模态分析及意义介绍

试验模态分析或模态参数识别的任务就是由一定频段内的实测频率响 应函数数据，确定系统的模态参数——模态频率、模态阻尼比和振型
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车 模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
2.1研究整车模态分布的意义
怠速振动问题
方向盘低速振动等问题 车内噪声和共振疲劳 驾驶室振动、中速和高速抖动
2.３ 某项目标杆样车整车模态分布
二 整 车 模 态 分 布
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车 模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
3.47
0.11
1.377
100
0.737
2.282
12.192
Mode6
59.654 Hz
0.002
0.229
5.384
0.003
0.737
100
0.003
0.011
Mode7
80.182 Hz
12.768
0.748
0.002
1.179
2.282
0.003
100
0.139
Mode8
85.723 Hz
/ Log
1.00e-6 0.00 180.00 0.00
Hz Linear Linear Hz
102.40 95.69 102.40
° Phase
-180.00 0.00 Hz
95.69 102.40
四 模 态 试 验 举 例
1.00
1.00
F F
Coherence FrespFR:01:-Z/Multiple Coherence FrespRL:02:-Z/Multiple
2.685
0.646
0.003
1.786
12.192
0.011
0.139
100
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
rpm
700.00
40.00
Pa
３.3车内噪声问题 某样车3档缓加驾驶室后围噪声colormap图
三
2600.00 2.02 1.00
模 态 问 题 举 例
AutoPower backM:01:+X WF 96 [760.62-2581 rpm]
Tacho1 (T1)
Amplitude
320.16 0.00 Hz backM:01:-Z (CH25) 500.00
六 模 态 分 析 总 结
二、对整车开发项目，根据标杆车模态分布制定我公司模态分布指标， 可有效减少振动噪声问题出现的几率。 三、对于NVH整改项目，例如抖动问题，使用模态分析方法进行测试分 析，可以对样车振动噪声问题整改提供非常重要的参考依据。 四、希望各公司购买模态试验设备和软件，建设模态测试试验室，并开 展模态分析工作。 五、进行CAE模态分析。对于车架等完全刚性连接的零部件来说，成熟 的CAE计算结果和模态试验结果相差极小，可以得到较完善的模态结果， 可以实现人力物力资源的节约。 六、CAE模态分析不能完全取代模态测试，因为有些材料参数、橡胶连 接动刚度等参数不能完全正确得到，CAE结果会与实际情况出现差别； 另外，在样车NVH问题整改时，实际测试更加快速简便。
0.00
( m/s 2)
rpm
３.3车内噪声问题 某样车3档缓加车内噪声colormap图
三
2600.00 70.00
模 态 问 题 举 例
AutoPower Pout:01:S (A) WF 93 [763.2-2582.7 rpm]
Tacho1 (T1)
dB(A)
23.41 0.00 Hz Pout:01:S (CH21) 319.93 500.00
一 模 态 基 础 理 论
1.3模态分析基本原理 模态分析有很多种方法，仅介绍频域法模态拟合的基本原理：
一 模 态 基 础 理 论
经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述：
经过拉普拉斯变换等处理，可得到频率响应函数矩阵H(ω)，该矩阵 中矩阵中第i行第j列的元素
ωr、ξr 、Φr分别称为第r 阶模态频率、模态阻尼比和模态振型 。
试验结果
振型
1
8.6
8.7
车架一阶扭转
2
25.9
25.3
车架横向弯曲
3
27.1
26.7
车架垂向弯曲
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车 模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
一、模态分析是一种成熟的理论，使用它进行物体的振动特性分析是可 靠和有效的。
700.00
0.00
( m/s 2)
rpm
３.3车内噪声问题 某样车3档缓加进气噪声（高位进气）colormap图
三 模 态 问 题 举 例
100.00
80.00
AutoPower intake:01:S (A) WF 278 [0-138.5 s]
dB(A)
Time
10.00 0.00 Hz intake:01:S (CH1)
３.1方向盘怠速抖动问题 某样车怠速方向盘12点Z向振动overall图
三
10.00 1.00
模 态 问 题 举 例
Curve 3.09 37.91
Mean
s
7.53 7.62 7.58 m/s^2 m/s^2
Amplitude
( m/s 2) Log
F
Overall level WHEEL:01:+Z
Mode4 36.487 Hz 2.957
Mode5 51.299 Hz 1.022
Mode6 59.654 Hz 0.002
Mode7 80.182 Hz 12.768
Mode8 85.723 Hz 2.685
四 模 态 试 验 举 例
Mode1
8.709 Hz
Mode2
25.341 Hz
0.198
四 模 态 试 验 举 例
Mode1 Mode2
Mode3
Mode4 Mode5 Mode6 Mode7 Mode8
0.13
0.12 0.35 0.12 0.37 0.26
Mode No.
Frequency
Mode 1 8.709 Hz 100
Mode2 25.341 Hz 0.198
Mode3 26.684 Hz 0.013
辛
雨
2012年10月
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车Baidu Nhomakorabea模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
1.1 模态分析的定义 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”。 1.2模态分析的主要应用: （1）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。 （2）可用模态试验结果去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）用模态试验建立一个部件的数学模型，然后再将其组合到完整 的结构中去。这通常称为"子结构方法"。 （4）用来进行结构动力学修改、灵敏度分析和反问题的计算。 （5）用来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，因而进行响应计算结果往往不理想。利用模态试验结果进行 响应计算则无此弊端。
二 整 车 模 态 分 布
（1）使整车中各部件模态分离，防止各部件之间共振引起的振动噪 声问题。 （2）使整车中各部件与发动机的怠速频率分离，防止整车中部件在 怠速时因发动机激励而共振。 （3）研究各部件模态频率与发动机阶次激励中的重合点，防止在重 合点处振动噪声放大。 （４）研究各部件模态频率与路面激励频率的重合，防止路面激励带 来振动噪声和平顺性问题。 （５）研究人体敏感频率和车身、 座椅等系统的频率重合，增加驾 驶员和乘客的舒适度感觉。
阻尼比 （%）
0.46 0.26
振 型 描 述 绕X轴一扭，节点在第四横梁 Y向一弯，节点在第二、三横梁之间和五、六 横梁之间 Z向一弯，节点在第二、三横梁之间和五、六 横梁之间 绕X轴二扭，节点在第二、三横梁之间和五、 六横梁之间 Y向二弯，节点在第二、三横梁之间和第四、 第六横梁上 Z向二弯，节点在第二、三横梁之间和第四、 第六横梁上 绕X轴三扭，节点在第二、三横梁之间和第四、 第六横梁上 Y向三弯，节点在第二、三横梁之间和第三、 第五横梁上以及第六、七横梁之间
/ Amplitude
0.04 0.00 Hz 102.40
0.00
Amplitude
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
模态 序号
频 率 8.709 Hz 25.341 Hz 26.684 Hz 36.487 Hz 51.299 Hz 59.654 Hz 80.182 Hz 85.723 Hz
0.10 0.00
3.09 s Time
37.91 0.00 41.00
３.1方向盘怠速抖动问题 某样车怠速方向盘12点Z向振动谱图
三
6.78
F
AutoPower WHEEL:01:+Z
1.00
模 态 问 题 举 例
642e-6 0.00
24.92 Hz 50.00
0.00
Amplitude
( m/s 2) Log
2.２整车模态分布设定的一般原则
二
1
系统模态 悬挂系统偏频 簧下固有频率 驾驶室模态 座椅模态 后视镜模态
相关NVH性能 平顺性及低速抖动 原则上高于人体敏感频率8Hz 驾驶室稳定及车内低速共鸣 垂直平动刚体模态应高于偏频 避开怠速频率
整 车 模 态 分 布
2 3 4 5
6
7 8 9
仪表板模态
转向系模态 动力总成 车架
320.11 500.00
40.00
Pa
s
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车 模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
四 模 态 试 验 举 例
1.00
FRF FrespRL:02:-Z/ForceFR:01:+Z FRF FrespFR:01:-Z/ForceRL:02:+Z
100
0.056
4.79
3.47
0.229
0.748
0.646
Mode3
26.684 Hz
0.013
0.056
100
0.012
0.11
5.384
0.002
0.003
Mode4
36.487 Hz
2.957
4.79
0.012
100
1.377
0.003
1.179
1.786
Mode5
51.299 Hz
1.022
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车 模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
车架前三阶模态振型：
五
图2-1 第一阶频率
模 态 举 例 CAE
图2-2 第二阶频率
图2-3 第三阶频率
五 模 态 举 例 CAE
阶次
CAE计算
３.2方向盘低速抖动问题 某样车5档缓加方向盘12点Z向振动colormap图
三
2700.00 2.01 4.90
模 态 问 题 举 例
Tacho1 (T1)
Amplitude
AutoPower wheel12h:01:+Z WF 96 [770.09
700.00 0.00
27.00 Hz w heel12h:01:+Z (CH6) 100.00
谢谢!