模态分析与振动测试技术
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。
振动工程中的模态分析方法
振动工程中的模态分析方法振动工程是应用力学和机械工程学原理研究物体在振动状态下的特性与行为的学科，它在航空、航天、汽车、电子、建筑、机械、石化等行业得到广泛应用。
模态分析是振动工程的一项基本技术，在振动分析和振动控制中发挥着重要作用。
模态分析是通过形态分解的方法，将振动系统振型分解成若干个自然振动模态，并进一步确定每个自然振动模态的基本参数，包括振动频率、振动模态形态和振型振动幅度等参数。
模态分析技术可以分析结构的动态特性，描述结构在振动状态下的特点与本质，并评估结构的振动性能。
模态分析技术的基本原理是运用振动学的知识研究振动系统的特性与行为。
振动系统的特性与行为是由质量、刚度和阻尼等参数决定的，它们在系统自由振荡的过程中，呈现出一定的规律和变化。
模态分析技术通过对结构的振动响应进行分析，求出结构的振动模态形态和振动特性参数，以揭示结构的动态特性。
在模态分析中，网络分析法是一种较常用的分析方法。
网络分析法是基于多输入多输出的振动分析方法，其基本原理是通过构建动力学方程组，求解方程组的特征值和特征向量，得到结构的振动模态和振动特性参数。
在进行模态分析时，需要采用一定的振动测试手段和技术设备，如振动传感器、数据采集仪和振动分析软件等。
振动传感器可以检测出物体的振动情况，并将振动信号转化为电信号，传输到数据采集仪进行采集。
数据采集仪可以对振动信号进行采集、存储和处理，并将处理后的数据传输到振动分析软件中进行分析。
振动分析软件可以对振动信号进行谱分析、滤波处理、频域分析和时域分析等，并对振动信号进行模态分解，求出结构的自然振动模态和振动特性参数。
模态分析技术在振动工程中得到广泛应用，可以对结构的动态特性进行研究和分析，评估结构的振动性能，进一步指导结构设计和优化。
同时，模态分析技术也是现代振动控制技术的基础，可以为振动控制系统的设计和实现提供理论和技术支持。
总之，模态分析技术是振动工程领域中一项重要的技术，可以揭示结构的动态特性和振动特性参数，评估结构的振动性能，指导结构的设计和优化，并为振动控制系统的设计和实现提供理论和技术支持。
桥梁结构非线性振动检测方案模态分析与振动反馈控制
桥梁结构非线性振动检测方案模态分析与振动反馈控制桥梁是现代交通运输的重要组成部分，而桥梁结构的安全性是保障交通运输可靠性的关键。
然而，在长期使用和外界环境的作用下，桥梁结构会产生振动问题，这不仅会对桥梁的使用寿命造成影响，还会威胁行车的安全。
为了解决桥梁结构振动问题，研究人员提出了非线性振动检测方案，其中包括模态分析和振动反馈控制两个方面。
一、模态分析模态分析是桥梁结构振动研究的重要手段，它通过对桥梁结构在振动过程中各种模态的特性进行分析，可以得到桥梁结构的固有频率、振型和振幅等信息。
在进行模态分析时，研究人员需要使用一种合适的振动测试方法，常见的方法包括加速度传感器法、激光测振法和应变测量法等。
通过这些方法，可以获取桥梁结构在不同状态下的振动响应数据。
然后，利用相关的数学算法，如有限元法和主成分分析法等，对振动响应数据进行处理，得到桥梁结构的模态特性。
这些模态特性可以用来评估桥梁结构的稳定性和安全性，为进一步进行振动控制提供依据。
二、振动反馈控制振动反馈控制是一种通过反馈控制手段来消除桥梁结构振动问题的技术。
具体而言，它通过在桥梁结构中布置传感器和执行器，实时检测和调节桥梁结构的振动状态，以减小振动幅度和保证桥梁结构的安全性。
在振动反馈控制中，传感器被用来感知桥梁结构的振动状态，通常使用加速度传感器或应变传感器。
当桥梁结构的振动状态超过一定阈值时，传感器会将信号传递给控制器。
控制器根据传感器信号的反馈信息和设定的控制算法，输出控制信号给执行器。
执行器可以是电磁致动器、油压缸或伺服机构等，它们通过对桥梁结构施加一定的阻尼力或刚度，来实现振动的控制。
通过不断地监测桥梁结构的振动状态并及时调节，振动反馈控制可以有效地减小桥梁结构的振幅，提高桥梁的稳定性和安全性。
在实际应用中，模态分析和振动反馈控制通常结合使用。
模态分析可以提供桥梁结构的振动特性，为振动反馈控制的设计提供依据。
而振动反馈控制则可以根据模态分析的结果，实时监测桥梁结构的振动状态，并进行相应的控制。
机翼振动模态试验与颤振分析
机翼振动模态试验与颤振分析1 引言高空长航时飞机近年来得到了世界的普遍重视。
由于其对长航时性能的要求，这种飞机的机翼往往采用非常大的展弦比，且要求结构重量非常低。
大展弦比和低重量的要求，往往使得这类结构受载时产生一系列气动弹性问题，如机翼结构的静气动弹性发散、颤振等等。
这些问题构成飞行器设计和其它结构设计中的不利因素，甚至极为有害，解决气动弹性问题历来为飞机设计中的关键技术。
气动弹性问题又分为静气动弹性问题和动气动弹性问题。
在动气动弹性问题领域中最令人关注的是颤振问题。
颤振现象是气动力、结构弹性力和惯性力三者耦合的结果。
所以颤振的发生与机翼结构的振动特性密切相关。
在对机翼进行颤振特性的数值计算时，颤振计算结果的正确性和精确性取决于机翼各阶固有振动模态的精确性。
真实机翼的固有模态可以通过模态试验测得。
根据颤振数值计算过程的需要，参与计算的各阶模态必须正交，而试验测得的模态并不严格正交，且因为结构阻尼的存在，模态通常为复数。
有一种处理方法是通过取幅值，把各阶模态变为实模态，然后对求得的广义质量阵、刚度阵进行修正，使其变为对角阵从而方便数值计算;另一种方法是直接建立机翼的有限元模型，通过数值计算求得固有模态(满足正交性)，但是计算所得模态的正确性需要通过模态试验进行验证。
在实际工程中，通常采用第二种方法，本文也采用这种方法的思路。
本文研究对象为一个大展弦比平板机翼模型：一块半展长 1 米，弦长0.12 米，厚度1.8毫米的铝板，边界条件为根部固支。
2 模态数值分析有限元模型作为颤振分析的基础，也是试验模态结果正确性验证的重要参考。
另外根据计算所得的各阶主要模态的节线位置，可以确定传感器测量点和激振点的布放位置(尽量将激振点和测量点放置在远离各阶节线的位置，如果正好在某阶节线上，则该阶模态无法激励出或测量不到)。
所以在试验前须根据实际结构建立一个能够充分反映结构质量、刚度特性的有限元模型。
使用Nastran 有限元计算软件进行根部固支状态下的振动模态计算，得到结果如表 1 所示。
振动测试技术模态实验报告
研究生课程论文(2013-2014学年第二学期)振动测试技术研究生：提交日期：2014年7月10日研究生签名：1模态试验大作业0 模态试验概述模态试验（modal test）又称试验模态分析。
为确定线性振动系统的模态参数所进行的振动试验。
模态参数是在频率域中对振动系统固有特性的一种描述，一般指的是系统的固有频率、阻尼比、振型和模态质量等。
模态试验中通过对给定激励的系统进行测量，得到响应信号，再应用模态参数辨识方法得到系统的模态参数。
由于振动在机械中的应用非常普遍。
振动信号中包含着机械及结构的内在特性和运行状况的信息。
振动的性质体现着机械运行的品质，如车辆、航空航天设备等运载工具的安全性与舒适性；也反映出诸如桥梁、水坝以及其它大型结构的承载情况、寿命等。
同时，振动信号的发生和提取也相对容易因此，振动测试与分析已成为最常用、最基本的试验手段之一。
模态分析及参数识别是研究复杂机械和工程结构振动的重要方法，通常需要通过模态实验获得结构的模态参数即固有频率、阻尼比和振型。
模态实验的方法可以分为两大类：一类是经典的纯模态实验方法，该方法是通过多个激振器对结构进行激励，当激振频率等于结构的某阶固有频率，激振力抵消机构内部阻尼力时，结构处于共振状态，这是一种物理分离模态的方法。
这种技术要求配备复杂昂贵的仪器设备，测试周期也比较长；另一类是数学上分离模态的方法，最常见的方法是对结构施加激励，测量系统频率响应函数矩阵，然后再进行模态参数的识别。
为获得系统动态特性，常需要测量系统频响函数。
目前频响函数测试技术可以分为单点激励单点测量( SISO)、单点激励多点测量( SIMO) 、多点激励多点测量( MIMO)等。
单点激励一般适用于较小结构的频响函数测量，多点激励适用于大型复杂机构，如机体、船体或大型车辆机构等。
按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类，其中随机激励又有纯随机、伪随机、周期随机之分。
容积式压缩机的振动测试与分析方法研究
容积式压缩机的振动测试与分析方法研究引言：容积式压缩机是一种常见的流体机械设备，广泛应用于空调、制冷、石油化工等领域。
振动是容积式压缩机中普遍存在的问题，它可能会导致设备损坏、能效下降以及噪音增加。
因此，对容积式压缩机的振动进行测试和分析，对于提高设备的性能和可靠性至关重要。
一、测试方法的选择1. 加速度传感器：常用的振动测试方法之一是使用加速度传感器。
该传感器能够测量容积式压缩机的振动加速度，并将其转换为电信号输出。
通过在不同位置安装传感器，可以获得设备不同部位的振动数据。
2. 频谱分析：在振动测试中，频谱分析是一种常用的方法。
它可以将时间域上的振动信号转换为频域上的信号，并进一步分析信号中不同频率的成分。
通过频谱分析，可以确定容积式压缩机在不同频段上的振动情况，从而找出主要的振动源。
3. 振动传感器网络：为了全面了解容积式压缩机的振动情况，可以采用振动传感器网络进行测试。
该网络由多个传感器组成，可同时监测设备的多个位置。
通过对传感器数据的收集和分析，可以全面地评估设备的振动性能。
二、振动分析的内容1. 频率特性分析：在振动测试中，频率特性分析是非常重要的一部分。
通过计算容积式压缩机在不同频率下的振动幅值，可以得到频率特性曲线。
这些曲线反映了设备在不同工况下的振动状况，可以用于判断设备的稳定性和可靠性。
2. 振动源识别：通过振动分析，可以确定容积式压缩机的振动源。
常见的振动源包括不平衡、不对中、轴承故障等。
准确识别振动源有助于进一步分析和解决振动问题，提高设备的性能和寿命。
3. 模态分析：容积式压缩机的模态分析可以用于确定设备的固有频率和振型。
通过模态分析，可以识别出容积式压缩机的共振点，从而采取相应的措施来避免设备共振引起的故障。
三、振动问题的解决方法1. 功率匹配：容积式压缩机在使用过程中应与其配套的动力设备功率匹配。
如果功率匹配不合理，容易导致设备振动加剧。
因此，在选择压缩机时，应根据使用需求和技术参数选择与之匹配的动力设备。
某船船体模态及振动测试
船 舶在使 用过 程 中 ， 随着服 役年 限 的增 长 ， 其 船体 的机械性 能 将 会 发 生一 定 的变 化 ， 而 使 其 从
动态 特性 也相 应 改 变 ， 些 变 化 主要 通 过 其 时域 法振 动 模 态参 数 识 别
船舶模 态测 试 分析 中关键 技术 是模 态参 数识 别 ， 是从 测试 所得 的数 据 中 ， 它 确定 振 动系统 的模
某 船 船 体模 态 及 振 动测 试
傅 仁华 刘 镇 黄 映云
４０ ３ ３０３ 海 军 工 程 大 学 船 舶 与 动 力 学 院 武 汉 摘 要
在 振 动 理 论 与 模 态 参 数 识 别 的 理 论 基 础 上 ， 某 舰 艇 整 体 的 模 态 和振 动 进 行 测 试 ， 对 其 动 态 对 并
动 源 和噪声 源 ， 为船 舶 机 械 的故 障诊 断 提供 基 并
本 数据 。通过 借 助于 试验 与理论 分 析相 结合 的方 法， 对船 舶结 构进 行 分析 和评 价 ， 中找 出船舶结 从 构 在动 态性 能 上存在 的问题 ， 以确 保船 舶能 安全 、
参数 （ 模态 频 率 、 型 等 ） 改变 体 现 出来 。 因 如 振 的 此 ， 以通过 测试 整 体 模 态 和 局 部 振 动 检测 相 应 可
的变 化 川。
态参 数 ， 中包 括 模 态 固有 频 率 、 态 阻尼 比 、 其 模 模
态质 量 、 态 刚 度 及 振 型等 。 目前 参 数 识 别 分 为 模 频域 法 、 时域法 、 时频方 法及 基于模 拟 进化 的方法
维普资讯
第 ３ ６卷
第 ３期
船 海 工 程
Ｓ Ｐ８ＯＣＥ ＨＩ 乙 ＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
模态分析与振动测试技术
模态分析与振动测试技术固体力学S0902015李鹏飞模态分析与振动测试技术模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。
近二十多年来，模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理数理统计以及自动控制理论中的有关“营养”，结合自身内容的发展，形成了一套独特的理论，为模态分析及参数识别技术的发展奠定了理论基础。
一、单自由度模态分析单自由度系统是最基本的振动系统。
虽然实际结构均为多自由度系统，但单自由度系统的分析能揭示振动系统很多基本的特性。
由于他简单，因此常常作为振动分析的基础。
从单自由度系统的分析出发分析系统的频响函数，将使我们便于分析和深刻理解他的基本特性。
对于线性的多自由度系统常常可以看成为许多单自由度系统特性的线性叠加。
二、多自由度系统模态分析对于多自由度系统频响函数数学表达式有很多种，一般可以根据一个实际系统来讨论，给出一种形式；也可根据问题的要求来讨论，给出其他不同的形式。
为了课程的紧凑，直接联系本课程的模态分析问题，我们就直接讨论多自由度系统通过频响函数表达形式的模态参数和模态分析。
即多自由度系统模态参数与模态分析。
多自由度系统模态分析将主要用矩阵分析方法来进行。
我们以N个自由度的比例阻尼系统作为讨论的对象。
然后将所分析的结果推广到其他阻尼形式的系统。
设所研究的系统为N个自由度的定常系统。
其运动微分方程为：MX CX KX 二F （2—1）式中M , C，K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵。
均为（N N ）阶矩阵。
并且M及K矩阵为实系数对称矩阵，而其中质量矩阵M是正定矩阵，刚度矩阵K对于无刚体运动的约束系统是正定的；对于有刚体运动的自由系统则是半正定的。
当阻尼为比例阻尼时，阻尼矩阵C为对称矩阵（上述是解耦条件）X及F分别为系统的位移响应向量及激励力向量，均为N 1阶矩阵。
即X（2— 1）式是用系统的物理坐标X 、X 、X 描述的运动方程组。
在其每一 个方程中均包含系统各点的物理坐标，因此是一组耦合方程（请大家想象一下其 展开式）。
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。
振动测试方法
振动测试方法振动测试是指通过对物体进行振动实验，来获取物体在振动过程中的性能参数和振动特性的一种测试方法。
振动测试方法主要包括模态分析、频率响应分析、传递函数法等多种技术手段。
下面将详细介绍这些振动测试方法的原理和应用。
模态分析是振动测试中常用的一种方法，它通过对结构进行外部激励，然后测量结构的振动响应，从而确定结构的振动特性。
在进行模态分析时，通常会采用加速度传感器或激光测振仪等设备来测量结构的振动响应，并通过信号处理和分析来获取结构的固有频率、振型和阻尼比等参数。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动力特性，为结构设计和改进提供重要参考。
频率响应分析是另一种常用的振动测试方法，它通过对结构施加不同频率的激励信号，然后测量结构的振动响应，从而得到结构的频率响应特性。
在进行频率响应分析时，通常会采用振动台、电磁振动器或冲击激励器等设备来对结构进行激励，并通过加速度传感器或位移传感器等设备来测量结构的振动响应。
频率响应分析可以帮助工程师了解结构在不同频率下的振动特性，对结构的动态响应和耦合效应进行分析和评估。
传递函数法是振动测试中一种重要的分析方法，它通过对结构施加输入信号，然后测量结构的输入和输出信号，从而建立结构的传递函数模型。
在进行传递函数法分析时，通常会采用激励信号和响应信号的频谱分析方法，通过信号处理和系统辨识技术来获取结构的传递函数模型。
传递函数法可以帮助工程师了解结构的振动响应特性和动态特性，为结构的控制和优化提供重要依据。
综上所述，模态分析、频率响应分析和传递函数法是振动测试中常用的方法，它们在工程领域中具有重要的应用价值。
通过对结构进行振动测试，可以全面了解结构的动力特性和振动特性，为结构设计、改进和故障诊断提供重要参考。
同时，振动测试方法的发展也为工程师提供了更多的技术手段和分析方法，为工程振动问题的解决提供了更多的可能性。
希望本文所介绍的振动测试方法能够为工程师在振动测试领域提供一定的参考和帮助。
7.5模态分析中的几种激振方法
工程振动测试技术模态分析中的几种激振方法振动系统传递函数的定义：对机械系统激振点 f 的激振力f f (t )的拉氏变换与振动系统测试点 e 的位移响应x e (t )的拉氏变换之比称为机械系统的传递函数。
()[()]()[()]()e e ef f f L x t X s H s L f t F s ==激振力如何选取呢？激振力有什么要求？激振力对传递函数有影响吗？由于线性简谐振动系统的频响函数与传递函数是相同的，它反映了振动系统的固有动态特性，与激振和响应的大小无关，无论激振力和响应是简谐的、复杂周期性的、瞬态的或者是随机的，所求得的传递函数都应该是一样的。
因此，传递函数通过实验获得所采用的测量方法很多，按照不同的激振方法可分为稳态正弦激振法，瞬态激振法和随机激振法等。
稳态正弦激振法稳态正弦激振可分为单点激振和多点激振两种方法。
特点：激振力频率和幅值可以精确调节，测试精度高。
但测试费时，需要从低频到高频逐步进行扫描测试，所需的设备多。
稳态正弦激振法瞬态激振法有两种：快速正弦扫描激振法和脉冲锤击激振法。
1.快速正弦扫描激振法快速正弦扫描激振法的测试仪器与稳态正弦激振法基本相同。
不同之处是，要求信号发生器能在整个测试频率区间内作快速扫描，扫描时间约为几秒或十几秒。
扫描函数为tf+F=0<t<Tsin())(2btat式中 T —扫描周期；F —激振力振幅；a,b —频率系数。
2max min min ωωa b=ωT−=有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）快速正弦扫描的力与力谱用脉冲锤（力锤）对试件进行敲击，产生一宽频带的激励，能在很宽频率范围内激励出各种模态。
脉冲力函数及频谱如图所示。
采用脉冲锤击法时，为了消除噪声干扰，必须采用多次平均。
脉冲锤击法脉冲锤击法锤头选择：锤头大、锤击力大，在不损伤结构的前提下，尽量施加较大的激振力。
模态实验的锤击（激振）法 锤帽选择：钢制、铝制、尼龙和橡胶锤头帽。
声振系统的模态分析与模态测试技术研究
声振系统的模态分析与模态测试技术研究声振系统广泛应用于各个领域，如建筑、航天、汽车以及机械等。
在声振系统的研究中，模态分析是一项重要的技术，用于研究结构的固有特性。
模态分析可以帮助我们了解结构的振动形态、振动频率和振幅等重要参数，为结构设计、改进和故障诊断提供科学依据。
本文将讨论声振系统的模态分析与模态测试技术的研究。
首先，我们将介绍模态分析的基本原理。
在模态分析中，我们通常使用有限元方法进行计算。
有限元方法将结构离散为许多小的单元，然后通过求解结构的特征值和特征向量来确定结构的模态。
特征值表示分析结构固有振动频率的平方，特征向量表示与特征值相对应的固有振动模态的形状和幅值分布。
通过对模态进行分析，我们可以了解结构的固有振动形态和频率响应。
然后，我们将探讨模态测试技术在声振系统中的应用。
模态测试通过实际测量结构在不同激励下的振动响应来获得结构的模态参数。
常见的模态测试方法包括冲击激励法、自由悬臂法和频率响应函数法等。
在冲击激励法中，通过施加冲击激励在结构上引发振动，并通过传感器测量结构的响应信号。
通过对响应信号进行处理和分析，可以得到结构的模态参数。
自由悬臂法则是通过在结构上施加外力，并测量结构的响应信号来获取模态参数。
频率响应函数法则利用结构在不同频率下的振动响应来推测模态参数。
这些测试方法在实际应用中有各自的优缺点，需要根据具体情况选择合适的方法。
接着，我们将介绍模态分析和模态测试技术在声振系统中的研究进展。
随着计算机技术和传感器技术的快速发展，模态分析和模态测试技术在声振系统中得到广泛应用。
例如，在建筑领域，通过对建筑结构进行模态分析，可以评估结构的抗震性能，指导结构设计和改进。
在航天领域，模态测试技术可用于检测航天器的结构安全性，以保证航天任务的成功。
在汽车领域，通过模态分析和模态测试，可以改善汽车的乘坐舒适性和安全性能。
在机械领域，模态分析和模态测试可用于评估机械设备的振动特性和故障诊断。
物理实验技术中的振荡测试方法
物理实验技术中的振荡测试方法引言在物理实验中，振荡测试方法是一种常用的技术手段。
通过振荡测试，可以测量物体的振动频率、振幅以及振动特性等信息。
振荡测试在科研研究、产品开发和生产控制等方面都起到了重要的作用。
本文将介绍物理实验技术中的振荡测试方法，并探讨其在不同领域中的应用。
一、自由振荡测试方法自由振荡测试方法是最常见的一种振荡测试方法。
在自由振荡测试中，物体被激发后自由振动，并使用合适的传感器来记录振动信号。
根据振动信号的频率、振幅等特性，可以计算出物体的固有频率、阻尼比等参数。
自由振荡测试方法广泛应用于结构力学、材料力学以及机械振动等领域。
二、受迫振荡测试方法受迫振荡测试方法是一种通过外界激励来测量物体振动特性的方法。
在受迫振荡测试中，外力以一定的频率作用于物体上，并测量物体的振动响应。
通过分析外力与振动响应之间的关系，可以得到物体的频率响应函数、幅频特性等信息。
受迫振荡测试方法常用于声学、动力学以及信号处理等领域。
三、模态分析方法模态分析方法是一种通过振动测试来研究物体的模态特性的方法。
在模态分析中，物体被激励后会呈现出不同的振动模态。
通过分析振动信号的频率、阻尼等参数，可以计算出物体的模态形式、模态频率以及振型等信息。
模态分析方法广泛应用于结构分析、声学设计以及车辆动力学等领域。
四、数字信号处理方法数字信号处理方法是一种通过对振动信号进行频谱分析、滤波等数字处理来研究物体振动特性的方法。
通过将振动信号转换为数字信号，可以应用多种数字信号处理算法来提取振动信号中的有效信息。
数字信号处理方法常用于故障诊断、信号分析以及噪声去除等领域。
五、应用案例1. 振动测试在航空航天领域中的应用：通过振动测试，可以评估飞行器的结构强度以及材料的疲劳寿命，为飞行器设计提供依据。
2. 振动测试在汽车工程中的应用：通过振动测试，可以评估汽车的舒适性、噪声减震效果等特性，为汽车设计与开发提供支持。
3. 振动测试在建筑工程中的应用：通过振动测试，可以评估建筑物的结构安全性，为建筑设计与施工提供技术参考。
振动测量的主要内容
振动测量的主要内容振动测量是一种广泛应用于各个领域的技术，用于检测和分析物体的振动行为。
它在工程、科学、医学等领域中都有着重要的应用，可以帮助人们了解物体的动态特性和结构健康状况。
以下是关于振动测量的主要内容的详细介绍。
一、振动的基本概念1. 振动的定义：振动是物体围绕平衡位置来回运动的现象，包括周期、频率、幅值和相位等基本概念。
2. 振动的分类：振动可以分为自由振动和受迫振动，自由振动是物体在没有外力作用下的振动，受迫振动是外力作用下的振动。
3. 振动的参数：描述振动行为的参数包括振幅、频率、周期、相位等，这些参数对于振动测量非常重要。
二、振动传感器1. 加速度传感器：加速度传感器是最常用的振动传感器之一，它可以测量物体在某一方向上的加速度，并通过积分得到速度和位移信息。
2. 速度传感器：速度传感器用于测量物体的振动速度，它可以直接测量速度而无需进行积分运算。
3. 位移传感器：位移传感器可以直接测量物体的振动位移，常用的位移传感器包括电感式传感器、光电传感器等。
4. 压电传感器：压电传感器利用压电效应将振动转化为电信号，常用于高频振动测量。
三、振动测量方法1. 时域分析：时域分析是最基本的振动分析方法，通过记录振动信号的时间历程，可以获取振动信号的幅值、频率、周期等信息。
2. 频域分析：频域分析是将振动信号从时域转换到频域的方法，常用的频域分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度分析等，可以得到振动信号的频率成分和能量分布情况。
3. 阶次分析：阶次分析是将振动信号从时间域转换到转速域的方法，可以分析旋转机械系统中的振动特性，如齿轮啮合频率、轴承故障频率等。
4. 模态分析：模态分析用于研究结构振动的固有特性，可以确定结构的固有频率、振型等信息，常用的方法有模态测试和有限元模态分析等。
四、振动测量应用1. 结构健康监测：振动测量可以用于结构健康监测，通过对建筑物、桥梁、飞机等结构的振动进行监测和分析，可以及早发现结构的损伤和故障。
振动测试技术模态实验报告
研究生课程论文(2013-2014学年第二学期)振动测试技术研究生：提交日期：2014年7月10日研究生签名：1模态试验大作业0 模态试验概述模态试验（modal test）又称试验模态分析。
为确定线性振动系统的模态参数所进行的振动试验。
模态参数是在频率域中对振动系统固有特性的一种描述，一般指的是系统的固有频率、阻尼比、振型和模态质量等。
模态试验中通过对给定激励的系统进行测量，得到响应信号，再应用模态参数辨识方法得到系统的模态参数。
由于振动在机械中的应用非常普遍。
振动信号中包含着机械及结构的内在特性和运行状况的信息。
振动的性质体现着机械运行的品质，如车辆、航空航天设备等运载工具的安全性与舒适性；也反映出诸如桥梁、水坝以及其它大型结构的承载情况、寿命等。
同时，振动信号的发生和提取也相对容易因此，振动测试与分析已成为最常用、最基本的试验手段之一。
模态分析及参数识别是研究复杂机械和工程结构振动的重要方法，通常需要通过模态实验获得结构的模态参数即固有频率、阻尼比和振型。
模态实验的方法可以分为两大类：一类是经典的纯模态实验方法，该方法是通过多个激振器对结构进行激励，当激振频率等于结构的某阶固有频率，激振力抵消机构内部阻尼力时，结构处于共振状态，这是一种物理分离模态的方法。
这种技术要求配备复杂昂贵的仪器设备，测试周期也比较长；另一类是数学上分离模态的方法，最常见的方法是对结构施加激励，测量系统频率响应函数矩阵，然后再进行模态参数的识别。
为获得系统动态特性，常需要测量系统频响函数。
目前频响函数测试技术可以分为单点激励单点测量( SISO)、单点激励多点测量( SIMO) 、多点激励多点测量( MIMO)等。
单点激励一般适用于较小结构的频响函数测量，多点激励适用于大型复杂机构，如机体、船体或大型车辆机构等。
按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类，其中随机激励又有纯随机、伪随机、周期随机之分。
7.1模态分析简介
工程振动测试技术模态分析简介在线性振动理论中，振动方程的矩阵表达式为非对角阵，存在动力耦合和静力耦合，为了求方程的解，首先应用正则振型（进行解耦）对其进行坐标变换，使其成为对角阵，然后求正则坐标的解，再将结果进行反变换得到物理坐标的解。
模态分析实质上也是一种坐标变换，与线性振动理论相似，其目的也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。
实验模态分析就是通过对结构实验数据的处理和分析，利用参数识别以求得“模态参数”的一种方法。
实验模态分析及参数识别是研究复杂机械和工程结构振动的重要手段。
由于固有频率、阻尼比和振型是振动的固有特性，这些参数可以由计算分析或实验分析得到，这样的分析过程称为模态分析。
模态分析有两种：1、计算模态分析2、实验模态分析计算模态分析就是利用线性振动理论，由有限元计算分析得到的，则称为计算模态分析。
计算模态分析的优点：1、在设计阶段，可根据设计图纸进行模态分析。
2、不需要物理模型，节约经费。
计算模态分析的缺点：误差较大，主要原因是1、计算模型和实际结构的误差较大2、边界条件很难准确确定3、某些大型结构的形状和动态特性十分复杂有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）如果是通过实验将输入与输出的振动信号经过分析计算和参数识别，获得模态参数，称为实验模态分析。
通常，如果不特别指明，模态分析都是指实验模态分析。
而实验模态分析则是对结构进行激励力激励，由力信号和响应信号求得系统的频响函数矩阵，再采用多种识别方法求出模态参数，得到结构固有的动态特性。
主要应用有 1、求出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。
2、指导有限元理论模型的修正，使理论模型更趋完善和合理。
3、可以利用此方法建立一个子结构的数学模型，再将其组合到完整的结构中去。
4、进行结构动力学修改和反问题的计算等。
主要应用有5、进行响应计算和载荷识别。
由于理论模型计算很难得到模态阻尼(阻尼比)，只能通过模态实验得到。
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早期还有一种称为跟踪滤波器它是一种模拟信号分析仪器现在已淘汰。后来常用的主要是频率响应分析仪和谱分析仪，这两种仪器现在都属数字分析仪器。
例如汽车工业中的路面谱分析问题，这对汽车工业是很重要的问题。
噪声对人体的影响问题，就要分析噪声的频率成分，即噪声测量问题，也就是环境测试问题。
3、已知系统输入和输出要识别或研究系统的动态特性——系统识别问题（试验模态分析）
也就是说我们要根据测得的输入、输出来确定系统的物理参数。试验模态分析就是要解决这类问题。有时这类测量统称为“导纳测量”
；
（2—1）式是用系统的物理坐标 、 、 描述的运动方程组。在其每一个方程中均包含系统各点的物理坐标，因此是一组耦合方程（请大家想象一下其展开式）。当系统的自由度数很大时，求解很困难。我们能否将上述耦合方程变成非耦合的独立的微分方程组，就是模态分析所要解决的主要任务。故所以模态分析的经典定义是：以无阻尼系统的各阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐标，使坐标耦合的微分方程组解耦为各个坐标独立的微分方程组，从而使求出系统的各阶模态参数。
3.3结构的激励
做试验模态分析必须使构件动起来，故必须做试验模态分析必须要有激励装置。激励装置从激励方式来分有：接触式和非接触式；从激励的信号类型看有：稳态激励（它包括周期激励，正弦慢扫描激励）；另外还有：随机激励；瞬态激励。根据测试的不同需要采用不同激励信号。狭义的说我们结构动态试验常用的是瞬态激励。
模态分析与振动测试技术
固体力学
S0902015
李鹏飞
模态分析与振动测试技术
模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。近二十多年来，模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理数理统计以及自动控制理论中的有关“营养”，结合自身内容的发展，形成了一套独特的理论，为模态分析及参数识别技术的发展奠定了理论基础。
3.1基本测量系统
尽管测试问题各种各样、测量仪器各不相同，但基本测试系统还是十分简单的。可分为三大部分：即激励系统、响应测试系统和信号分析系统。这三个系统可由如下的简图来表示：
（论文撰写时测试方案一般也应用测试框图来表示）
3.2结构准备工作
导纳测量全过程的一个重要准备工作是在试验结构本身，一般人常常没有给予足够的注意，致使整个试验的价值引起不必要的降低。实际上是一个所做试验的边界条件是否与理论假设相符合（或近似），这对于搞力学专业的人较重视的。理论上要求被测对象是处于“自由”状态，故所试验的结构是处于“自由”，有两种方法来实现，即“悬挂”式和“地面支承”式。悬挂式是将被测对象自由地悬挂在空间。在这种状态下结构将呈现由其质量和惯性所确定的刚体模态，既无弯曲又无变形。对处于这种自由状态下的结构，我们可以确定其刚体模态，乃至质量和惯性特性，这些都是非常重要的数据。
二、多自由度系统模态分析
对于多自由度系统频响函数数学表达式有很多种，一般可以根据一个实际系统来讨论，给出一种形式；也可根据问题的要求来讨论，给出其他不同的形式。为了课程的紧凑，直接联系本课程的模态分析问题，我们就直接讨论多自由度系统通过频响函数表达形式的模态参数和模态分析。即多自由度系统模态参数与模态分析。
三、模态（导纳）测量技术
模态试验所用的测量技术对于我们所研究的对象（系统）与外界的关系一般可用如下的图来表示：
这里： ——输入激励（狭义地说是力，广义地说就不一定了）
——输出响应（位移、速度、加速度等）
——系统转换函数（特性）（注意自变量是时间）
用公式可表示为：
由此可见，只有当测定方程中的两项时，才能完全测出试验对象的振动情况。
压电式传感器是目前最流行的，也是试验模态测量中使用最广泛的一种传感器，只有在一些特殊情况下才使用其他类型的传感器。因此我们将讨论限制在这些压电型传感器上。
用于导纳测量的压电式传感器有三种：力传感器、加速度传感器、以及阻抗头（所谓阻抗头实际上就是将力传感器和加速度传感器组合在一个装置中）。
3.5分析仪
3.4传感器和放大器
现代传感器的功能可以定义为将我们要测量的物理量转换成电量（电压、电阻、电荷、电流等）。目前工程上一般都要转换为电压，因为计算机、记录仪器信号分析仪器一般是接受电压信号。这种转换大多由二次仪表来完成，如电阻应变片是将应变这物理量转换为电阻量再由应变仪将电阻转换为电压信号；压电传感器是将被测的力、加速度等物理量转换为电荷信号，再由电荷放大器将电荷信号转换为电压信号。
从机构的动态分析这角度来说，基本问题可以分成三类：
1、已知系统的特性和输入，求响应励是已知的，机器本身结构的特性也是已知的现在要求系统的位移、速度、加速度。这称为振动分析问题。
2、已知输出和系统的特性，要研究系统的输入———动载荷识别（作载荷谱）或环境测试问题。
多自由度系统模态分析将主要用矩阵分析方法来进行。
我们以 个自由度的比例阻尼系统作为讨论的对象。然后将所分析的结果推广到其他阻尼形式的系统。
设所研究的系统为 个自由度的定常系统。其运动微分方程为：
（2—1）
式中 ， ， 分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵。均为（ ）阶矩阵。并且 及 矩阵为实系数对称矩阵，而其中质量矩阵 是正定矩阵，刚度矩阵 对于无刚体运动的约束系统是正定的；对于有刚体运动的自由系统则是半正定的。当阻尼为比例阻尼时，阻尼矩阵 为对称矩阵（上述是解耦条件）。 及 分别为系统的位移响应向量及激励力向量，均为 阶矩阵。即
一、单自由度模态分析
单自由度系统是最基本的振动系统。虽然实际结构均为多自由度系统，但单自由度系统的分析能揭示振动系统很多基本的特性。由于他简单，因此常常作为振动分析的基础。从单自由度系统的分析出发分析系统的频响函数，将使我们便于分析和深刻理解他的基本特性。对于线性的多自由度系统常常可以看成为许多单自由度系统特性的线性叠加。