DASP模态分析的步骤

在学习模态分析之前，了解一下一些基本知识：

1 模态分析：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。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"。

2 模态参数：模态参数有：模态频率、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。

3实模态和复模态：按照模态参数（主要指模态频率及模态向量）是实数还是复数，模态可以分为实模态和复模态。对于无阻尼或比例阻尼振动系统，其各点的振动相位差为零或180度，其模态系数是实数，此时为实模态；对于非比例阻尼振动系统，各点除了振幅不同外相位差也不一定为零或180度，这样模态系数就是复数，即形成复模态。

4最佳激励点的选取：视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大振幅点，若多阶，则激励点处各阶的振幅都不小于某一值。如果是需要许多能量才能激励的结构，可以考虑多选择几个激励点。

5模态分析目的：模态分析所的最终目标在是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。

6原点导纳位置的选择：当一点激励多点响应时（SIMO方法），激励点即原点导纳的位置；当用多点激励一点响应时（MISO方法），响应点即为原点导纳的位置。原点导纳应避开感兴趣模态的结点，以免丢失模态。

7测点的命名：响应点用数字来命名，激励点用一字母加数字来命名。应避免重名，重名会导致频响函数错误。

在掌握了了上述基本知识后，开始进行模态试验及分析，主要过程如下：

<1>新建：新建一个模态文件，输入或修改试验名、试验号和数据路径，然后进行参数设置，包括传感器类型、总测点数和原点导纳的位置。需要注意的问题：(1)总测点数的选取：响应点总数（SIMO时），输入激励点总数（MISO时）(2)原点导纳的位置：对应激励点位置的频响函数测点号（SIMO时）对应响应点位置的频响函数测点号（MISO时）

<2>采样: 得到模态分析各测点的数据。如果是用多次激励的方法（如敲击法），应选择变时基采样，其它激励应选择随机采样。变时基采样适用于锤击法，为模态分析的频响函数分析准备数据。采样前应首先设置采样参数，然后用示波命令检查各测点是否工作正常，放大器档位是否合适，放大器档位确定后，再返回采样参数设置设定采样频率、程控放大倍数，各通道测点号、标定值、工程单位等，在随机采样中可以边采边显，并且按‘F9’键，可以找极值或时域统计，在应用中有监测车速、开DDE和显示转速的特殊功能。需要注意的问题：（1）采样通道数乘以采样频率，不可超过A/D卡的最高采样率（2）采样的频率可通过分析频率设置或直接设置，采样频率为分析频率的2.56倍。

<3>频响函数计算:

（1）采样完成后，如果准备用频域方法拟合或时域方法中的特征系统实现算法（用脉冲响应函数）必须准备好频响函数的数据，需要进行频响函数计算。首先进行参数设置。需要注意的问题：(1) 计算方式的设定：对于多次触发的数据，FFT的点数不可选，由每次触发采样的块数决定，响应可加指数窗，输入可以加力窗。对于随机采样的数据，FFT的点数可选，如果加指数窗，则激励和响应同时加指数窗，可选择重迭系数，每次平均时，下一次的数据为移动重迭系数乘以FFT的点数，重叠系数为0表示不重叠。平均次数可选。（2）显示的类型有时域、频响函数、实部和虚部、奈奎斯特图、自谱、互功率谱、互功率谱实部和虚部、互功率谱奈奎斯特图八种类型。除实部和虚部、奈奎斯特图和时域的类型外，其它三种类型可按线形方式显示、也可按对数方式显示，频响函数和互功率谱有相位、相干、相位和相干，自谱有峰值、有效值、功率谱、功率谱密度的显示方式。总共有25种图形显示方式。（3）可以收数据并将所收数据列出。

（2）频响函数也可进行实时测量得到，这样就可不经过采样。实时计算频响函数每次只能做一个测点，效率较低，只适合于多点敲击，一点响应的情况；或者是一点敲击，多点响应，但响应传感器只有一个的情况。该方法的参数设置及完成功能同第一种方法类似。

<4>输入几何结构/进行模态拟合: 模态分析的结构生成可由多个部件构成，每个部件可选择直角坐标、柱坐标、球坐标、以及原点位置及三轴放向，按点、线、面的顺序先生成结构，再输入各点的约束。如果有多个部件时，最后还要输入整体的连线和面。经典的模态分析（激励已知）模态拟合方法有频域、时域和MIMO 三种方法可供选择；对环境激励模态，也可用时域模态的SSI方法、PRONY方法,或者EFDD（增强型频域分解方法）、PPM、PZM、Poly_LSCF方法。需要注意的问题：（1）当模态不是特别密集时，一般都选用复模态单自由度的拟合方法，其特点是各阶模态的拟合结果相互之间影响很小，即使某一阶模态拟合的结果不理想，也不会影响到其它阶的模态。模态较密集时，各阶模态之间耦合比较厉害，用复模态多自由度的方法进行拟合，效果较理想。对于模态频率挨得很近或者重根的情况，应选时域模态分析的特征系统实现算法（ERA)或Poly_LSCF拟合方法，特征系统实现算法需要先计算脉冲响应函数。对于环境激励的模态分析，应选时域模态的SSI方法、PRONY方法,或者EFDD（增强型频域分解方法）、PPM、PZM、Poly_LSCF方法进行模态拟合。（2）频域法进行模态拟合时需要定阶（GLOBAL、Poly_LSCF方法除外），当用单自由度方法进行拟合时，建议采用集总平均或集总显示的方式定阶，以免丢失模态。如用多自由度方法进行拟合，建议采用选择一点频响函数的方式进行定阶，定阶时和拟合时最好采用同一点的频响函数。(3) 时域模态拟合主要用来进行响应模态的分析，特征值实现算法(ERA)需要先进行脉冲响应函数计算或随机减量法计算自由衰减函数，随机子空间法(SSI)和复指数法(Prony)可用时域数据直接进行拟合。(4) MIMO方式：有下面几种清形，a)环境激励，每次测量时有多个参照点保持不变。b)每次多个激励点同时激励。c)移动激励点，但每次同时测量多个固定的响应点。d)分多组测量，每组有一个固定的激励点，这时不同组的响应测点编号通过加不同的基数来区别。