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• 卫星结构试件应与飞行星发射段状态一致．
• 试件的支承状态，也就是边界条件，应模拟实际
结构的工作状态．用来验证数学模型的结构，可
选择在实验室内能够实现的支承状态．常采用约 束支承和自由状态两种形式．
2、试验前的预分析
• 结构模态试验需要计算分析的支持，通常在
试验前，应按实际结构的试验状态进行有限
H ( )
X ( ) 1 F ( ) 2m jc k
传递函数（频率响应函数）
1.4 模态矩阵概念
Modal Model (频域)
X 1 H11 H12 X 2 H 22 X 3 H 32 H n1 X n
多自由度系统：频率响应
幅度
1+2 d1+ d2
2
1
频率
m
d1
相位
dF
频率
0°
1
-90°
2 1+2
-180°
1.3分析方法时域和频域
F() H() X() |H()| 1 k
f(t)
1 2m
1 c
m
c k
x(t)
H() 0º – 90º – 180º 0 = k/m
(t ) cx (t ) kx(t ) f (t ) m x
振动系统的参数
• 系统结构动力学参数 模态参数：模态频率、模态阻尼、模态向 量 物理参数：质量、刚度、阻尼 • 影响因素： 几何形状、材料性能、支撑形式、运动参 数，载荷参数等
• 通过动态测试和数值模拟可对结构进行 动态响应预测：现有的理论工作大部分集中 于此 结构动力参数修改 结构优化设计 使得产品达到减振和降噪要求，提高可靠 性与安全度
• 现代试验模态技术 一门综合性与跨学科技术，集振动理论、动态测试技术、参 数识别技术、数值信号处理等学科于一身。 通过力学分析、数值计算、数字信号分析与试验研究相结合 采集和处理试验数据获得系统模态参数信息
• 分析解决各种复杂结构与机械系统的动力学正问题和逆问
题，已在振动与噪声控制、机器状态监测和故障诊断等领
1.理论基础
• 1.1 模态分析与模态参数识别概念
• 振动模态分析（比例阻尼）
• 利用系统固有的模态正交性，将方程从具体的物 理坐标空间变化到抽象的模态坐标空间中，目的是为 解除方程耦合，单独求解各独立的正则方程。 • 任意响应的组成 • 可视为系统各阶模态的线性组合或叠加，各阶模 态叠加的比重或权数不一样，高阶比低阶小得多。
模态分析技术
f(t) m c k x(t)
=
+
+
++
悬臂梁系统的振动
弹性体：质量、弹簧、阻尼
• 定量分析振动系统
• 连续弹性体 --> 一些集中质量块和弹性元件组成的 模型
• 模态的特征参数： 振动系统的各阶固有频率、固有振 型、模态质量、模态刚度、模态阻尼…… • 定义：建立用模态参数表示的振动系统的运动方程并 确定其模态参数的过程
• 在卫星实际结构上进行模态试验，测量激 励输入和响应输出数据，将它与数学模型 预示的结果比较，鉴定它们之间的总体吻 合程度．若误差超过规定的界限，就需要 根据一定准则调整模型的参数或修改模型 的构型，反复这一过程，直到所辨识得到 的数学模型能较好地模拟实际结构主要动 态特性为止．
1、试件和试验状态
• 模态试验需要计算分析的支持，这样才能更合理 的进行模态试验设计(试验方法的选择、激振点与 响应点的选择、激振信号的类型、频带和振级的 选定、测试系统的配置及数据的采集处理等)，发 现和解释试验中出现的问题，提高试验质量． • 结构模态试验与结构的计算分析紧密结合．根据 已被证实有效的模态试验结果去修正计算模型， 使数学模型能够模拟实际结构的主要动态特性， 进而，根据这个数学模型去预示、控制和优化结 构在所受工作环境下的性能。
1.2 系统组成
单自由度
f(t) x(t) k
m
c
(t ) Cx (t ) Kx(t ) f (t ) M x
M = 质量矩阵 C = 阻尼矩阵 K = 刚度矩阵
(t ) x (t ) x x(t ) f (t )
加速度向量 速度向量 位移向量 外加力向量
试验模态技术专题
为什么要做模态试验
?
• • • •
What’s about structure dynamics V-tail flutter wing flutter level tail
Baidu Nhomakorabea
研究振动的目的
• 研究实际结构的振动是怎么产生的？ • 研究结构振动结构哪些位置振动最大或者 最小。 • 研究怎么样降低甚至消除振动：疲劳。 • 理论计算、数值方法的准确性怎么样得到 保证？
元分析(FEA)．其目的是预示结构的主要模态
特性，为模态试验的设计提供依据，提高试
验质量并形成所试验结构的原始数学模型
3、模态试验设计与试验要点
• 根据模态试验的目的和要求及预分析结果，结合现有的试验条件和工 程经验，合理设计试验，保证和控制所辨识的模态参数具有可接受的 准确度．主要内容应包括： • 1) 试件要求及安装方式； • 2) 试验方法选择； • 3) 输入激励方式(类型、试验频带、谱形和振级)选择； • 4) 激励点的选择； • 5) 响应测点的布置； • 6) 激励、测量、数据采集和处理系统的设备配置； • 7) 试验数据的前、后处理方法； • 8) 有关提高测试精度的技术措施； • 9) 试验结果的有效性评估方法．
域特别是航空航天领域已经有广泛应用
模态试验技术
• 模态试验的目的是，从测量的激励输入和 响应输出数据中辨识结构的数学模型和特 性参数；用模态试验的结果去验证和修正 数学模型、综合试验模型；校核动态分析 结果的有效性，检查结构中的薄弱部位， 及鉴定结构的动态特性是否符合设计要求.
• 例子：研制卫星，其结构模态试验将和产 品的鉴定和验收试验一样，成为一项必不 可少的试验项目。试验要求规定：必须对 航天器整体结构进行模态试验，以获得在0 ～50Hz频带内的模态参数，用来建立和验 证空间航天器的动态分析模型．
• 试件的支承状态，也就是边界条件，应模拟实际
结构的工作状态．用来验证数学模型的结构，可
选择在实验室内能够实现的支承状态．常采用约 束支承和自由状态两种形式．
2、试验前的预分析
• 结构模态试验需要计算分析的支持，通常在
试验前，应按实际结构的试验状态进行有限
H ( )
X ( ) 1 F ( ) 2m jc k
传递函数（频率响应函数）
1.4 模态矩阵概念
Modal Model (频域)
X 1 H11 H12 X 2 H 22 X 3 H 32 H n1 X n
多自由度系统：频率响应
幅度
1+2 d1+ d2
2
1
频率
m
d1
相位
dF
频率
0°
1
-90°
2 1+2
-180°
1.3分析方法时域和频域
F() H() X() |H()| 1 k
f(t)
1 2m
1 c
m
c k
x(t)
H() 0º – 90º – 180º 0 = k/m
(t ) cx (t ) kx(t ) f (t ) m x
振动系统的参数
• 系统结构动力学参数 模态参数：模态频率、模态阻尼、模态向 量 物理参数：质量、刚度、阻尼 • 影响因素： 几何形状、材料性能、支撑形式、运动参 数，载荷参数等
• 通过动态测试和数值模拟可对结构进行 动态响应预测：现有的理论工作大部分集中 于此 结构动力参数修改 结构优化设计 使得产品达到减振和降噪要求，提高可靠 性与安全度
• 现代试验模态技术 一门综合性与跨学科技术，集振动理论、动态测试技术、参 数识别技术、数值信号处理等学科于一身。 通过力学分析、数值计算、数字信号分析与试验研究相结合 采集和处理试验数据获得系统模态参数信息
• 分析解决各种复杂结构与机械系统的动力学正问题和逆问
题，已在振动与噪声控制、机器状态监测和故障诊断等领
1.理论基础
• 1.1 模态分析与模态参数识别概念
• 振动模态分析（比例阻尼）
• 利用系统固有的模态正交性，将方程从具体的物 理坐标空间变化到抽象的模态坐标空间中，目的是为 解除方程耦合，单独求解各独立的正则方程。 • 任意响应的组成 • 可视为系统各阶模态的线性组合或叠加，各阶模 态叠加的比重或权数不一样，高阶比低阶小得多。
模态分析技术
f(t) m c k x(t)
=
+
+
++
悬臂梁系统的振动
弹性体：质量、弹簧、阻尼
• 定量分析振动系统
• 连续弹性体 --> 一些集中质量块和弹性元件组成的 模型
• 模态的特征参数： 振动系统的各阶固有频率、固有振 型、模态质量、模态刚度、模态阻尼…… • 定义：建立用模态参数表示的振动系统的运动方程并 确定其模态参数的过程
• 在卫星实际结构上进行模态试验，测量激 励输入和响应输出数据，将它与数学模型 预示的结果比较，鉴定它们之间的总体吻 合程度．若误差超过规定的界限，就需要 根据一定准则调整模型的参数或修改模型 的构型，反复这一过程，直到所辨识得到 的数学模型能较好地模拟实际结构主要动 态特性为止．
1、试件和试验状态
• 模态试验需要计算分析的支持，这样才能更合理 的进行模态试验设计(试验方法的选择、激振点与 响应点的选择、激振信号的类型、频带和振级的 选定、测试系统的配置及数据的采集处理等)，发 现和解释试验中出现的问题，提高试验质量． • 结构模态试验与结构的计算分析紧密结合．根据 已被证实有效的模态试验结果去修正计算模型， 使数学模型能够模拟实际结构的主要动态特性， 进而，根据这个数学模型去预示、控制和优化结 构在所受工作环境下的性能。
1.2 系统组成
单自由度
f(t) x(t) k
m
c
(t ) Cx (t ) Kx(t ) f (t ) M x
M = 质量矩阵 C = 阻尼矩阵 K = 刚度矩阵
(t ) x (t ) x x(t ) f (t )
加速度向量 速度向量 位移向量 外加力向量
试验模态技术专题
为什么要做模态试验
?
• • • •
What’s about structure dynamics V-tail flutter wing flutter level tail
Baidu Nhomakorabea
研究振动的目的
• 研究实际结构的振动是怎么产生的？ • 研究结构振动结构哪些位置振动最大或者 最小。 • 研究怎么样降低甚至消除振动：疲劳。 • 理论计算、数值方法的准确性怎么样得到 保证？
元分析(FEA)．其目的是预示结构的主要模态
特性，为模态试验的设计提供依据，提高试
验质量并形成所试验结构的原始数学模型
3、模态试验设计与试验要点
• 根据模态试验的目的和要求及预分析结果，结合现有的试验条件和工 程经验，合理设计试验，保证和控制所辨识的模态参数具有可接受的 准确度．主要内容应包括： • 1) 试件要求及安装方式； • 2) 试验方法选择； • 3) 输入激励方式(类型、试验频带、谱形和振级)选择； • 4) 激励点的选择； • 5) 响应测点的布置； • 6) 激励、测量、数据采集和处理系统的设备配置； • 7) 试验数据的前、后处理方法； • 8) 有关提高测试精度的技术措施； • 9) 试验结果的有效性评估方法．
域特别是航空航天领域已经有广泛应用
模态试验技术
• 模态试验的目的是，从测量的激励输入和 响应输出数据中辨识结构的数学模型和特 性参数；用模态试验的结果去验证和修正 数学模型、综合试验模型；校核动态分析 结果的有效性，检查结构中的薄弱部位， 及鉴定结构的动态特性是否符合设计要求.
• 例子：研制卫星，其结构模态试验将和产 品的鉴定和验收试验一样，成为一项必不 可少的试验项目。试验要求规定：必须对 航天器整体结构进行模态试验，以获得在0 ～50Hz频带内的模态参数，用来建立和验 证空间航天器的动态分析模型．