Artemis_ATP08_and_ME'scope_VES锤击法模态分析操作指南-牛维2012
软件进阶培训--ArtemiS-ATP03
ArtemiS 之ATP03模块
* ATP03可以实现阶次跟踪滤波器功能。在属性中激活Tracking，选择 需要滤波的Tracking Order。
ArtemiS 之ATP03模块
* ATP03可以支持ArtemiS实现更多随转速变化的计算功能。如下图所示 Order、Loudness vs. rpm、Octave vs. rpm……
ArtemiS 之ATP03模块
ArtemiS Tool PackS 工具包
ArtemiS 之ATP03模块
ATP03模块概述:
1. 支持ArtemiS实现更多随转速变化的计算功能
2. 支持ArtemiS实现扭振的计算功能 3. 支持ArtemiS实现阶次跟踪滤波器功能
ArtemiS 之ATP03模块
* ArtemiS采用32-bit浮emiS 之ATP03模块
* ATP03可以使脉冲、速度信号编码记录在音频信号中，而在ArtemiS中可以 进行独立的脉冲、速度分析。
ArtemiS 之ATP03模块
* 进行“RPM vs. Time”分析，是从音频信号中分离出RPM脉冲信号 ，绘制 RPM随时间变化的曲线。
ArtemiS 之ATP03模块
* ATP03可以支持ArtemiS实现扭振的计算功能。
ArtemiS 之ATP03模块
*选择属性，在Pulse data channel里可以进行参考通道设置；选择哪个通道， 则该通道即为参考通道。
例如计算Level vs. rpm，参考通道设 置为速度通道时，则计算出Level vs. speed；参考通道设置为角度时，则 计算出Level vs. Phi曲线
Artemis_ATP08_and_ME'scope_VES锤击法模态分析操作指南-牛维2012
FRF测试,参考的选择
H( f ) X ( f ) / F( f )
Response( roving response a column of FRF)
Excitation（roving Hammer a row of FRF)
H1
G fx Gff
F
k 1 m k 1
m
*
( f )X ( f )
设臵启动为Integrated Recorder
连接并检测硬件连接，点击上图 中的图标，打开采集界面
FRF测试
选择前端，根据最大关心频率设臵主采样频率
进入Analyze界面
FRF测试
通道设臵：
1、根据配臵选择开启通道，配臵传感器，量程及DOF 量程需要反复调试，以保证信号的最大信噪比； 2、如果为多参考输入出，注意DOF的选择；
幅值
1阶模态 2阶模态 3阶模态 梁 加速度
Force Force Force Force Force Force Force Force Force Force 力Force
试验模态激励：
1、步进式正弦激励法：从最低频率到最高频率选定足够数目离散的频率值， 每次使用一个频率给出激励信号，测出该激励的稳定响应，在进行下一个频率；
频响函数 固有频率、阻尼、振型
模态试验的基本假设
1、振动系统是线性的，满足叠加原理 任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合，在模态试验中首 先检查结构的线性动态特性
2、振动系统是时不变的 结构动态特性不随时间变化的 3、可观测性假设 系统的动态特性所需要的全部数据都是可以测量的，这对选择响 应的自由度非常重要 4、振动系统遵从Maxwell互易性原理 在A点的输入所引起B点的响应等于B点的相同输入所引起的A点的 响应
Artemis模块功能简介
ATP 17-ArtemisIRIG-B 时间代码模块（代码 4617）
根据 IRIG-B 时间代码标准（现有的绝对时间信息）记录信息的扩充模块 具有不同前后端的进行数据记录的数据采集模块
ADA-Lite-Artemis 数据采集模块（代码 4620）
特性
频率响应函数 脉冲响应函数 自相关（与 ATP-03 相结合，可作为控制输入的函数） 互相关（（与 ATP-03 相结合，可作为控制输入的函数） 相干
ATP 06-Artemis 高级心理声学模块（代码 4606）
进行高级心理声学研究的 Artemis 扩展模块。
特性
听音模式 HSA 由听音模式获取心理声学参量
ATP 10-Artemis 发生器与编辑器模块（代码 4610）
3
产生合成信号及编辑信号序列的 Artemis 扩充模块
特性
信号和函数发生器 信号编辑器
ATP 11-Artemis 高级文档模块（代码 4611）
对测量和分析结果完成高级自动存档的 Artemis 扩充模块
ATP 12-Artemis 数据库模块（代码 4612）
ATP 04-Artemis 倍频程分析模块（代码 4604）
进行 1/n 倍频程分析的 Artemis 扩充模块
特性
2
1/n 倍频程频谱(数字滤波器符合 IEC 和 ANSI S1.11 标准) 多重谱
ATP 05-Artemis 系统分析模块（代码 4605）
研究系统特性的 Artemis 扩充模块
ATP 07-Artemis 高级分析模块（代码 4607）
对信号进行进一步分析的 Artemis 扩充模块
锤击法模态测试流程
锤击法模态测试流程锤击法模态测试可是个挺有趣的事儿呢，我来给你好好讲讲这个流程哈。
一、准备工作。
咱们先得把要用的设备都找齐喽。
像力锤这可是关键的家伙事儿，就像厨师的锅铲一样重要。
它有不同的锤头，咱得根据测试对象的特点来挑。
然后还有加速度传感器，这就像是测试对象的小耳朵，能把那些振动的信息都收集起来。
再就是数据采集仪啦，它负责把传感器听到的那些信息都记录下来呢。
除了设备，测试对象也得准备好呀。
要把测试对象放在一个相对稳定的地方，不能让它在测试的时候晃来晃去的，不然测出来的数据可就乱套了。
比如说要是测个小零件，就得把它稳稳地固定在一个夹具上。
要是测个大家伙，像大型机械结构啥的，那也得保证它周围没有太多干扰的东西。
二、传感器的安装。
传感器安装可是个细致活。
咱们得找个合适的地方把加速度传感器贴上去或者固定好。
这个地方呢，最好是能比较准确地反映测试对象的振动情况。
比如说如果是个梁结构，那可能在梁的中间或者两端安装传感器就比较合适。
安装的时候要小心哦，不能把传感器弄坏了。
要是不小心把传感器搞坏了，就像战士上战场没带枪一样，整个测试就没法好好进行啦。
而且要保证传感器和测试对象接触良好，这样它才能准确地感受到振动呢。
三、力锤的敲击。
力锤敲击这一步很有讲究呢。
咱们拿力锤敲测试对象的时候，不能乱敲一气。
要选择合适的敲击点，一般来说呢，要均匀地在测试对象的不同位置敲。
敲的时候力度也得控制好，不能太轻，太轻了传感器可能都感觉不到振动的变化；也不能太重，太重了可能会对测试对象造成损伤，就像你打一个小宠物，下手太重可不行。
而且每次敲击的方向也要尽量保持一致，这样测出来的数据才更有可比性。
四、数据采集。
当我们用力锤敲的时候，数据采集仪就开始工作啦。
它会把传感器传过来的振动信号和力锤敲击的力信号都记录下来。
这个过程就像是一个小秘书在认真地做会议记录一样，不能出一点差错。
要保证采集到的数据是完整的，没有丢失或者错误的部分。
在采集数据的时候呢，可能还需要设置一些参数，像采样频率这些，要根据测试对象的特性和测试的要求来设置好，不然采集到的数据可能就不准确啦。
一种快速方便的试验模态分析方法——锤击法
一种快速方便的试验模态分析方法——锤击法摘要：本文主要介绍了一种快速方便的试验模态分析方法——锤击法。
该方法通过对结构体系进行钝化处理，利用实验锤击对结构进行激励，利用加速度传感器记录结构动力响应，通过对响应波形进行分析，可以得到结构的自然频率、阻尼比和模态形式等特征参数。
该方法简单易行，不需要复杂的仪器和设备，适用于大多数简单工程结构的模态分析。
文章还对该方法的优缺点进行了讨论，并提出了进一步优化的建议。
关键词：试验模态分析；锤击法；自然频率；阻尼比；模态形式Abstract:This paper mainly introduces a fast and convenient experimental modal analysis method-hammering method. This method passivates the structural system, uses experimental hammering to stimulate the structure, and uses an acceleration sensor to record the dynamic response of the structure. By analyzing the response waveform, characteristic parameters such as the natural frequency, damping ratio, and mode shape of the structure can be obtained. This method is simple and easy to implement, does not require complex instruments and equipment, and is suitable for modal analysis of most simple engineering structures. The article also discusses the advantages and disadvantages of this method and proposes suggestions for further optimization.Keywords: experimental modal analysis; hammering method; natural frequency; damping ratio; mode shape一、概述试验模态分析是工程结构振动分析的重要方法之一，其目的是获取结构的自然频率、阻尼比和模态形式等特征参数，为结构设计、优化、调试及故障诊断提供依据。
一种快速方便的试验模态分析方法锤击法
的颡 响 函 数 可 以 写成 ：
＝ 耋［ 一 ］
㈣
它 表示 自 由度 ６ 处 激 励 ，自由度 “ｎ 处 的 响 应 ，其 互 易关 系 也 成立 ，即
一
＝
＝
由 于 方 程 （６）中 每 一 模 态 仅 用 ２个 复 参 数来 描 述 频 响 函 数 ，因 此 该 方 程 在 模 态 分 析 中 特 别 有 用 。利 用 方 程 （６），对测 量 得 到 的 频 响 数 据 采 用 曲线 拟 合方 法 即 可 获 得 第 ｒ阶 模 态 的 极 点
和 留数 尼 （ｎ．６）的数值 ．实际上 ，一组测量 得到的频响 函数确定 了频响矩 阵中的一行或 一 列 。对 于 每 一 个 频 响 函 数 进行 曲线 拟 台 即 可 得 到 留数 矩 阵［Ｒ ］中 的 相 应 行 或 列 ，由 此 可 求 出 模 态 向量 ｛舜｝。
因此 ，根 据 方 程 （６），通 过 对 测 量到 的频 响 数据 进 行 曲线 拟 合 即 可 直 接 获 得 被 测结 构 的 模 态模 型 ，而 每 一模 态 的 固 有 频 率 和 阻 尼 比 可 通 过 方 程 （４）中 的极 点 值 计 算 出 来 。同 时 ，模 态 向 量 也 可 由 留数 矩 阵 中的 一 行 或 一 列 推 导 出 来 。留 数 矩 阵和 频 响 矩 阵都 是对 称 的 。即
求 敲 击 力大 小 适 当 。力 太 小 就 会 降 低 信 噪 比 ，而 力太 大
则会 使结构出现非线性 响应 或信号 失真 。但是 随着先进
信 号分 析 仪 的 出现 ，锤 击 法 的 许 多 不 足 是 可 以 克 服 的 ，
如 对 信 号 加 窗 、平 均 和 弱 小 及 太 大 信 号 的 剔 除等 处 理 就
某风扇振动破坏的有限元模态分析及试验验证
某风扇振动破坏的有限元模态分析及试验验证李华山;吴晗;周强;冯健美;彭学院【摘要】Aiming at the problem of an unexpected fracture occurred on the blade of a fan used for the motor cooling of a natural gas reciprocating compressor unit for an offshore, a finite element model was established to analyze the natural frequencies and modal shape, and a test was carried out to validate the simulated results. It was indicated that the analytical results agreed well with the experimental modal data. The first order natural frequency of the fan was close to 3 times excitation frequency. The third natural fre-quency was close to 6 times excitation frequency and the corresponding mode shape was combinations of bending and torsional vi-bration, which consequently contributed to low-frequency resonance and pre-mature failure of the fan. The results of harmonic re-sponse analysis showed that the regions of stress concentration were exactly consistent with the fractures on the fan.%针对某海洋平台天然气往复压缩机组中高压电机外风扇破裂问题,对风扇进行有限元振动模态分析,计算其固有频率和振型,同时通过试验模态测试验证了计算结果.模态结果表明,试验模态测试与有限元计算结果吻合良好;风扇1阶固有频率与转速3倍频接近,3阶固有频率与6倍频接近,容易引起低阶共振,且表现为弯曲和扭转的复合振动模态,是导致风扇破裂的主要原因.谐响应结果表明,风扇应力集中区域与风扇出现裂纹位置一致.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】5页(P34-37,41)【关键词】风扇;振动模态;有限元;模态试验【作者】李华山;吴晗;周强;冯健美;彭学院【作者单位】海洋石油工程股份有限公司特种设备公司,天津 300452;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 710049【正文语种】中文【中图分类】TH457;O242.21振动模态分析作为研究结构动力特性的一种方法，在工程振动、故障诊断问题的分析和解决过程中，发挥着重要的作用[1]。
晶钻模态分析软件系列三锤击法模态实验
锤击法是单操作员实验模态测试的基本方法。
EDM-Modal 的锤击法提供流程化的操作界面，方便用户完成所有设置和实验。
锤击法模态实验的设计，旨在帮助用户快速定义采集参数，将更多的时间可以花在分析上。
触发设置界面让用户定义触发方式，触发预览界面显示当前激励和响应的测点名称，触发后采集的激励和响应波形，以及平均的次数；其窗口的尺寸大小可手动调整。
手动触发是默认的触发类型，在些类型下当激励达到设置触发值，则激励和响应波形会被显示，用户可以接受/拒绝当前帧。
当选择接受则进行下一帧测试，直到达到平均次数，完成当前测点的测试。
驱动点选择是锤击法特有的一个功能子模块，用于方便用户选择哪个测点适合用作固定的激励点或参考点。
用户设置几个要测试的驱动点，通过试敲击得到他们的FRF数据，然后判断出最适合的驱动点。
EDM简化了此重要的预实验的数据管理。
当开始实际的测量后，采集状态表格会显示所有的DOFs状态（状态包括：未测量，已测量和正在测量），方便用户即时了解所有测点的状态。
当测点完成后点“Next Point”或“Previous Point”移动软件上的当前测点。
“RovingSetup”，可集中设置游击方式，每个通道对应的测点和方向。
锤击法实验过程一个常见的问题是会出现“double hit”。
我们提供了自动检测“double hit”的过程，让用户自动或手动拒绝有双击的敲击。
锤击法实验采集的结果会自动添加到模态分析的数据选择模块，这样模态数据采集和分析可无缝对接。
★EDM Modal 锤击法模态实验主要特征如下：①直观的流程化操作过程。
②几何模型贯穿整个测试过程。
③响应和激励两种游击方式。
④自动或手动移动测点。
⑤自动或手动触发模式。
⑥可变尺寸的触发观览窗口。
⑦双击锤击识别，开/关，自动/手动拒绝。
⑧驱动点设置。
⑨测试状态声音和图形反馈H1，H2，H3和Hv方式计算FRF 测点测试状态显示表格。
★EDM Modal模态支持的功能如下：①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。
压缩机振动噪声综合特性测试分析技术研究
图1 锤击法硬件示意图对于压缩机部件结构锤击得到一个脉冲激励力信号，基金项目：大连大学科研平台校内基金项目。
通讯作者：王珍。
图2 固有频率模块界面固有频率模块硬件需要一个力锤、加速度传感器及数据采集卡组成。
软件功能模块利用LabVIEW编程实现，模块实现如图2所示，为压缩机管道的固有频率测试，从图中可以得到，压缩机配管系统的固有频率为74.1Hz，并且其2倍频148.2Hz、3倍频232.9Hz成分也很明显。
在此模块中，注意锤击信号长度要根据响应信号衰减长度截取，并且由于锤击和响应之间信号之间具有时间差，要根据互相关算法在响应信号中延迟截取开始点。
在频率响应函数中选用Hamming窗，RMS averaging平均模式，Exponential加权模式。
固有频率程序框图如图3所示。
3 声振相干分析原理及程序模块设计相干性是一种统计数据，可用于验证两个信号或数据之间的关系。
它在模块用于估算振动信号和响应信号之间的功率传输状况，可以使用它来估计压缩机振动与噪声之间的因果关系。
针对某个频率，其相位差恒定，幅值变化表现一致，说明这两信号中这个频率点的相干性较高。
用公式来表达两列信号x，y 的相干性计算，如下：2()()()()xy xy xx yy G f G f G f G f =（2）其中，G xy (f )为两列信号的互功率谱密度，G xx (f ) 和G yy (f )则是它们各自的自功率谱密度。
从公式中可以发现，相干性的取值范围是[0-1]。
1为完全相干，0为完全不相干。
声振相干硬件系统需要加速度传感器、传声器及数据采集卡。
模块设计界面如图4所示，图中是压缩机管图4 声振相干模块界面振动噪声相干分析模块运用了相干分析函数，把噪声信号与振动信号进行相干算法进行周期运算，运算次，每次运算的数据为5k，通过每次的迭代使得振动与噪声的相干系数更加明显。
在相干分析函数参数中平均模式为Vector averaging，加权模式为Exponential，选用高斯窗，窗参数为0.2，FRF H3。
锤击法模态试验原理
你也可以...
使用弹性垫将测试结构支撑起来。 弹性垫一般选择海绵之类具有弹性的材 料。对于一些轻质结构，你甚至可以使 用棉花糖来支撑。
30
加速度传感器
原则上，常用的加速度传感器都可以完成模态实验。但对于结构测试，我 们还需要注意以下问题： ➢ 实验前注意传感器的有效频率范围； ➢ 尽量选择质量较轻的传感器，避免产生附加质量改变测试结构的特性； ➢ 模态激振器法中，较多的传感器可以节约移动测量所需要的试件；
不管吊什么，弹性绳 都不可少
Tips：购买晶钻设备时可以提供您一套模态实验工具包
35
如何正确激励
应该移动力锤还是传感器
你应该会注意到，力锤法有移动力锤和移 动传感器两种方式。 从理论的角度来说，两种方法并没有什么 区别，存在互易性，结果也是一致的。
但实际实验中，我们也要考虑到一些影响 测量的现实因素： ➢ 移动传感器会改变结构的时不变性； ➢ 力锤不一定能方便地敲击到结构的所
1
我们为什么需要模态实验？
评价结构设计合理性
故障诊断和预报
识别设计的薄弱环节
获得合理的安装位置
2
验证有限元模型
模：态分析能得到什么？
共振频率
结构系统在受到外界激励产生运动时，将按 特定频率发生自然振动，这个特定的频率被 称为结构的固有频率。
阻尼比
阻尼比是无单位量纲，表示了结构在受激 振后振动的衰减形式。
右下显示了平板的某一阶模态振型， 红色的九个点被称为节点。 同样，这九个点所采集的数据，是 无法识别出这一阶模态的。
28
把测试结构悬挂起来
测试结构需要处于自由状态，采用弹性 连接。 在足够牢固的台架上，使用弹性绳悬挂 测试结构。 一般悬挂点选择在振幅较小的位置，最 佳悬挂点应该是某阶振型节点。 测试结构在激振方向要有一定行程。 对强方向性结构，激振方向之外保持一 定程度固定，避免大幅晃动。
锤击法测量梁构建的模态-工程振动matlab仿真分析
实验报告锤击法测量梁构建的模态姓名：***学号：***指导老师：***院系：***目录1. 实验目的 (1)2. 实验装置 (1)2.1 试件及传感器的布置 (1)2.2 采集系统设置 (2)3. 实验数据处理 (2)3.1 1号传感器与力锤的时域分析 (2)3.2 1号传感器与力锤的频域分析 (3)4. 1号传感器与力锤的频响函数估计 (5)4.1 H1估计 (5)4.2 H2估计 (6)4.3 H1、H2与频响函数之间的比较 (7)5. 估算模态参数 (8)5.1 固有频率、阻尼比的估算 (8)5.2 ANSYS建模进行模态分析 (8)5.3 振型图 (10)5.3.1 一阶振型 (10)5.3.2 二阶振型 (11)5.3.3 三阶振型 (11)1. 实验目的本实验采用LMS模态测试系统对某结构件固有频率进行测量，将实验数据进行处理。
（1）数据频谱分析，获取锤击信号及响应的幅频特性、相频特性、实频和虚频；（2）采用不同的频响函数估计方法对结构频响曲线进行估计，画出幅频、相频、实频、虚频和奈奎斯特图，并进行比较；（3）采用单自由度方法估计结构的频率、阻尼及振型。
2. 实验装置2.1 试件及传感器的布置图2.1.1 试件与传感器的布置图2.2 采集系统设置本次实验采用了锤击法，即用力捶敲击梁结构，采集梁结构振动的相关数据。
实验使用了5个加速度传感器，设置的采样频率：12800Hz，分别率：2HZ；锤击次数为8次，传感器和锤击点的方向设置为X正方向。
3. 实验数据处理3.1 1号传感器与力锤的时域分析图3.1.1 1号传感器与力锤时域图图3.1.2 第七次锤击振动信号时域图如图3.1.1所示，在分析数据后，发现锤击信号比较大，所以对其缩小十倍。
如图3.1.2所示是截取的第七锤的锤击信号。
3.2 1号传感器与力锤的频域分析图3.1.3 1号传感器与力锤频域分析后的幅频、相频图图3.1.4 1号传感器与力锤频域分析后的实频、虚频图图3.1.5 Nyquist图如图3.1.3所示，可以看出此次锤击实验激起了试件的五阶固有频率：一阶是400HZ ,二阶是1080HZ,三阶是2067HZ，四阶是3350HZ，五阶是4818HZ。
锤击法在模态分析技术中的研究
锤击法在模态分析技术中的研究摘要：本文重点介绍了试验模态分析的基本理论和试验建模的基本方法。
并通过一个具体的实例说明了锤击法在结构试验模态分析中的具体应用及其特点。
主题词：力锤，试验建模，模态分析1.引言振动测试与分析的是研究结构振动的一种重要的实验方法。
模态分析是振动测试与分析的一种，它主要是通过某种激励方法，使试验对象产生一定的振动响应，继而通过测振仪器直接测量出激励与系统振动的响应特性或直接测量被测对象运转时的振动特性；然后通过一定的信号处理方法，如统计分析、谱分析、相关分析、频响函数分析等，进而确定被测对象的模态参数，如固有频率、阻尼比、振型等。
模态参数为结构物的固有参数，通过它就可能预言结构在某个频段内，在内部或外部各种振源作用下的实际振动响应，从而为结构的动态设计及故障诊断提供重要依据。
结构动力学研究中实验模态分析是一个重要的方面，而实验模态分析技术的基本过程为频率响应函数的测量和参数识别。
必须同时测出使结构产生振动的激励信号和结构的响应信号，才能得到频率响应函数。
激励的方法通常采用激振器和用锤头敲击。
锤击法相对来说设备简单，使用操作方便，特别适用于现场实验，因而应用范围越来越广泛。
1.锤击法的介绍2.1锤击法的基本原理对结构输入一个脉冲的力信号，激起结构微幅振动，同时测出力信号和响应（f），响应信号的自功信号(位移、速度、加速度）。
求出力信号的直功率谱Svv率谱Sxx （f），和力与响应信号的互功率谱Sv x（f）。
即可得出频率响应函数H（f）和相关函数rFx（f）。
（1）（2）单位理想脉冲，冲击持续时间为无穷小，用数学中的狄拉克函数表示为（3）它的傅里叶变换为（4）在锤击过程中由于材料的弹性，冲击持续时间不可能为无穷小，而是有限时间 ,因为脉冲力也不可能为无限大。
假定冲击过程中相互撞击的材料力为理想弹性体，其数学表达式可近似写作（5）它的傅里叶变换为（6）自功率谱函数（7）总能量W（8）2.2锤击法的注意事项2.2.1传感器的选择和安装由于传感器应用十分广泛，类型多种多样，在各行各业都有应用。
打桩锤击模型的解析算法
*
AG + B Gt * e sin( Ht * ) + H CJ + D Jt * e sin( Kt * ) K
(12)
(1) 4 个相异实根 G，H，J，K； (2) 2 个相异实根 G，H，2 个共轭复根 J＋Gi， J－Gi； (3) 2 对共轭复根 G＋Hi，G－Hi，J＋Gi，J－Gi。 3 种情况的根可查有关数学手册[10]计算得出。
Abstract： The drivability study of piling requires modeling of the hammer impact to calculate the input force wave at the pile head. This force wave can be computed numerically or by simple analytical solutions. Analytical solutions are presented for hammer impact considering a model which uses lumped mass for the ram and anvil，a spring and a dashpot for the anvil cushion，and another spring for the cap cushion on the top of a pile. The pile is modeled as a dashpot. The solutions account for the separation of the anvil mass from the pile cap cushion as well as the separation of the ram mass from the anvil cushion. The developed solutions are used to perform a parametric study to show the influence of the pile cushion and the mass ratio of pile cap to pile hammer on the maximum force transmitted to the pile head. The parameters of pile cap cushion are achieved by laboratory static test. Force-time responses derived from the analytical model are compared with field data，which indicate well consistent with each other. Key words：soil mechanics；driving pile；analytical solutions；parametric study；static test 测得的桩顶速度波、锤击力波来计算单桩的承载力，
锤击法在细长体两点激振试验中的研究及应用
锤击法在细长体两点激振试验中的研究及应用程鹏斌;李大鹏;赵晨【摘要】The test conditions of the head and tail of a slender varies widely in vibration test. The first three order modal results can be referenced when selecting the excitation and control location before the dual-exciter vibration test. Exciting specific location of test pieces, and measuring the transfer function of the response from exciting, the basic modal information of the structure can be calculated by computer. Hammering on the structure is a instantaneous wideband excitation. The fixture and control position is confirmed by referencing the position of modal shape peak and node lines from modal results, and meet the requirements of the control in dual-exciter vibration test.%细长体进行振动试验时前后输入的试验条件差异较大，进行两点激振试验前激励点和控制点选取需要参考试验件前三阶的模态信息。
对结构进行激励，测量响应的传递函数，通过计算机解算可以得出结构的基本模态信息。
锤击法模态测试操作简要
锤击法模态测试操作简要第一部分现场仪器注意事项 (1)第二部分信号采集参数设置 (1)第三部分传递函数分析 (2)第四部分模态分析文件参数设置 (3)第五部分模态分析结构建模 (4)第六部分模态分析定阶 (5)第七部分模态分析拟合过程 (5)第八部分模态分析校验及动画 (7)第九部分自动报告及辅助功能 (8)第一部分现场仪器注意事项模态测试过程中，通过力锤敲击被测物体，侦查各通道仪器信号连接是否正常。
如异常，通常处理办法，排除法。
第二部分信号采集参数设置1、试验名、试验号、存盘路径及测点号设置测点号命名规则：响应点用数字来命名，激励点用字母加数字来命名，应避免重名。
重名会导致频响函数错误，做频响函数分析时，输入测点和输出测点关系不要搞错。
如在多点激励一点响应，或一点激励多点响应（只有一个响应传感器时），第一号点激励为“F1”，响应为“1”；则第n 号测点激励为“Fn”，响应为“n”,频响函数为“n”对“Fn”。
对单点激励多个响应传感器，如8个，第一次测量激励为“F1”，响应为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”；第二次测量激励为“F2”，响应为“9”、“10”……“16”。
对前8 个频响函数，输入应选“F1”，9 到16 号频响函数，输入应选“F2”。
2、采样频率设置在满足采样定理基本要求基础上，可以根据经验初步估计采样频率，通过力锤试敲法、并采集一段数据，分析观察频谱特征，根据信号频谱结构特征进行合理设置采用频率。
3、标定值设置标定值：在使用DASP测试软件振动测试时，被测物体振动过程中的每个单位工程量值对应采集仪测得的电压值，即工程测试过程中的单位一。
计算方法：标定值CA=传感器灵敏度A﹡调理器增益K。
基于模态分析技术的空调配管停机应力超标分析
基于模态分析技术的空调配管停机应力超标分析邱文辉; 张浩; 赵强; 张睿诚; 游斌【期刊名称】《《家电科技》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】5页(P64-68)【关键词】空调配管设计; 配管停机应力; 模态分析; 有限元仿真【作者】邱文辉; 张浩; 赵强; 张睿诚; 游斌【作者单位】广东美的制冷设备有限公司广东顺德528311【正文语种】中文1 引言空调配管是连接压缩机与冷凝器等的重要部件，是冷媒的运输通道，其可靠性问题是配管结构设计中的关键问题之一。
空调运行时如果配管振动应力过大，容易引起管路断裂，造成冷媒泄露。
为了解决配管振动应力过大的问题，常常通过合理的配管设计，使得管路的固有频率远离空调压缩机的运行频率，减小管路振动的振幅，从而降低运行时配管振动应力。
另一方面，除了运行应力外，对于定频空调，在频繁达温停机的情况下，如果空调停机时振动应力过大，也容易引起管路断裂[1]。
因此，研究空调停机时配管振动应力过大的原因，降低停机时配管的振动应力，对于提高定频空调配管的可靠性具有重要意义。
本文针对某型号定频冷暖空调室外机回气管停机应力过大的问题，通过实验及有限元仿真[2]两种手段，对压缩机-橡胶底脚-配管系统进行模态分析，得到其固有频率及相应的模态振型，并利用实验结果验证有限元仿真的准确性。
结合仿真结果及应力测试，分析停机应力过大的原因，并对配管系统进行结构优化，减少管路配重，提高配管的低阶固有频率，使得配管停机应力减小。
改进后的配管系统有效地避免了停机应力过大的问题，提高了产品的品质。
2 模态分析基本原理2.1 实验模态分析基本原理实验模态分析是通过实验测试获取结构系统的固有频率、阻尼及模态振型等模态参数的实验分析方法。
对于具有N个自由度的结构系统，假设其N×N维质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵分别为[M]、[C]和[K]，则该结构的动力学方程可以表示为：其中{a}、{v}、{x}和{f}分别为N维加速度向量、速度向量、位移向量和载荷向量，且{a}和{v}分别为{x}对时间t的二次导数和一次导数。
实验十 用锤击法测量简支梁的模态参数
实验十用锤击法测量简支梁的模态参数一、实验目的1、了解测力法实验模态分析原理。
2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。
二、实验系统框图图1-2-19 测试系统框图三、实验原理目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。
1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。
因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。
在测量频率响应函数时，可采用力锤和激振器两种激励方式。
力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。
由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。
激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。
这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。
2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。
其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环境，测试成本低，方便和快速。
测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。
而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。
3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。
引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。
ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT或者Order)、非稳态升/降速ODS。
根据结构的阻尼特性及模态参数特征，模态分析可分为实模态分析和复模态分析。
锤击法模态测试流程
锤击法模态测试流程一、测试前的准备。
1. 设备方面。
咱得先把测试要用的设备都找齐喽。
那肯定少不了力锤呀，这力锤就像一个小鼓手，是用来给咱的测试对象“敲敲打打”的。
还有加速度传感器呢，它就像是个小耳朵，专门去听那些被敲击后的反应。
这些设备可得检查好，就像出门前检查自己的东西有没有带齐一样。
比如说力锤的锤头有没有松动呀，加速度传感器的线有没有破损之类的。
2. 测试对象。
再看看咱们要测试的东西，也就是测试对象。
得把它安置在一个合适的地方，这个地方要尽量减少外界的干扰。
要是测试对象是个小零件，那得把它稳稳地固定住，不能让它在被锤击的时候乱动。
要是个大家伙，也得找个相对稳定的支撑，就像给它找个舒服的小窝，这样测试出来的数据才准呢。
二、开始锤击测试。
1. 锤击点的选择。
接下来就到了锤击这个环节啦。
那锤击点的选择可重要了呢。
不能随便乱敲，就像我们不能在墙上乱钉钉子一样。
要根据测试对象的形状、结构来选择合适的锤击点。
比如说，如果是个长方体的东西，我们可以沿着它的棱边或者面的中心位置开始锤击，这样能让它比较均匀地受到力的作用，就像给它做个全身按摩一样。
2. 锤击力度。
锤击的力度也有讲究哦。
不能太轻，太轻了就像给它挠痒痒，测试对象可能都没什么反应，这样得到的数据就不准确啦。
也不能太重，太重了可能会把测试对象给弄坏呢，那可就不好了。
得找到一个合适的力度，这个力度要既能让测试对象有明显的反应，又不会对它造成伤害。
就像我们和朋友开玩笑的时候，力度要刚刚好，这样大家才都开心嘛。
而且每一次锤击的力度尽量保持一致，这样得到的数据才有可比性。
三、数据采集。
1. 传感器的工作。
在锤击的时候，加速度传感器就开始工作啦。
它会很灵敏地捕捉到测试对象因为锤击而产生的振动情况。
这时候就像它在跟我们悄悄说：“看，我听到了好多有趣的东西呢。
”这些捕捉到的数据就会被传输到我们的采集设备上。
2. 采集设备的设置。
采集设备也得设置好。
比如说采样频率呀，这个得根据测试对象的特性来定。
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FRF测试
用锤击法产生激励脉冲信号，适合于中、小型和低阻尼 结构的激励。顶帽与试验结构发生冲击接触时，传递给 结构的冲击力近似于正弦函数，其频谱如下图，fc为截止 频率。
FRF测试
三种不同顶帽的波形图、适用频率范围、脉冲宽度 和输入力的范围。 根据被测对象，选择不同的顶帽。
顶帽 钢帽+质量 频率范围 0~7kHz 0~4.5kHz 尼龙帽+质量 0~2kHz 0~1.3kHz 橡胶帽+质量 0~500Hz 0~340Hz 脉宽 0.2ms 0.23ms 0.57ms 0.76ms 2.7ms 3.1ms 100~700N 300~1000N 范围 500~5000N
1 0m 1 m 0 200 400 600 800 [H z] 1 k 1 ,2k 1 ,4k 1 ,6k
1 00m
输入
[N ] 1 1 00m
A uto spectrum (Excit atio n) - Input Wo rking : Input : Input : FF T A nalyzer
根据约束状态： • 自由模态：被测对象自由约束； • 工作模态：被测对象实际约束； 根据FRF的获得方法： • 人为可控的激励的FRF； • 采用自然状态下的激励的OMA； 有无阻尼： • 实模态，振型同时达到最大值或最小值； • 复模态，振型中点存在过度；
模态试验研究
对于机械系统（结构）动力学特性：
* F ( f )F ( f )
G H 2 xx Gxf
X X
k 1 k 1 m
m
*
( f )X ( f ) ( f )F ( f )
*
FRF测试（H估计选择）
1、只要存在噪声干扰，相干函数总小于1，相干函数可以作为估计结果的一种评价。经多 次平均，随即噪声干扰造成的估计误差因此下降，相干函数提高，频响函数曲线趋于 平滑。但当平均次数达到一定程度后，相干函数不太提高单随机误差能随平均次数的 正价而下降
0
-1 k -2k 0 40m 80m 1 20m [s] 1 60m 200m 240m
1 0m
1 m 1 00u 0 200 400 600 800 [H z] 1 k 1 ,2k 1 ,4k 1 ,6k
频率响应函数
脉冲响应函数
[N ] 200 1 00
Time(Excitatio n) - Input Wo rking : Input : Input : FF T A nalyzer
FFT
输出
[m/s 瞉 1 0 1
频域
A uto spectrum (Respo nse) - Input Wo rking : Input : Input : FF T A nalyzer
时域
逆 FFT
1 00m
[(m/ Frequency s?/N ] Respo nse H 1 (R espo nse,Excitatio n) - Input (M agnitude) Wo rking : Input : Input : FF T A nalyzer 1 0
模态试验的基本假设
模态试验开始时，首先要通过试验检查这四个基本假设：
第一个假设一般用调节力幅比较频响函数； 第二个假设一般是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臵数量 第四个假设是测量频响函数对比（A/B B/A）
试验软、硬件设备
加速度计
Artemis ATP08
FRF测试
为各通道设臵参考通道及窗函数，并确认传感器信息
1、力锤通道：Ref.Ch.为自身，Window为 Transient
2、响应通道：Ref.Ch.为力通道，Window为 Exponential 确认好传感器参数，及Calculator设臵，保存 设臵。
FRF测试
触发设臵
选择触发Channel为力锤； Mode为Rising Slope； Threshold:有两种方式%比或数值，保持在设臵满量程的20%为佳； 预触发时间：根据力锤的锤头和采样频率进行设臵；保证脉冲信号采 集的完整性，并于Transient窗和Expositional窗的T0开始时间一致。
Hv
H1 H2
H 4 H1 H 2
H 3 ( H1 H 2 )
H 2 H 3 H 4 H1
输入窗函数选择
1, t 1.2 1 W f (t ) [1 cos t (t 1.2 )],1.2 t 1.8 2 0, t 1.8
逐DOF进行FRF测试 频率响应函数 力锤或者激振器激励 定义相干函数,自谱等用 于验证
3. 曲线拟合
4. 验证
匹配测试结果与网格点 频率 阻尼 留数 (模态振型)
MAC (模态臵信准则) 模态臵信因子 相位分布 模态参与因子 ........
频率响应函数
[m/s 瞉 80 40 0 -40 -80 0 40m 80m 1 20m [s] 1 60m 200m 240m Time(R espo nse) - Input Wo rking : Input : Input : FF T A nalyzer
2、自动正弦慢扫描激励：使用自动控制的方法使激励信号的频率缓慢而连续 变化，从低到高扫过所关心的频率；
3、快速扫频正弦激励：属于瞬态激励形式，频率从指定的低频到指定高频的 按一定规律连续变化的正弦信号，扫频一次Chirp
4、冲击激励（比如：力锤，爆破脉冲等）
5、纯随机激励，激励与响应加Hanning窗，进行多次平均减少泄露； 6、伪随机激励：在一定频率范围内其幅频特性为常数，其相频特性随机均匀 分布的周期信号，保证谱线间隔应比半功率带宽小的多； 7、周期随机激励：由对段不相关伪随机激励组成（比纯随机和伪随机所花时 间多，但比正弦慢扫描快； 8、瞬态随机激励（burst random)
幅值
1阶模态 2阶模态 3阶模态 梁 加速度
Force Force Force Force Force Force Force Force Force Force 力Force
试验模态激励：
1、步进式正弦激励法：从最低频率到最高频率选定足够数目离散的频率值， 每次使用一个频率给出激励信号，测出该激励的稳定响应，在进行下一个频率；
FRF测试,参考的选择
H( f ) X ( f ) / F( f )
Response( roving response a column of FRF)
Excitation（roving Hammer a row of FRF)
H1
G fx Gff
F
k 1 m k 1
m
*
( f )X ( f )
Artemis ATP08 & ME’scope VES
锤击法模态分析操作指南
牛维 2012
模态分类
根据获得模态的方法的不同： 1）计算模态 -由有限元计算的方法获得
模态分类
2）试验模态-通过试验将系统输入输出信号经过参数识别获得
识别出的频率和阻尼比 振型
为什么做模态测试
• 改进有限元模型 –在原形样机上通过测试进行验证 –通过引入阻尼来改进有限元模型 • 故障诊断 –降低过大的振动水平 –确保共振远离激励频率 模态测试 • 仿真“假如。则。。” 首先利用在飞机工业 –确定载荷 今天也广泛的应用于汽车工业和许多 其他工业 –复杂激励下结构的响应 –结构动力学修改 • 结构综合分析 –预测组装子部件或总成的动力学行为
FFT
240m
0
-1 00 -200 0 40m 80m 1 20m [s] 1 60m 200m
输出 运动 H(w) = = 输入 力
响应 = 激励
激励技术
力锤激励
一般激励移动力锤
输入
激振器激励
一般用于多通道响应 或者响应点可以移动的情况
输出
输入 输出
• 小的各向同性结构 • 支持快速的多参考技术 • 快速的方法 – 不需要固定设备
0 200 400 600 800 [H z] 1 k 1 ,2k 1 ,4k 1 ,6k
[(m/ s?/N Impulse /s] R espo nse h1 (R espo nse,Excitatio n) - Input (R eal P art) Wo rking : Input : Input : FF T A nalyzer 2k 1 k
频响函数 固有频率、阻尼、振型
模态试验的基本假设
1、振动系统是线性的，满足叠加原理 任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合，在模态试验中首 先检查结构的线性动态特性
2、振动系统是时不变的 结构动态特性不随时间变化的 3、可观测性假设 系统的动态特性所需要的全部数据都是可以测量的，这对选择响 应的自由度非常重要 4、振动系统遵从Maxwell互易性原理 在A点的输入所引起B点的响应等于B点的相同输入所引起的A点的 响应
FRF测试（H估计选择）
2、在只存在响应端干扰噪声时，经过足够次数的平均，H1估计趋于正确值H，H2估 计的误差却不能因平均而减少，将给出含有较大误差的结果； 3、只存在输入端的测量干扰噪声时，经过多次平均，H2估计趋近于H，而H1估计误 差不会因平均而减少将给出含有较大误差的估计值； 4、一般来说，在反共振点附近，因为响应信号较小，信噪比小，相干函数将较低。 H1估计将比H2估计好一些。而在共振点附近，力信号的细微差别会对响应有较大 影响。因此，H2的估计会比H1估计好。然而，无论是哪一种估计，在这两处，相 干函数都会比较小，在反共振区相干函数降低的更为明显。H2估计在处理共振区 时更好。 5、H1和H2的估计都是有偏估计。H1为欠估计而H2为过估计。