGUI：Main Menu>Solution§1.7.2指定分析类型和分析选项ANSYS提供的用于模态分析的选项如下表所示，表中的每一个选项都将在随后详细解释。
分析类型和分析选项选项命令GUI 选择途径New Analysis ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analys isAnalysis Type:Modal ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-Ne w Analysis>ModalMode Extraction Method MODOPT Main Menu>Solution>Analysis Option sNumber of Modes to Extract MODOPT Main Menu>Solution>Analysis OptionsNo.Of Modes to Expand MXPAND Main Menu>Solution>Analysis Op tionsMass Matrix Formulation LUMPM Main Menu>Solution>Analysis Options Prestress Effects Calculation PSTRES Main Menu>Solution>Analysis Op tions注意选择模态分析时，求解菜单将显示与模态分析相关的菜单项。
第十二章 模态分析及模态试验
汽车学院 靳晓雄
2018年11月9日星期五
同济大学汽车学院振动噪声研究所
1
第十二章 模态分析与模态试验
12-1 引言 12-2 频响函数与模态参数的关系 12-3 模态识别的图解方法 12-4 模态识别的曲线拟合法 12-5 模态试验系统 12-6 传感器及其安装 12-7 传感器的标定 12-8 试验结果的检验
——模态密度
同济大学汽车学院振动噪声研究所 10
当系统p点作用激振力时，结构l点的响应为：
X l ( ) li qi ( )
n
X l ( ) Hlp ( ) Fp ( )
n
li pi ( 2 ) F ( ) i 1 mi jci ki
n
i 1
一、迭代法 将频响函数表示为模态的实虚频形式
H R ( ) Ri X i
i 1 N
1 i2 Ri (1 i2 )2 (2i )2
1 Xi kii
2018年11月9日星期五
同济大学汽车学院振动噪声研究所
22
H I ( ) I iYi
i 1
N
(2 i )2 i Ii (1 i2 )2 (2i )2
j 1
M
各阶模态频率可以先根据频响函数确定，对预 估计 的初始值。 ER 令： 0 得线性方程组： X i
R R X RH R
T
（1） （2）
24
I I Y I H R
T
2018年11月9日星期五
同济大学汽车学院振动噪声研究所
i i
T
上式还可表示为：
H ( )
LMS Test. lab 锤击法模态分析步骤
LMS b锤击法模态测试流程 比利时LMS国际公司北京代表处LMS Test. Lab锤击法模态测试及分析的流程在软件窗口底部以工作表形式表示，按照每一个工作表依次进行即可，如下图示。
１Documentation――可以进行备忘录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录，如下图示。
２Geometry――创建几何（参见创建几何步骤说明）３Channel setup――通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作。
４Calibration――对传感器进行标定５Impact scope――锤击示波，用来确定各通道量程６Impact setup――锤击设置，设置触发级、带宽、窗以及激励点选择７Measure――设置完成后进行测试以下为进行模态测试的流程。
步骤一：通道设置（Channel setup）假设已创建好了模型，传感器已布置完成，数采前端已连接完成。
通道设置窗口如下图示，在锤击法试验中，首先将力锤输入的通道定义为参考通道，其他为传感器对应的通道1——选取测试通道２——定义参考通道，通常为力锤输入的通道３——依次在ChannelGroupld中定义传感器测量类型（对加速度计和力锤则选vibration），在point中定义测点名称（也可对应为几何模型上的节点名，见后），在Direction中设置测点所测振动的方向，InputMode中设置传感器类型（通常为ICP，若为应变则选Bridge,若为位移则选Vlltage DC），在Measured Quantity中定义测量量（加速度、力、位移等），在Electrical Unit中定义输入量的单位，通常均为mv.另外若已经确定传感器的灵敏度则可在Actual Sensitivity中直接输入灵敏度值，否则可在Calibration工作表中进行标定。
注：通道设置中测点名称使用几何模型名称的方法步骤二：锤击示波（Impact scope）在该工作表中可设置测试的量程范围，以保证得到更精确的测试结果。
动力总成刚体模态试验研究
4. 试验结果分析
如表 2 所示为最终的得到的动力总成刚体模态结果。将模态参数识别结果进行动画显
示，并参照各测点的频响函数，即可确定处各阶刚体模态振型图。如图 12a～图 12f 所示，
模态振型图中绿线模型为动力总成静止的初始状态，红线模型为对应频率下的振型。试验结
果表明动力总成系统的 6 阶刚体模态都在 30Hz 以下，且系统结构阻尼比都在 2%～4%之间，
k13 k23 k33 k43 k53 k63
k14 k24 k34 k44 k54 k64
k15 k25 ⎤
k26
⎥ ⎥
k36 k46
⎥ ⎥ ⎥
k56
⎥ ⎥
k66 ⎥⎦
⎡c11 c12 c13 c14 c15 c16 ⎤
⎢⎢c21
c22
c23
c24
c25
c26
图 2 模态试验流程
动力总成模态试验过程如图 2 所示，首先建立动力总成模态测试系统，选择结构支撑方 式，确定激振方式、建立几何模型；然后预试验确定试验频率带宽和分辨率，并对激励点和 响应点做适当调整；最后正式试验得出频响函数和模态参数识别，并对试验结果进行验证。
3.1 试验系统 如图 3 所示，动力总成模态试验系统主要由电磁激振系统、传感器和数据采集分析系统
图 5 1#激励点布局示意图
图 6 2#激励点布局示意图
图 7 动力总成几何模型
3.4 试验测点布置和参数设置 测点布置以能反映整个动力总成的轮廓以及易于安装传感器为原则，同时为便于各阶模
态的判断，分别在发动机和变速箱上布置26个测点，每个测点各测x、y、z三个方向上的振 动响应。其建立的几何模型如图7所示。
“稳定极点”初步选择极点。如图 11 所示的模态参数稳态图，如果得到的极点和留数都基 本不变，则在频率处注上符号“s”（stable）；如果只有模态频率不变，则注上“f”；只 模态阻尼比不变，则注上“d”；只留数不变，则注上“v”；只有稳定“s”的频率才可确 定是真实的模态频率，按照上述方法，系统识别出动力总成的 6 阶刚体模态，如图 11 所示 中曲线峰值位置。
锤击法模态实验
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。
实验模态分析
•Hale Waihona Puke 动力学优化设计方法实施过程
Ⅰ. 目标函数 1. 结构系统的频率特性： 为了避免共振，必须使结构的固有频率 避开激振力的频率（频 带 ）。特别是对最低的前几阶频率。设结构前m阶频率是 i ，要 求经过动力学设计后相应频率的目标值是 i* ，按其偏差的加权平 方和最小来构造如下的目标函数：
J f (Pr ) Wi(ωi ωi* )2
最优解数学描述:
1 F (t , d ) max (1 f1 2 f 2 3 f 3 4 f 4 ) 4 s.t. W W0 , 10m m s2 20m m t d T1 tu , td T3 tu , d 0 D d1
式中, 分别为第1~4阶固有频率的加权系数,分别取
实验模态分析
第一个假设可以通过调节力幅比较频响曲线 第二个假设考虑激振与传感器附加质量对系统频响 函数影响 第三个假设是对响应测点布置的数量 第四个假设是测量频响函数的对比（A/B）（B/A）
实验模态分析 模态试验的基本过程
建模 频响 设别 验证
实验模态分析
实验模态分析
频响函数的定义H1 H2 Hv 频响函数原始定义H1是输出响应(如位移)频谱除以输入力频谱H1(ω) = X(ω) / F(ω),它不能用平均减少噪声,改为 H2(ω) = X(ω)·F(ω)* / F(ω)·F(ω)*= Pxf / Pff Hv(ω) = X(ω)·X(ω)* / F(ω)·X(ω)*= Pxx / Pfx
实验模态分析的实现方法及应用场合
实验模态分析的实现方法及应用场合
• 不测力法适用于桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备、不易实现人 工激励结构的实验模态分析； • 单点拾振法和单点激励法适用于中小型结构及大型结构缩比模型的实 验模态分析； • 单点激励多点响应法(SIMO)适用于中小型结构及大型结构缩比模型的 精确实验模态分析；
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。
飞机模型整机模态实验分析过程与操作步骤
分析结构的模态参数是优化试验对象力学性能的关键。
测试结构的固有频率、阻尼和模态振型有助于优化结构设计，改善结构性能。
因此，模态分析是产品开发的一个重要过程。
本文主要介绍通过试验模态分析获得了飞机模型的模态特性的过程。
利用一个模态激振器和多个传感器做SIMO FRF测试，获得结构的振动特性。
用激振器激励比用模态锤激励具有更好的一致性和可重复性。
另外，用激振器激励平均数更高，可以获得更干净的数据。
高质量测量有助于更好地获得结构的模态参数。
为了避免巡回响应测量中的质量附加效应，完整的模态试验在一次运行中完成。
一次性在对应的测点上共布置25个传感器。
这次SIMO FRFCE测试，硬件使用高通道系统Spider-80Xi ，软件使用最新发布版本EDM Modal 8.1 。
按照网格划分，25个测点布置在前翼和后翼上。
使用弹性绳悬挂飞机模拟自由-自由边界条件（如试验装置所示）。
模态激振器安装在飞机中心的正下方以激励全局模态。
通过均匀分布在机翼上的24个单轴加速度计和1个阻抗头采集响应。
测量垂直方向的激励和响应有助于获得平面外的模态振型我们对低阶模态感兴趣，因此设置采样率为1kHz，块大小为2048。
通过这两个设置获得0.488Hz足够高的频率分辨率。
对每个测量自由度上的28个块数据进行线性平均计算，获得较高的精度和更低的噪声。
用突发随机激励信号提供频宽450Hz的能量激励，可以设置激励信号持续时间占整个周期的百分比，以控制无输出持续时间，使响应衰减至零。
通过这个设置，将不会有泄露。
我们选择均匀窗，输出幅值设置为0.2V，激励信号持续时间百分比设为80%。
激励信号持续时间百分比设置为80%，保证了每个周期有1.64s的激励输出，0.41s 无输出。
这可以从上图中的时间块信号图中看出。
上图中的相干图出现了谷值，说明在这些频率范围结构的响应水平相对较低。
总的来说，输入和输出在期望的频率范围内是相关的。
FRF图显示在0-150HZ的频率范围内有良好的峰值。
模态分析操作指南
模态分析软件操作说明及实例东方振动和噪声技术研究所1999.3.16目录一模态分析的步骤 (2)1.确定分析的方法 (2)2.测点的选取、传感器的布置 (2)3.仪器连接 (3)4.示波 (3)5.输入标定值 (3)6.采样 (4)7.传递函数分析 (4)8.进行模态分析 (4)二模态分析实例 (5)例一自由梁的模态分析实例 (5)例二楼房的模态分析实例 (15)模态分析是一种参数识别的方法，因为模态分析法是在承认实际结构可以运用所谓“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”。
模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量（或称特征振型、模态振型）。
试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号，经过参数识别获得模态参数。
具体做法是：首先将结构物在静止状态下进行人为激振（或者环境激励），通过测量激振力与振动响应，找出激励点与各测点之间的“传递函数”，建立传递函数矩阵，用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。
东方所研制的模态分析系统，自推出以来参与了许多重大的科研项目如大型航空航天设备（长征火箭、通信卫星、大型雷达、火箭发射平台等）、大桥（火箭激振钱塘江大桥、锤击法激振乌海黄河铁路大桥属国内首次）、大楼、大坝、、机车（汽车）车辆和大型港口机械等，分析精度高、操作简便，尤其是变时基模态分析及高速模态三视图动画技术更是在国内外处于领先地步。
一、模态分析的步骤1. 确定分析的方法DASP中提供的模态分析方法有多输入单输出法、单输入多输出法和多输入多输出方法。
一般采用较多的是多输入单输出或单输入多输出方法，在这两种方法中选取时，视哪一种方法简便而定，如激励装置大、不好移动但传感器移动方便就选取单输入多输出方法（即单点激励、多点移步拾振）；如传感器移动不方便但激励装置小、容易移动就选取多输入单输出方法（即单点拾振、多点移步激励）。
东方所培训教程之模态基础
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C. 自由度
物理体系在运动时，用以完全确定体系在空间上 的位置所需的最少独立坐标的个数，称为自由度 （Degree Of Freedom, DOF）。
质点：3个平动 刚体：3个平动，3个转动 连续体：无限多个
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提出问题？ 怎么解决这一矛盾？
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H. 变时基采样 脉冲激励结构存在的一对矛盾： –激励信号：脉冲形式，需要较大的采样频率 进行采样，保证脉冲信号准确 –响应信号：低频振动，需要较低的采样频率， 保证较好的频率分辨率 变时基采样 –高频采集激励信号，低频采集响应信号 –表征激励信号的点数不少于20个 –DASP专利技术
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B. 运行模态分析，OMA EMA 的缺点 需要人工激励，外场试验难以实现，增加设备费用 EMA一般在实验室进行，不少应用情况试验室状态与 实际使用状态可能有较大不同 实验室里易于进行部件试验，难完成大型系统试验。 OMA的优点 无需人工激励，节省激励设备投资 “振动试验”简化为“响应测量”，并可用于机械 状态监测和结构健康监测 可以用部分或全部测点作为参考点，因此 OMA具有 MIMO特点，易于区分密集模态，适于复杂结构 OMA 还可用于多点随机锤击激励，无须测量激振力， 即可进行模态分析
T
+
Q {Ψ}r {Ψ}r
* r *
*TBiblioteka jω − λ* r
) (2)
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B. 基本假设
线性假设：结构的动态特性是线性的，就是说任何输 入组合引起的输出等于各自输出的组合，其动力学 特性可以用一组线性二阶微分方程来描述。 时不变性假设：结构的动态特性不随时间变化，因而 微分方程的系数是与时间无关的常数。 可观测性假设：这意味着用以确定我们所关心的系统 动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。 互易性假设：结构应该遵从Maxwell互易性原理，即 在q点输入所引起的p点响应，等于在p点的相同输入 所引起的q点响应。
实验模态分析范文
实验模态分析范文实验模态分析是一种用于分析和测量人类认知过程的工具和方法。
它通过实验室实验和观察来研究人们在处理信息和做出决策时的心理模式和策略。
实验模态分析的目的是为了揭示人类认知的本质，以便更好地理解我们的思维和行为方式。
实验模态分析可以运用于许多领域，如心理学、认知科学、人机交互等。
在心理学中，实验模态分析可以帮助研究人员了解人们在特定条件下的思维方式和行为模式，揭示认知过程中的规律和原则。
在认知科学中，实验模态分析可以帮助科学家研究人类的信息处理机制，揭示认知系统的结构和功能。
实验模态分析通常包括以下步骤：实验设计、实验实施、数据收集和数据分析。
在实验设计阶段，研究人员需要确定实验的目的和研究问题，并制定相应的实验假设和方法。
在实验实施阶段，研究人员需要根据实验设计的要求进行实验操作，收集相关数据。
在数据收集阶段，研究人员可以使用各种手段和工具来收集数据，如心理测量、行为观察等。
在数据分析阶段，研究人员需要对收集到的数据进行整理和分析，以获取有关实验结果的信息和结论。
实验模态分析的关键是实验设计和数据分析。
在实验设计中，研究人员需要选择合适的实验条件和方法，并且确保实验结果的可靠性和有效性。
在数据分析中，研究人员需要使用统计方法和分析技术来处理和解释数据，以揭示人类认知过程中的模式和规律。
实验模态分析可以帮助我们更好地理解人类的思维和行为方式，对于改善教学、提高工作效率、优化人机交互等方面有着重要的意义。
它可以帮助我们发现认知瓶颈和误差，优化决策和问题解决过程，提高思维效率和创造力。
同时，实验模态分析也可以帮助我们设计更好的人机界面和交互系统，提升用户体验和满意度。
然而，实验模态分析也存在一些局限性。
首先，实验模态分析通常是在实验室条件下进行的，因此可能无法完全反映现实生活中的认知过程。
其次，实验模态分析依赖于研究对象的自述和行为观察，可能存在主观误差和偏差。
此外，实验模态分析需要具备一定的研究技能和专业知识，对研究人员的要求较高。
DASP模态分析的步骤
在学习模态分析之前，了解一下一些基本知识：1 模态分析：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。
模态分析实质上是一种坐标变换，其目的在于把原物理坐标系统中描述的相应向量，转换到"模态坐标系统"中来描述，模态试验就是通过对结构或部件的试验数据的处理和分析，寻求其"模态参数"。
2 模态参数：模态参数有：模态频率、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。
3实模态和复模态：按照模态参数（主要指模态频率及模态向量）是实数还是复数，模态可以分为实模态和复模态。
对于无阻尼或比例阻尼振动系统，其各点的振动相位差为零或180度，其模态系数是实数，此时为实模态；对于非比例阻尼振动系统，各点除了振幅不同外相位差也不一定为零或180度，这样模态系数就是复数，即形成复模态。
4最佳激励点的选取：视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大振幅点，若多阶，则激励点处各阶的振幅都不小于某一值。
如果是需要许多能量才能激励的结构，可以考虑多选择几个激励点。
5模态分析目的：模态分析所的最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
6原点导纳位置的选择：当一点激励多点响应时（SIMO方法），激励点即原点导纳的位置；当用多点激励一点响应时（MISO方法），响应点即为原点导纳的位置。
原点导纳应避开感兴趣模态的结点，以免丢失模态。
7测点的命名：响应点用数字来命名，激励点用一字母加数字来命名。
应避免重名，重名会导致频响函数错误。
在掌握了了上述基本知识后，开始进行模态试验及分析，主要过程如下：<1>新建：新建一个模态文件，输入或修改试验名、试验号和数据路径，然后进行参数设置，包括传感器类型、总测点数和原点导纳的位置。
7.6实验模态分析过程及案例
工程振动测试技术实验模态分析过程及案例实验模态分析主要是通过模态实验，测量系统的振动响应信号，或同时测量系统的激励信号、响应信号，从测量到的信号中，识别描述系统动力特征的有关参数。
主要内容有：物理参数识别：质量矩阵刚度矩阵阻尼矩阵主要内容有：模态参数识别：固有频率衰减系数模态矢量模态刚度模态阻尼实验模态分析模态分析系统一般由三部分组成1、激振系统2、测量系统3、分析系统有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）模态实验流程图基本步骤如下：1、确定实验模型，将实验结构支撑起来，（边界条件的确定）2、模态实验，激励实验结构（一般用锤击法），记录激励、响应的时间历程。
3、时间历程的数字处理，FFT求出传递(频响)函数。
4、参数识别(固有频率、衰减系数(阻尼比)、振型等)。
5、动画显示。
动画显示获得了模态矢量式后，实验结构各自由度的主振动就知道了，例如，在单一的第r 阶模态振动中，各自由度的响应为{}sin()r n t r r dr r x B e t −=ω+θA 12r ,,,N=动画显示如果将一个振动周期等分成若干个时间间隔（一般为40等分），在每一个时间间隔，各自由度的相互位置构成一幅画面，即主振型在此瞬时的形态，在屏幕上连续显示这些画面，可观察到一个连续运动的动画图形，这就是实验结构第r阶主振型的动画图形。
龙洗的实验模态分析艺术观赏龙洗和鱼洗是一种铜制圆盆，盆内铸有龙形花纹的称龙洗，铸有鱼形花纹者称鱼洗。
四点“喷水”盆边有双耳，当盆内盛水，双耳被搓动时，盆发出悦耳嗡呜。
四（六、八、十、十二）股珠泉喷起，可高达一尺有余。
洗的制作者恰好将盆内龙或鱼的嘴对准这四（六、八、十、十二）个点，珠泉似从龙或鱼口中喷出。
四点“喷水”十点“喷水”在进行龙洗的搓振运动分析中，要用到固有频率和模态的数据。
龙洗高为11.5cm，最大半径20cm，厚度约2mm，耳高4.5cm。
盆上测点共244个，布置在沿z向分布的五个圆周上，每个圆周均布48点，每个耳的上部有两个测点，如图所示。
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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。
对于单点激励的情况，应该确保激励信号能向车身
部件的三个方向有效传递。
为了尽可能准确的求解车身部件的动态特性，所有外力作用点，部件和结构的连
接点，重要的响应点和质量集中点均应作为测点，某些测点的三个方向都应作为测量点，对于刚度较弱，易产生结构振动辐射噪声的部位测点的布置应适当密集。
测点的
布置应该能够明确显示研究频率范围内的结构模态振型，保证研究的关键点在测点范
围内。
由于模态试验的特殊要求，选择加速度传感器时有遵循以下原则:传感器的动态范
围宽、工作频段宽、低频性能好、抗干扰能力强、灵敏度好、线性度好、体积小、质
量小。
传感器的选择和传感器的安装对测量结果都具有很重要的影响，安装传感器时
应确保在具有足够刚性且不增加结构质量的前提下，测量规定方向的真实振动信号。
本试验采用的是带永久磁铁基座的压电式加速度传感器。
2.确定激励方式
模态试验对激励信号有以下要求:包含足够的激励成分;有足够的幅值水平;在结构
存在微小非线性因素时，具有一定的抗干扰能力。
常用的激励信号是正弦激励信号(扫
频和步进)、随机激励信号(宽带、周期和瞬态)与脉冲信号。
脉冲激励是一种宽频带激励，其力信号的频谱较宽，一次激励可以同时激出多阶模态，而且试验时不会对试件
产生附加质量、附加刚度等副作用，同时所需测试设备简单，灵活性较大，特别适用
于现场测试，因此本次模态试验的激励方式采用锤击法(脉冲激励法)。
激励点的选择主要考虑:首先，激励点的位置应避开系统任一阶振型的节点，以
保证采集的测点信号有较高的信噪比，避免模态遗漏;其次，激励点应选择在便于激励
能量传递的位置，一般该位置的刚度应尽量大。
响应点(或测点)的选择主要考虑:基本反应车身结构轮廓;避开各阶振型的节点;能
明确显示模态振型的特征;对于模态可能较多的局部区域可增加测点。
在试验过程中，由于车身部件模型饭金冲压件，各饭件之间通过翻边或点焊联结。
倘若采用多点激励、单点拾振(移动激励点、固定响应点)的测试方法，虽然便于试验
的进行，但是当敲击车身部件中部时，由于在此处刚度较弱，很容易导致激励信号失真，从而增加了敲击的难度。
因此，试验过程中采用了单点激励、多点拾振的方法。
应该指出，根据动力互易定理，单点激励多点拾振和多点激励单点拾振所得到的结果
相同。
3.支承方式
被测车身部件实际工作过程总是处于一定的约束状态中，理论上试验过程中应该
重现这种实际的约束状态，但这种要求在实际操作上很难达到，因此试验过程中总是
考虑替代的支承方式。
替代的支承方式一般有两种:自由支承和地面支承。
自由支承也叫软支承，实验过程中自由支承只是一种近似，但当我们把支承系统
的最高刚体模态频率控制在被测车身部件的最低弹性模态频率的1/5到1/10以内时，
那么这种支承系统的近似引起的误差就可以忽略不计，此时的支承就可以近似为自由
支承。
地面支承也叫硬支承，理论上要求被测车身部件与地面之间的加速度导纳为零，其振动响应只应包括几万赫兹以上的频率成分。
实际上这种替代的支承方式也很难实现，实际过程很难实现结构与地面连接点处的导纳比其它点的导纳小很多。
本次模态试验采用自由支承即软支承，用几根弹簧软绳将车身部件悬挂起来近似
模拟自由状态，通过测试的支承系统的最高刚体模态频率和粗略测试出的车身部件的
最低弹性模态频率来验证所选择的弹簧是否满足要求，测试结果表明这种支承满足试
验的精度要求，最终的试验结果表明这种近似对分析结果的影响可以忽略。
4.模态参数辨识
对采集的数据在频域内进行了参数辨识。
根据研究内容选择在0-120Hz范围辨识，辨识的方法为单模态识别法，用峰值拾取法计算频率、阻尼，峰值法计算留数。
进行
模态频率的计算，得到试验模态参数如表所示，模态振型如图所示。