电子设备组件振动特性与模态分析的研究
模态分析的应用及它的试验模态分析
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模态分析的应用及它的试验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。
模态分析最终目标是在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；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；4) 控制结构的辐射噪声；5) 识别结构系统的载荷。
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。
振动测试与分析
振动测试与分析引言：在各行各业中，振动测试与分析是一项重要的技术，它可以帮助我们了解各种物体和系统的振动特性，以及找出潜在的问题并提供解决方案。
本文将介绍振动测试与分析的基本原理和方法，以及其在不同领域的应用。
一、振动测试的原理振动测试是通过将传感器安装在被测试物体上，测量物体在振动过程中产生的加速度或速度来获取振动信号。
传感器将振动信号转换为电信号，再经过信号放大和采样，最终得到振动波形。
常用的传感器包括加速度计、速度计和位移传感器。
二、振动测试的方法1.自由激振法：在物体上施加外力进行振动，然后测量物体的振动响应。
这种方法适用于研究物体的振动特性和固有频率。
2.强迫激振法：通过施加特定的激励信号，使物体以特定频率和幅度振动。
这种方法常用于测试物体的耐振性和振动特性。
3.模态分析法：通过激励物体的不同模态形式，测量物体不同模态的振动响应，从而研究物体的模态特性和阻尼特性。
三、振动测试与分析的应用1.机械工程领域：振动测试与分析在机械工程中有广泛的应用。
例如，在汽车工业中，振动测试可以用于测试汽车零件的耐用性和可靠性，预测零件的寿命。
在航空航天领域，振动测试可以用于测试航天器的结构强度和振动特性，以提高飞行安全性。
2.电子工程领域：振动测试与分析在电子工程领域也有重要的应用。
例如，在手机制造业中，振动测试可以用于测试手机零件的质量，确保手机在使用过程中的稳定性和可靠性。
另外，在电子设备的设计中，振动测试可以用于优化电路板的设计，减少振动对电子元器件的损坏。
3.土木工程领域：振动测试与分析在土木工程领域有助于评估建筑物和结构的安全性。
例如，在地震工程中，振动测试可以用于评估建筑物的抗震性能，预测地震情况下的结构变形和破坏程度。
此外，振动测试还可以用于监测桥梁、隧道等工程结构的安全状况。
4.生物医学领域：振动测试与分析在生物医学领域中也有应用。
例如，医学领域中常用的超声波检测技术，就是利用振动信号来获取人体组织和器官的内部信息。
基于模态分析的机械系统振动控制研究
基于模态分析的机械系统振动控制研究在现代机械工程领域中，机械系统振动控制是一个非常重要的研究方向。
机械设备的振动不仅会影响其使用寿命和性能，还可能对周围环境产生噪音污染。
因此，如何有效地控制机械系统的振动成为了很多工程师和研究人员关注的问题。
随着科学技术的不断发展，基于模态分析的机械系统振动控制已成为一种有效的方法。
模态分析是通过测量和分析机械系统的振动模态来获取其固有频率、阻尼比等参数的技术。
通过了解机械系统的振动特性，可以找到引起振动的主要原因，从而采取相应的控制策略。
首先，我们需要对机械系统进行模态分析。
这可以通过使用激励信号对机械系统施加一定的外力来实现。
通过测量机械系统在不同频率下的振动响应，可以得到系统的模态参数。
这些参数包括固有频率、阻尼比等，它们反映了机械系统振动的基本特性。
在模态分析的基础上，我们可以采取不同的控制策略来减小机械系统的振动。
一种常用的方法是通过调整机械系统的结构参数来改变其振动特性。
例如，可以通过增加结构的刚度或者改变质量分布来改变系统的固有频率。
这样可以使得机械系统的振动与外界激励的频率不再匹配，从而减小振动的幅值。
另一种常用的振动控制方法是主动控制。
主动控制通过在机械系统中添加传感器、执行器和控制器等装置来实现。
传感器用于实时监测机械系统的振动状态，控制器则根据传感器的反馈信号来调整执行器的工作状态，从而减小机械系统的振动。
主动控制技术可以实时、精确地对机械系统进行振动控制，从而提高系统的性能和可靠性。
基于模态分析的机械系统振动控制还可以结合其他技术，如基于信号处理的方法。
信号处理技术可以对机械系统的振动信号进行分析和处理，从而提取出有用的信息。
通过对振动信号的频谱分析、滤波等处理，可以进一步深入了解机械系统的振动性能，并能够更加准确地进行振动控制。
然而，基于模态分析的机械系统振动控制也存在一些挑战和难题。
首先，模态参数的测量需要精确的仪器设备和技术手段，这对于一些复杂的机械系统来说可能会比较困难。
振动系统的模态分析与优化设计
振动系统的模态分析与优化设计振动系统是一类具有固有频率和振动模态的物理系统，它们广泛应用于各个领域，包括工程、航空航天、汽车等。
对振动系统的模态分析与优化设计的研究是提高系统性能和减少振动噪声的重要手段。
本文将从振动系统的模态分析方法入手，介绍振动系统的优化设计思路和方法。
1. 模态分析方法模态分析是研究振动系统特征频率和振动模态的重要手段。
常见的模态分析方法包括频率域分析和时域分析。
1.1 频率域分析频率域分析是通过对振动信号的频谱进行分析，得到系统的特征频率和振动模态。
其中，最常用的方法是傅里叶变换。
通过对振动信号进行傅里叶变换，可以将信号从时域转换到频域，并得到频谱图。
在频谱图中，峰值对应系统的特征频率，而频谱的形状则反映了振动模态的特征。
1.2 时域分析时域分析是对振动信号的波形进行分析，探究系统的特征波形和响应特性。
常用的时域分析方法包括峰值检测、相关分析和小波变换等。
通过时域分析，可以直观地观察到系统的振动特征，如幅值、相位、周期等。
2. 优化设计思路振动系统的优化设计旨在改善系统的振动性能，减少振动噪声和损耗。
优化设计思路常包括以下几个方面：2.1 结构优化结构优化是通过改变系统的结构参数，如材料、形状和尺寸等，来改善系统的振动性能。
例如，在汽车设计中，通过优化车身的结构布局和刚度分布，可以减少车身的共振现象，降低噪声和疲劳损耗。
2.2 材料优化材料优化是通过选择合适的材料，来提高系统的振动特性。
不同材料具有不同的弹性模量和阻尼特性，因此选择适当的材料可以改变系统的固有频率和振动模态。
2.3 控制优化控制优化是通过对振动系统施加控制力或应用控制策略，来减小系统的振幅和振动噪声。
常见的控制优化方法包括主动控制和被动控制，如主动振动控制器和振动吸振器等。
3. 优化设计方法优化设计方法是指通过数学模型和计算工具，对振动系统进行优化设计的技术手段。
常见的优化设计方法包括参数优化和拓扑优化。
谐响应响应谱分析随机振动与模态分析分解
谐响应响应谱分析随机振动与模态分析分解首先，谐响应是指在结构受到谐波激励时的响应。
谐响应分析通过求
解结构的固有频率和模态形态，可以得到结构在特定频率下的振动响应。
谐响应分析适用于结构物在受到单一频率的激励下的振动分析。
这种分析
方法通常用于研究结构物的固有频率、振型和共振现象。
其次，响应谱分析是一种用于反映结构物在地震激励下的振动响应的
分析方法。
响应谱分析是将地震激励和结构响应表示为频率-加速度的关系，并通过求解结构的动力方程，得到结构在不同频率下的最大振动响应。
响应谱分析适用于研究结构物在地震等随机激励下的振动响应特性。
响应
谱分析可以在设计阶段评估结构的抗震性能，并为地震设计提供参考依据。
随机振动是指由不同频率和振幅的随机激励引起的结构振动。
随机振
动与模态分析分解是将随机振动分解为一系列模态振动的分析方法。
模态
分析通过将结构的振动方程转化为模态方程，求解结构的固有频率和振型。
然后，通过将模态响应与结构的模态参与系数相乘，可以得到结构的全局
响应。
随机振动与模态分析分解可以用于研究结构物在非线性激励下的振
动响应特性，以及结构响应的频谱特性。
总而言之，谐响应、响应谱分析、随机振动与模态分析分解是结构动
力学中常用的分析方法，用于研究结构物的振动响应特性。
谐响应适用于
单一频率激励下的振动分析，响应谱分析适用于地震等随机激励下的振动
分析，随机振动与模态分析分解适用于非线性激励下的振动分析。
这些方
法的综合应用可以帮助工程师评估和改善结构物的振动性能，以确保结构
的安全性和可靠性。
振动响应传递率的动力学特性研究及其在工作模态分析中的应用
振动响应传递率的动力学特性研究及其在工作模态分析中的应用李星占;董兴建;岳晓斌;黄文;彭志科【摘要】振动响应传递率描述了多自由度系统中各自由度响应之间的关系,近年来在多个领域得到了广泛的应用,特别是在工作模态分析方面,获得了瞩目的应用成果.但对于振动响应传递率的动力学特性,一直缺乏完整的、系统的分析.为此,将从振动响应传递率的基础概念出发,对不同输入情况下,振动响应传递率在系统零极点的特性和对系统输入的依赖性进行解析推导分析;然后,通过数值算例对振动响应传递率的特性进行仿真验证;最后,应用振动响应传递率对非白噪声激励下梁结构的工作模态进行了辨识,表明基于振动响应传递率的工作模态分析方法能够避免虚假模态对辨识结果的影响.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)009【总页数】9页(P62-70)【关键词】振动传递率;系统零极点;工作模态分析;虚假模态【作者】李星占;董兴建;岳晓斌;黄文;彭志科【作者单位】中国工程物理研究所机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240;上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240;中国工程物理研究所机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究所机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TH113.1振动响应传递率是一种描述测点响应之间振动传递特性的物理参数，与结构的频率响应函数一样，振动响应传递率与结构的动力学特性紧密相关。
基于振动传递率的动力学特性，近年来传递率已经在多个领域得到了广泛的应用，如结构响应估计[1]、损伤检测[2]、工作模态分析[3]、频率响应函数的估计[4]、力辨识[5]和传递路径分析[6]等。
特别是在工作模态分析领域，基于振动响应传递率的工作模态分析方法得到了深入的研究和广泛的应用。
多自由度振动系统的特征值问题与模态分析
多自由度振动系统的特征值问题与模态分析自由度是描述物体运动状态的重要概念，而多自由度振动系统则是指由多个物体组成的振动系统。
在工程领域中，多自由度振动系统的特征值问题与模态分析是非常重要的研究内容。
特征值问题是指在多自由度振动系统中，寻找系统的固有振动频率和振动模态的问题。
对于一个n自由度振动系统，其特征值问题可以表示为：[K] {x} + [M] {x} = \lambda [M] {x}其中[K]是系统的刚度矩阵，[M]是系统的质量矩阵，{x}是系统的振动位移向量，\lambda是特征值。
解特征值问题可以得到系统的特征值和特征向量，从而确定系统的固有振动频率和振动模态。
在解特征值问题时，常常采用模态分析的方法。
模态分析是一种将多自由度振动系统的特征值问题转化为一组独立振动模态的方法。
通过模态分析，可以得到系统的振动模态和相应的特征值。
振动模态是指系统在不同频率下的振动形态，而特征值则代表了系统的固有振动频率。
在进行模态分析时，通常需要进行模态求解和模态分解两个步骤。
模态求解是指求解特征值问题，得到系统的特征值和特征向量。
而模态分解则是将系统的振动模态表示为一组独立的振动模态，通常采用线性组合的形式表示。
在实际工程中，多自由度振动系统的特征值问题和模态分析具有广泛的应用。
例如，在建筑结构设计中，通过模态分析可以确定结构的固有振动频率，从而避免共振现象的发生。
在机械系统中，通过模态分析可以评估系统的动态性能和稳定性。
在航天器设计中，模态分析可以帮助设计师优化结构，提高航天器的抗振能力。
总之，多自由度振动系统的特征值问题与模态分析是工程领域中重要的研究内容。
通过解特征值问题和进行模态分析，可以得到系统的固有振动频率和振动模态，从而对系统的振动特性进行分析和优化。
在实际应用中，特征值问题和模态分析对于工程设计和结构分析具有重要的意义。
结构振动的频率响应与模态分析
结构振动的频率响应与模态分析频率响应与模态分析是结构振动研究中非常重要的方法，通过这些分析可以深入了解结构的特性、性能和振动行为。
本文将探讨频率响应与模态分析的基本原理、应用以及分析方法。
一、频率响应分析频率响应分析是研究结构在不同激励频率下的振动响应情况。
它通过测量系统对于不同频率激励下的振动响应，得到结构的频率响应函数，进而了解其固有频率、阻尼特性等。
其基本原理是利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，得到频率和振幅之间的关系。
频率响应分析主要包括两个方面：幅频特性和相频特性。
幅频特性描述了结构对于不同频率激励振幅的响应情况，相频特性则反映了结构振动的相位角与激励频率之间的关系。
在实际工程中，频率响应分析可应用于结构的动态特性测试、模态参数辨识、振动响应控制等方面。
通过频率响应分析，可以预测结构的固有频率，找出结构的共振点，分析结构的阻尼、模态分布等重要参数，为结构设计和改进提供关键依据。
二、模态分析模态分析是研究结构的固有振动模态以及相应的振动特性。
通过模态分析可以获得结构的模态参数，包括自振频率、振型和阻尼比等。
在模态分析中，首先要建立结构的数学模型，通常采用有限元法等数值计算方法。
然后通过计算结构的特征值和特征向量，得到结构的固有频率和振型。
固有频率是结构振动的固有特性，而振型描述了结构在不同固有频率下的振动形态。
模态分析广泛应用于结构设计、振动控制、结构健康监测等领域。
通过模态分析，可以确定结构的主要振型和固有频率范围，评估结构的动态性能，优化结构的设计参数。
三、频率响应与模态分析的联系与应用频率响应分析与模态分析虽然从不同角度研究结构的振动特性，但它们之间存在紧密的联系和相互依赖。
首先，通过频率响应分析可以识别结构的固有频率。
在频率响应测试中，当激励频率接近结构的固有频率时，会发生共振现象，振动响应大幅增加。
通过识别这些共振点，可以初步估计结构的固有频率，并为后续的模态分析提供初步数据。
浅析电子设备振动环境适应性设计
浅析电子设备振动环境适应性设计摘要：随着飞机作战能力的不断提高和作战环境的多样化，对电子设备的机械环境适应能力提出了更高的要求。
因此，在目前的条件下，如何有效地提高电子设备的耐久性，成为了电子设备结构设计中必须要重视的问题。
在此基础上，重点讨论了电子设备振动环境适应性。
关键词：电子设备；环境；适应性引言随着作战环境的复杂和飞机作战性能的不断提高，对飞机上电子设备的环境适应能力也提出越来越高的要求，特别是电子设备的环境试验条件下，其试验严苛程度远远超出了装机的实际使用环境。
同时，随着载机的发展，对电子设备的质量提出了更高的要求。
所以，在进行结构设计时，必须将不同的环境因素对设备的影响进行全面地考虑，以保证设备在真实的环境中有较高的可靠度和较长的使用寿命。
随着作战任务的完成和飞机动性的提高，各种飞机对安装的电子设备的环境适应能力也有不同的要求。
一般情况下，小型战斗机和直升机上的电子设备需要在较差的环境下工作，而大型运输机和小型无人机的工作环境相对较好。
在结构设计上，要针对载机平台所处的工作环境，进行有针对性地设计，防止过多或过少的设计。
导致电子设备失效的环境因素主要有机械环境、气候环境和电磁环境三个方面。
因此，在装机协调及分机结构的设计中，必须充分考虑到设备的环境适应性，如散热，强度，重量减轻，“三防”，电磁兼容等，在保证产品质量的同时，也要注意降低设备的造价。
一、环境适应性设计机载电子设备需要进行的机械环境试验主要有振动、冲击、加速度及炮击振动等，主要是测试设备的结构强度及元器件的抗冲振耐受力。
一般情况下，对电子设备来说，最容易出现故障的测试环节就是耐久振动和炮击振动，特别是安装在翼尖和垂尾等部位的设备，在耐久振动时，均方根加速度一般都在20 g左右，而耐久振动时间则会达到5-6 h。
电子设备因振动产生的疲劳效应及谐振现象，会导致其电气性能退化、部件失效、疲劳损伤及失效。
根据统计，在造成航空电子设备失效的所有环境因素中，有27%是由振动引起的。
电动机定子铁心振动模态分析
工况2
在某种特定工况下，例如电动机定子铁心 在额定负载下运行，其振动模态特性会更 加稳定。这是因为额定负载下，电动机的 机械力和电磁场都处于相对稳定的状态， 对定子铁心的振动影响较小。
不同结构参数对振动模态特性的影响
要点一
结构参数1
要点二
结构参数2
定子铁心的结构参数，如长度、宽度、厚度等，会对振 动模态特性产生影响。当改变这些参数时，例如增加定 子铁心的厚度，会提高其固有频率，降低振动的幅度。
工业应用
03
研究结果可应用于工业领域，提高电动机的运行效率和可靠性
，为工业生产线的优化和改进提供技术支持。
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THANKS
测试方法
模态分析通常采用激振器对系统进 行激振，通过测量系统的响应，得 到系统的模态参数。
电动机定子铁心振动模态建模与分析
模型建立
根据电动机定子铁心的结构特 点，建立定子铁心的有限元模 型，并采用有限元方法对模型
进行求解。
模态分析
通过对有限元模型进行模态分 析，得到定子铁心的固有频率 和模态形状，分析定子铁心的
。
研究电动机定子铁心的振动模 态具有实际应用价值，对于提 高电动机的运行效率和稳定性
具有重要意义。
研究现状与发展
国内外对于电动机定子铁心的研究主要集中在电磁场、温度场、强度等方面，对 于其振动特性的研究相对较少。
随着计算机技术的不断发展，有限元方法在电动机的设计和分析中得到了广泛应 用，为研究定子铁心的振动模态提供了新的手段。
方法2
采用阻尼材料或结构，可以降低定子铁心的 振动幅度。阻尼材料或结构可以吸收或分散 振动的能量，减少定子铁心受到的冲击力。
06
结论与展望
实验模态分析 - 全面剖析航空电子设备PCB组件
引言航空电子设备在生产、运输和使用过程中不可避免地要受到振动和冲击的作用。
这些振动和冲击的作用可能导致电子设备的多种形式的失效，甚至破坏。
这些振动和冲击引起的电子设备的破坏螺钉与螺母松脱、机箱的变形、PCB 焊点断裂剥离、器件引脚断裂等。
尤其是随着PCB 不断向高精度、高密度、小间距、多层化、高速传输方向发展和大规模集成电路（VLSI）的飞速发展，它的功能更全、体积更小，封装引脚更多、更密的IC 和SOIC 不断涌现，特别是表面贴装技术（SMT）的广泛应用，都对PCB 组件提出了更高的挑战。
对航空电子设备而言，振动和冲击引起的故障会大大降低其可靠性，产生极其严重的后果。
有关文献显示，航空电子产品因振动、冲击动力学环境所引起的失效率占总失效率的28.7%。
在对航电设备进行的振动环境试验中，PCB 也时常有发生。
通过对PCB 组件进行动力学分析、设计可以有效地降低其在环境试验中出现故障概率，提高航电产品的可靠性和质量。
动力学分析是以动态特性分析为基础的。
通过对PCB 组件进行动态特性分析可以建立其动力学模型。
只有建立起准确地动力学模型才可以对起进行有效地动力学分析。
为此，本文试图采用有限元分析（FEA）与实验模态分析（EMA）相结合的预试验分析技术来进行某航电设备PCB 组件（图1 所示）的动态特性分析，并建立了该PCB 组件的有限元动力学分析模型。
1 有限元模态分析作为一种成熟的数值分析技术，有限元分析技术（FEA）被广泛应用于电子设备PCB 组件的动态特性分析。
并且，FEA 可以帮助工程师设计更可靠的PCB 组件，通过设计之初预测潜在的失效和疲劳。
本文以某航空电子设备的PCB 组件（图1）为研究对象，其外形尺寸（长×宽×厚）为133.5mm×79mm×1.8mm，通过PCB 四个角处螺钉固定在电子设备的机壳上。
该PCB 组件的外形尺寸和固定方式均与规定的标准试验PCB 相似，只是厚度大了一些。
模态分析在航天电子产品结构设计中的应用
模态分析在航天电子产品结构设计中的应用在航天电子产品的结构设计中,设计选型阶段电路板等初始方案的选择,将决定产品最终的振动属性,常规的模态分析仅作为结构设计的一种检验手段,试图在设计之初便利用模态分析来指导初始方案的选择,进而改进航天电子产品的结构设计流程。
标签：模态仿真分析;航天电子产品;结构设计;ANSYS1 航天电子产品力学特点航天电子产品结构的功能是维持设备的外部构型,提供内部电路板组件、独立的元器件及模块的安装空间,满足安装要求,确保在各种受载条件下元器件、组件的安全,其中力学设计是结构设计中最重要的内容之一。
航天电子产品所承受的载荷根据其力学特性可分为静载荷和动载荷,通常静载荷可以通过采取适当措施减小其影响。
动载荷则比较复杂,航天器在地面到发射、进入轨道和返回地面的各阶段工作状态下要经受各种环境条件,都属于动载荷范畴,下表是航天器飞行过程中的动态激励特性。
POGO:液体火箭发动机的液体输送系统与火箭结构之间的液固耦合现象。
动载荷中的高频部分容易衰减,低频部分则不容易衰减,如果航天电子产品中的元器件或结构组件的固有频率与上述动态激励的频率相同,则容易引起共振,发生事故,所以航天电子产品的结构设计过程中必须尽量提高整体的基频。
模态分析的目的是确定航天电子产品结构的动态特性(固有频率和振型)。
因为它一方面可以避免与电子元件及控制元件的频率共振,另一方面是其它动力响应分析的基础,为结构设计选型提供依据。
2 航天电子产品结构设计流程航天结构设计的一般流程如图1所示。
其中一个数值分析验证和试验验证两个反馈环节,其中的力学分析就包含模态分析,但此时模态分析的目的是检验详细设计后的结构是否满足基频的要求。
一般从总体设计到详细设计中间环节往往凭设计人员的工程经验,如果到详细设计完成后的力学分析中发现问题,则需要重新进行详细设计,甚至可能需要对总体设计的进行更改。
同时,由于模态分析可以使用比较简单的模型,使用有限元分析便可得到结构的固有频率,需要的代价很小,且在结构详细设计之前增加一项模态分析能有助于结构的选型,可以提前发现问题,有效的减少结构设计的反复,并能为详细力学分析提供初始数据。
震动现象的实验测量与分析
震动现象的实验测量与分析震动现象是物体或系统在受到外力作用后发生的周期性或非周期性运动。
在工程领域和科学研究中，我们常常需要对震动现象进行实验测量和分析，以了解和控制物体的振动行为。
本文将介绍关于震动现象测量与分析的实验方法和数据处理技术。
一、实验测量1. 实验设备选择在进行震动现象的实验测量时，我们需要选择合适的实验设备。
通常情况下，可以使用加速度计、速度计或位移计等传感器来测量物体的振动参数。
根据实际需求，选择合适的传感器进行测量。
2. 实验参数设置在进行实验前，需要确定实验参数，包括激励力的大小、频率等。
这些参数将直接影响到实验结果的准确性和可靠性。
根据目标物体的特性和实验要求，合理设置实验参数。
3. 数据采集在实验过程中，使用合适的数据采集设备记录传感器所测得的数据。
数据采集设备可以是计算机、数据采集卡或者专门的数据记录仪等。
确保数据采集的准确性和稳定性，以获得可靠的实验数据。
二、数据处理与分析1. 数据预处理在进行数据处理之前，需要对采集得到的原始数据进行预处理。
这包括滤波、降噪和校准等步骤。
滤波是用于去除高频噪声或其他干扰信号，降低数据的噪声级别。
校准是将原始数据转换为真实的物理量，如加速度、速度或位移。
2. 时间域分析时间域分析是对振动信号进行时域特性的分析。
常用的方法有均方根、峰值、峰峰值和时域波形等。
均方根代表了振动信号的能量大小，峰值表示了振动信号的最大值，峰峰值是振动信号波动的范围。
波形图可以直观地表示振动信号的变化规律。
3. 频域分析频域分析是对振动信号进行频域特性的分析。
通过对振动信号进行傅里叶变换，可以将信号转换为频谱图。
频谱图表示不同频率成分的振幅大小。
在频域分析中，常用的方法有频谱密度、功率谱和频谱包络等。
4. 模态分析模态分析用于研究物体的振动模态。
通过对振动信号进行模态分析，可以得到物体的固有频率、振型和阻尼等信息。
模态分析可以帮助我们了解物体的结构特性和动力学行为，对于设计和优化物体的振动性能具有重要意义。
某机载电子设备振动模态与频响分析
关键 词 ： 态分析 ； 率响应 ； 模 频 数值 仿 真
中图分类 号 ：Ｎ ０ ； Ｐ ９ ． Ｔ ８ ２ Ｔ 编号 ：０ ８— ３０ ２ １ ） ５— ０ ９— ５ １０ ５ ０ （ ０ ０ ０ ０ ４ ０
Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｂ ａｉ ｎ Ｍｏ ｅ ｎ ｒ ｑ ｅ ｃ ｓ ｏ ｓ ａ ｙ ｉ ｆＶｉ ｒ ｔｏ ｄ ｓ ａ ｄ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｒ ｏ ｎ ｅ ｔｏ ｉ ｖ ｅ ｆＡｉｂ ｒ ｅ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉｅ
２１ ０ ０年第 ２ ６卷第 ５期
２ ０． １ ２ ． ０１ Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ５
电 子 机 械 工 程
Ｅ ｅ ｔｏ—Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｇｎ ｅｉ ｇ ｌｃｒ ｃ ａ ｉａ Ｅｎ ｉ ｅｒｎ ４ ９
某 机 载 电子 设 备 振 动模 态 与频 响分 析
方伟奇 。 克军 ， 王 张 明 ． （ 西安 电子工程 研究所 ， 陕西 西 安 ７ ０ ０ ） １ １ ０
摘 要 ： 先从模 态振 型 叠加 的 角度 分析 了正 弦激励 下 具有 比例 阻尼 的 系统 输 出位 移 响应 ， 首 讨论 了一般
粘 滞 阻尼 时 系统 用复模 态参 数表 示 的频 率 响 应 函数 。 对给 定 的 工 程 算例 ， 用 ＭＳ ． ａ ａ 运 Ｃ Ｐ ｔｎ和 Ｎ ｓａ ｒ ａｔ ｎ ｒ
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机械系统的模态分析与振动模式识别
机械系统的模态分析与振动模式识别引言：在工程领域中，机械系统的振动问题一直被人们广泛关注。
振动问题不仅会导致设备的性能下降，还可能引发设备的损坏和故障。
因此，对机械系统的振动情况进行准确的模态分析和振动模式识别，对于提高设备的稳定性和寿命具有重要意义。
本文将从机械系统的模态分析和振动模式识别的基本原理、方法和应用案例展开讨论。
一、机械系统的模态分析1.1 模态的概念模态是指机械系统在振动过程中的特定振动状态。
每个模态具有特定的频率、振型和振幅。
通过模态分析，我们可以了解机械系统不同振动模态的特性，从而更好地进行系统设计和优化。
1.2 模态分析的方法模态分析是通过测量和计算机处理振动信号来研究机械系统的特征模态的方法。
常见的模态分析方法有频域法、时域法和模型法。
1.2.1 频域法频域法是通过将振动信号傅里叶变换到频域，分析信号的频率成分和频谱特征，确定系统的共振频率和模态参数。
常用的频域分析方法有快速傅里叶变换（FFT）、谱分析等。
1.2.2 时域法时域法通过观察振动信号的波形和振动传递函数的响应，分析系统的振动特性。
时域分析方法包括自相关函数、互相关函数和功率谱等。
模型法是通过建立数学模型描述机械系统的振动特性，利用数学模型求解系统的模态参数。
常见的模型法有有限元法、辛普森法、辛普森规范化法等。
1.3 模态分析的应用模态分析广泛应用于机械系统的动态特性研究、结构优化、故障诊断和设计验证等领域。
例如，在风力发电机的设计中，通过模态分析可以确定发电机的受力、振动和噪声情况，进而优化设计和提高发电效率。
二、振动模式识别2.1 振动模式的概念振动模式指的是机械系统在振动过程中呈现出的不同振动形态。
不同的振动模式对应着不同的频率、振型和振幅。
通过振动模式识别，我们可以准确地确定机械系统的振动特性，并及时发现和处理潜在的故障或异常。
2.2 振动模式识别的方法振动模式识别是通过对振动信号进行特征提取和模式分类，来实现对机械系统振动信息的理解和判断。
模态分析在机械结构振动优化中的应用
模态分析在机械结构振动优化中的应用随着机械工程的不断发展和进步，机械结构的振动问题也成为一个不可忽视的因素。
振动不仅会降低机械结构的工作效率，还会影响其可靠性和寿命。
因此，合理的振动优化技术对于机械结构的设计和制造至关重要。
本文将重点探讨模态分析在机械结构振动优化中的应用，以及其在解决振动问题中的优势。
首先，我们来了解一下什么是模态分析。
模态分析是一种通过计算机模拟机械结构的振动特性的方法。
它基于结构的质量、刚度和阻尼特性，研究结构在不同振动模态下的振动状态。
通过模态分析，我们可以得到机械结构的振动模态、振动频率和振动形态，进而分析、评估和优化结构的振动性能。
在机械结构振动优化中，模态分析具有诸多优势。
首先，它可以帮助工程师全面了解机械结构的振动特性。
通过计算机模拟，我们可以得到结构在不同振动模态下的振动频率和形态，了解结构的振动模式和振动幅值。
这样，我们能够更加深入地了解机械结构的振动问题，并针对性地进行振动优化。
其次，模态分析还可以找出结构的共振频率。
共振是机械结构振动问题中一个很重要的概念。
当结构的振动频率接近其固有频率时，会发生共振现象，导致结构振幅剧烈增大，甚至引发破坏。
通过模态分析，我们可以精确地计算出机械结构的固有频率和共振频率，以避免共振发生。
通过对共振频率的研究和分析，我们可以合理调整结构的设计参数，改善其振动性能。
此外，模态分析还可以用于结构的优化设计。
通过模态分析，我们可以得到机械结构在不同参数下的振动特性。
对于一个给定的结构，我们可以通过改变其设计参数，例如材料、形状和尺寸，来实现结构振动性能的优化。
具体来说，我们可以通过分析不同参数对振动特性的影响，选择合适的参数组合，以达到结构振动性能的最佳状态。
这样，我们可以在满足结构强度、刚度和其他工程要求的前提下，使结构的振动尽可能小，提高其工作效率和可靠性。
最后，模态分析还可以用于结构的故障诊断和预测。
在实际工程中，机械结构可能会出现磨损、疲劳、裂纹等问题，这些问题都会对结构的振动性能产生明显的影响。
动力学分析结构的振动特性与响应分析
动力学分析结构的振动特性与响应分析动力学分析结构的振动特性与响应分析是工程领域中一个重要的研究方向，它主要关注结构在外部力的作用下的动态响应。
通过研究结构的振动特性和响应，可以评估结构的安全性、可靠性以及结构与外部环境的相互作用。
本文将介绍动力学分析结构的振动特性与响应分析的相关概念、方法和应用。
一、概述动力学分析结构的振动特性与响应分析是通过数学和物理的方法，研究结构受到外部力作用时的振动特性和响应的过程。
它涉及到结构力学、振动学、动力学、信号处理、数值计算等多个学科的知识。
该分析可以帮助我们了解结构的自由振动频率、模态形态和阻尼特性，进而评估结构的可靠性，指导结构设计和改进工程实施方案。
二、动力学分析方法动力学分析结构的振动特性与响应分析有多种方法，常见的方法包括模态分析、频域分析和时域分析。
1. 模态分析模态分析是基于结构的固有振动模态进行分析的方法。
通过模态分析，可以计算出结构的固有频率、振型和阻尼比等。
模态分析是动力学分析的基础，能够为后续的分析提供依据。
2. 频域分析频域分析是通过将结构响应信号转换到频率域进行分析的方法。
最常见的频域分析方法是傅里叶变换，它将结构的时域响应信号转换为频谱图。
频域分析可以用于计算结构的频率响应函数、频率响应特性和结构与外部激励的关系。
3. 时域分析时域分析是通过在时间域内观察结构的响应来进行分析的方法。
时域分析可以得到结构在时间上的响应曲线，包括位移、速度、加速度等。
通过时域分析，可以研究结构的动态特性和响应过程。
三、应用领域动力学分析结构的振动特性与响应分析在工程实践中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 结构安全评估通过动力学分析可以评估结构在外部力作用下的安全性。
通过分析结构的振动特性和响应，可以判断结构的稳定性、承载能力和耐久性。
这对于制定合理的工程设计和维护方案具有重要意义。
2. 结构改进与优化通过动力学分析，可以了解结构的振动特性和响应状况，发现结构中存在的问题和缺陷。
电子设备组件振动特性与模态分析的研究
9科技资讯 SC IENC E & T ECHNO LOGY INFO RMAT ION 高 新 技 术图1 实验平台的框架图电子设备在工作、运输与储存过程中,受到各种机械力—振动、冲击及摩擦力的作用,其中振动与冲击对设备的危害最大。
若设备长期受振动或冲击作用,会产生疲劳损坏,元器件引线或焊点断裂,引起电回路失谐等[1,2]。
由于机电系统小型化和轻量化,振动和冲击对机电系统的影响已变得非常突出,因此有必要探索在振动环境中去掉外部减振器的实现方法。
本文以电子设备为主要对象,进行模态分析,动力学分析和进行振动实验,并进行相应的减振措施,提高其抗振动和冲击的能力,实现去减振器和结构小型化,达到电子设备硬装的目的。
1 模态分析理论基础模态分析是以振动理论为基础、以模态参数为目标的分析方法,是研究系统的物理参数模型、模态参数模型和非参数模型的关系,并确定这些模型的理论及其应用的一门学科[3]。
模态分析是在振动理论、信号分析、数据处理、自动控制、测试技术与计算机等学科基础上发展起来的新兴学科,20世纪70年代到80年代中期,是模态分析理论及技术实现的成熟阶段,并逐步在各工程领域内应用[4]。
由于计算机技术、高速数据采集系统以及振动传感器等技术的发展,试验模态分析得到了很快的发展,已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。
模态分析提供了研究各种实际结构振动的有效途径[5],用模态分析理论通过对试验传递函数的曲线拟合,识别出结构物的模态参数,建立起结构物的模态模型。
2 电子设备组件模态测试电子设备整机由多个组件组成,分别对各组件进行测试,这里仅介绍一个组件的测试过程,其他的操作类似,电子设备的组件是集中在铝底板上的组装件。
要得到系统的模态参数,必须对被测对象进行实验测试,得到其响应信号,便可以对其进行参数识别,得到所需要的机械特征值。
在测试过程中,除了要了解整个测试流程,包括测试平台的搭建,被测对象的装夹,所使用软件的设置等,还要了解如何验证平台以及器件的有效性。
振动系统各阶固有频率及模态测试探究性实验设计
振动系统各阶固有频率及模态测试探究性实验设计振动系统是工程中常见的一个重要组成部分，其性能直接关系到工程结构的安全稳定性。
而振动系统各阶固有频率及模态测试是探究系统振动特性的重要手段之一。
本文将从实验设计的角度出发，探讨振动系统各阶固有频率及模态测试的探究性实验设计。
一、实验目的本实验旨在通过振动系统各阶固有频率及模态测试，探究振动系统的振动特性，研究不同频率下振动模态的特点，为工程结构的设计和优化提供重要参考。
二、实验原理1. 振动系统固有频率振动系统在受到外力作用下会产生振动，而振动系统固有频率是指在没有外力作用下，系统自身固有振动的频率。
振动系统的固有频率是由系统的质量、刚度和阻尼决定的。
2. 模态振动系统的模态是指在不同固有频率下的振动状态。
不同模态的振动状态是系统振动特性的重要表现，对于工程结构的分析和优化具有重要意义。
三、实验装置1. 振动台：用于产生模拟振动载荷的设备，可通过控制振动参数进行实验。
2. 加速度传感器：用于测量振动系统的加速度，获取振动参数。
3. 频谱分析仪：用于对振动信号进行频谱分析，获取不同频率下的振动特性。
4. 数据采集系统：用于采集实验数据，并对数据进行处理分析。
四、实验步骤1. 实验准备将振动台、加速度传感器、频谱分析仪和数据采集系统连接好，并进行调试确认设备正常工作。
2. 确定实验条件根据实际情况确定实验需要测量的振动系统的振动参数和测试频率范围。
3. 实验测量在不同频率下进行振动系统的固有频率和模态测试，记录振动台产生的振动参数和加速度传感器测量到的振动信号。
4. 数据处理分析将采集到的数据进行处理分析，通过频谱分析仪得到不同频率下振动系统的振动特性，比较不同频率下的振动模态，分析振动系统的振动特性。
五、实验注意事项1. 实验过程中要注意设备的安全操作，避免因振动带来的意外伤害。
2. 实验数据采集要准确可靠，避免因测量误差对实验结果产生影响。
3. 实验结束后要及时将设备进行清理和封存，确保设备的长期使用。
振动分析
振动分析振动分析是计算机辅助工程学中的一个重要技术。
它主要是通过对系统所发生的振动进行分析和计算，得出相应的特征参数，并在此基础上提出有效的控制方法，以达到科学、合理地设计、维护和控制各种工程设备的目的。
本文将从振动分析的原理、分类、应用及其在各个领域的研究与探索等方面进行详细的解读。
一、振动分析的基本原理1.振动的概念振动是物体围绕着平衡位置做规则周期性的运动，同时这个运动方式又使得它们之间施加相应的作用力，进而导致物体发出声音、震动等现象。
换句话说，物体在空间中不断地发生快速反复的运动，这种运动方式被称之为振动。
2.振动的种类振动分为自由振动和强迫振动两种类型，其中自由振动是指的物体自身发生的无外力作用的振动；而强迫振动是指作用在物体上的外力作用下所产生的振动。
这里我们主要讲述的是自由振动，因为强迫振动需要采用不同的计算方法。
3.振动的分类根据振动的形式和性质特征，振动可以分成多种类型，如：（1）简谐振动：物体在周期内运动速度、加速度大小及方向都是相同的。
（2）非简谐振动：物体在周期内运动速度、加速度大小及方向都会变化。
（3）阻尼振动：物体进行振动时受到来自周围环境的阻力作用。
（4）无阻尼振动：物体进行振动时不受任何阻力作用。
（5）共振：外力频率与机构本身固有振动频率一致，便容易引起共振现象。
二、振动分析的分类根据振动分析的对象和方法不同，可将其分为以下几种类型：1.结构振动分析：主要研究结构物在外部激励下的应力响应及其变形等信息。
其主要应用于大型工程的设计、优化、调试等过程中，以判断各组件间的相互影响，并找出问题所在，进而提高整个结构系统的安全性、稳定性和耐久性等方面的指标。
2.机械振动分析：主要研究与机械有关的各种振动问题。
在制造和运行机械设备时，借助于振动分析手段可以有效地寻找故障出现的原因，并及时采取相应的维修措施，以确保机械的正常运转。
3.流体振动分析：主要研究流体中所发生的各种形式的振动问题。
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电子设备组件振动特性与模态分析的研究
摘要：本文对电子设备组件在振动实验中存在的可靠性问题进行了研究，搭建了实验模态分析系统，研究了振动信号处理和模态参数提取方法，进行了实验模态分析。
验证了有限元建模方法的正确性，分析了目标电子设备的动态特性。
在此基础上，对电子设备组件进行了简单的硬振设计，提高了它的振动可靠性，为电子设备结构设计人员提供了参考依据。
关键词：电子设备，振动特性，模态分析，抗振设计
电子设备在工作、运输与储存过程中，受到各种机械力一振动、
冲击及摩擦力的作用，其中振动与冲击对设备的危害最大。
若设备长期受振动或冲击作用，会产生疲劳损坏，元器件引线或焊点断裂，引起电回路失谐等［1,2］。
由于机电系统小型化和轻量化，振动和冲击对机电系统的影响已变得非常突出，因此有必要探索在振动环境中去掉外部减振器的实现方法。
本文以电子设备为主要对象，进行模态分析，动力学分析和进行振动实验，并进行相应的减振措施，提高其抗振动和冲击的能力，实现去减振器和结构小型化，达到电子设备硬装的目的。
1模态分析理论基础
模态分析是以振动理论为基础、以模态参数为目标的分析方法，是研究系统的物理参数模型、模态参数模型和非参数模型的关系，并
确定这些模型的理论及其应用的一门学科［3］。
模态分析是在振动理论、信号分析、数据处理、自动控制、测试技术与计算机等学科基础上发展起来的新兴学科，20世纪70年代到80年代中期，是模态分析理论及技术实现的成熟阶段，并逐步在各工程领域内应用［4］。
由
于计算机技术、高速数据采集系统以及振动传感器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。
模态分析提供了研究各种实际结构振动的有效途径
［5,6］，用模态分析理论通过对试验传递函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，建立起结构物的模态模型。
2电子设备组件模态测试
电子设备整机由多个组件组成，分别对各组件进行测试，这里仅介绍一个组件的测试过程，其他的操作类似，电子设备的组件是集中在铝底板上的组装件。
要得到系统的模态参数，必须对被测对象进行实验测试，得到其响应信号，便可以对其进行参数识别，得到所需要的机械特征值。
在测试过程中，除了要了解整个测试流程，包括测试平台的搭建，被测对象的装夹，所使用软件的设置等，还要了解如何验证平台以及器件的有效性［7］。
2.1实验测试设备介绍
主要实验仪器有：（1）江苏联能电动力式激振台JZK-40 ；（2）
动态信号分析仪（Signalcalc730），具有实时多通道信号采集及处理能力；（3）激光扫描测振仪（Polytec seanning vibrometer PSV-200）; （4）SINOCEAR功率放大器；（5）压型电力锤和多种灵敏度类型的压电型加速度传感器；（6）数据处理计算机。
软件采用SIGNALCAL 730数据采集软件一具有自功率谱、传递函数、冲击谱等模块，可进行模态测试数据采集及初步数据处理。
实验测试平台如图1所示。
2.2主要仪器校准与检验
在进行实验测试之前，需要了解试验设备的性能及使用条件，使
其能工作在较佳的状态，确保测试结果具有一定的准确性。
激振台和激光测振仪是电子设备模态测试的非常重要部分，有必要在试验前对其校检。
3电子设备组件模态分析与测试试验
为了检验振动实验设备和验证实验的正确性，设置了组件铝板的自由模态振动测试实验，由于铝板的外形简单且规则，有限元分析会很准确，可根据有限元分析为准验证试验测试的准确程度，采用力锤激励实验及电动激振器激励试验。
通过对两种实验方法对铝板进行试验模态分析结果和有限元模
态分析结果对比可以知，力锤激励和激振台激励都能比较准确地得出铝板的模态参数，与有限元分析匹配的平均误差分别在 3.8%和3.6%左右。
但从振型的对比可以看出激振台的激励方式获得更好的模态振型，便于观察振型引起被测对象的变化。
4电子设备组件减震设计
在模态分析的基础上对设备进行结构动力学修改，通过实验得到组件的动力学特性对整机的动态性能频率等方面的影响，并通过改变结构来优化设计，得到所需的动态特性。
运用阻尼减振来进行对电子设备进行减振设计，由于约束阻尼具有较好的减振效果，而且对材料的阻尼大小要求相对自由阻尼结构而言要低一些，因此内部阻尼器采用约束阻尼结构，如图3所示。
其由尺寸为164m M 5m M 1mm的玻璃布板弹性层和同样尺寸硅橡胶阻尼层粘合而成，安装于铝制外围框和主印制板间，而印制板另一面加垫尺寸为© 5m M 2mm的硅橡胶柱。
采用双弹性层的约束阻尼结构形式应用于组件的印制板和铝制外框间的两边（如图4）,该阻尼结构具有小尺寸和结构简单的特点
白噪声随机振动激励测试结果显示阻尼结构有一定的振动隔离
效果（如图5），并具有改进优化的潜力。
图中线1为未加阻尼器的响应曲线，线2为加了内部阻尼器后的响应曲线。
测试结果显阻尼结构在高频（1000Hz以上）具有较好的减振效果，但在中低频段的减振效果不是特别理想；同时阻尼器的预紧压力大小会明显影响到低频段的减振效果。
5结论
电子设备的振动可靠性越来越受到人们的重视，包含印制电路板与集成电路组件的电子设备是振动的核心部件。
本论文对实验模态测试，实验模态参数提取，结构动力学修改及硬振设计等方面做出了许多有益的研究。
对一般的电子设备振动可靠性问题进行了一系列研究，找到了一些有针对性的规律，为电子设备设计人员有一定的依据可以参考，为提高电子设备的振动可靠性打下坚实的基础。
参考文献
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[2] J.H.金斯伯格.白化同、李俊宝译.机械与结构振动一理论与应用.北京冲国宇航出版社，2005:101-104
[3] 傅志方.振动模态分析与参数辨识.北京：机械工业出版社，1990:2-3
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[5] 李金泉、丁洪生、付铁、庞思勤、谢殿煌.BKX -I型并联机床的实验模态分析•制造技术与机床,2004(5):35-38。