最新模态试验及分析的基本步骤
实验模态分析
n
i2 2 j2ni
A N i A N T i
频率响应函数矩阵为（复模态理论）
H( )
r 1
n
T ψ r ψ r (
ar ( j pr )
a ( j p )
r
ψ ψ
r
T r r
)
频响函数与模态参数
频响函数矩阵中的任一行为：
激励点避免处于所测量任一阶模态的节 点上，否者所测量信息中将会漏掉该阶 模态
多通道输入更好的把输入能量分配到整 个试件上（对大型试件尤为重要），并 最大限度的减少因激励点刚好选在某阶 模态节点上而漏掉该阶模态
确信各个方向的模态都能激励出来，激 励方向应该涵盖各个方向；
响应点
响应 数目 响应 位置 响应 分布
激励方法
激励方法
力锤
优点： 设置简单，不会影 响试件动态特性； 缺点： 能量集中在短时间 内，容易引起过载和非 线性问题，数据一致性 不易保证；
激振器
优点： 可以采用多种多样 的激励信号，数据一致 性好； 缺点： 设置麻烦，并且存 在附加质量影响问题( 特别是对轻型试件)；
激励
激励 位置 激励 数目 激励 方向
频响函数与模态参数
频响函数矩阵中的任一列为：
H1 j 1r H N jr 2j 2r 2 r 1 k r mr jcr Nr H Nj
可见，任一列都包含所有模态参数，而该行的第r阶模 态的频响函数值之比值，即为第r阶模态振型 力锤固定，各点拾振，其实质就是测量一列频响函数， 从而进行模态参数识别。
展开为：
2 2 ( r )0 r 1 2
模态试验分析流程与详细方法
模态试验分析方法简介1 试验模态分析的基本步骤试验模态分析一般分为如下的四个步骤：第一步：建立测试系统所谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系统进行校准。
第二步：测量被测系统的响应数据这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。
在某一激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，只需要时间历程就可以了。
第三步：进行模态参数估计即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括：固有频率，模态振型，模态阻尼，模态刚度和模态质量等。
第四步：模态模型验证它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测系统进行动力学分析的必要过程。
以上的每个步骤都是试验模态中必不可少的组成部分，其具体的介绍如下：2、建立测试系统建立测试系统是模态试验的前期准备过程，它主要包括：被测对象的理论分析和计算，测试方案的确定（包括激振方式的确定，传感器的选择，数据采集分析仪器的选择等），按照方案要求安装和调试，测试系统的校准等工作。
接下来对激振方式，传感器的选择和数据采集仪器的选择的具体介绍如下：2.1激振方式的确定：激振方式有很多种，主要分为天然振源激振和人工振源激振。
天然振源包括地震，地脉动，风振，海浪等；其中地脉动常被使用于大型结构的激励，其特点是频带很宽，包含了各种频率的成分，但是随机性很大，采样时间要求较长，人工振源包括起振机，激振器，地震模拟台，车辆振动，爆破，张拉释放，机械振动，人体晃动和打桩等。
其中爆破和张拉释放这两种方法应用较为广泛。
在工程实际中应当根据被测对象的特点，选取适当的激振方式。
2.2传感器的选择：传感器是测试系统的一次仪表，它的可靠性，精确度等参数指标直接影响到系统的质量。
模态分析的应用及它的试验模态分析
模态分析的应用及它的试验模态分析--mjhzhjg这是mjhzhjg 写的关于模态分析的日志，读了后受益很多，特别在振动实验与测试技术论坛这里向大家推荐，我感觉到模态分析方面的知识变成了振动试验人员需要掌握的知识，希望大家自己谈谈自己的感想，请mjhzhjg 、欧阳教授等专家、高手关心指导。
模态分析的应用及它的试验模态分析模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。
通常，模态分析都是指试验模态分析。
振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。
如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。
因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。
模态分析最终目标是在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。
模态分析技术的应用可归结为以下几个方面：1) 评价现有结构系统的动态特性；2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；3) 诊断及预报结构系统的故障；4) 控制结构的辐射噪声；5) 识别结构系统的载荷。
机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。
模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。
首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。
用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。
ansys模态-响应-分析步骤
模态分析步骤：1、将模型导出为.cdb文件，并输入到ANSYS。
2、进行模态分析时，首先应定义分析类型为模态分析，GUI方式为Main Menu ＞Solution ＞Analysis Type ＞New Analysis如图1所示。
图1 定义分析类型为modal3、设置模态分析求解选项，GUI方式为Main Menu ＞Solution ＞Analysis Type ＞Analysis Option，提取并扩展20阶模态，如图2所示。
图2 Modal Analysis对话框4、设置B lock lanczos（分块蓝索斯）方法求解选项。
单击图2中的OK按钮，弹出Block Lanczos Method 对话框，将起始频率改为1，单击OK按钮，如图3所示。
图3 Block Lanczos Method对话框5、求解并查看结果。
采用GUI方式提交求解：Main Menu ＞Solution＞Solve＞Current LS。
（注意：下面的模态图下面标明是第。
阶模态振型）谐响应分析的基本步骤：1.将模型导出为.cdb文件，并输入到ANSYS中。
2.模态分析由于峰值响应发生在激励的频率和结构的固有频率相等之时，所以在进行谐响应分析之前，应首先进行模态分析，以确定结构的固有频率，计算前20阶模态频率。
3.完成模态分析后，退出后处理器，GUI方式为Main Menu＞Finish。
4.定义分析类型为谐响应分析，GUI方式为Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis，如图4所示。
图4 定义分析类型为Harmonic5、设置谐响应分析求解选项，GUI方式为Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Analysis Options，保持默认选项，采用完全法，如图5所示。
图5 Harmonic Analysis对话框6、单击图5中的OK按钮，弹出Full Harmonic Analysis对话框，保持默认设置，单击OK按钮，如图6所示。
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。
模态测试步骤
模态试验及分析的基本步骤1.动态数据的采集及响应函数分析首先应选取适当的激励方式。
激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。
激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。
目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。
然后进行数据采集。
对于单输入单输出方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。
在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。
2.建立结构数学模型根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。
由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。
根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。
3.参数识别按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。
激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。
并非越复杂的方法识别的结果越可靠。
对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。
4.振型动画参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。
但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。
车身部件的模态试验1.测点选择和传感器布置为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减少模态丢失。
激励点的选择方法是选择几个不同的点分别激励，测得几个频响函数，比较这些频率响应函数，选择函数曲线清晰、光滑，在感兴趣的频率范围内相干函数均达到0. 9以上的点作为激励点。
模态分析方法与步骤
模态分析方法与步骤模态分析方法与步骤一、模态分析包括下列6种方法：1.降阶法(reduced householder method)：该方法为一般结构最常用的方法之一。
其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度，称为主自由度(master degree of freedom)，再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态，进而将其结果扩展至全部结构。
在解题过程中该方法速度较快，但其答案较不准确。
主自由度的选择依照所探讨的模态、结构负载的情况而定：a. 主自由度的个数至少为所求频率个数的两倍。
b. 选择主自由度的方向为结构最可能振动的方向。
c. 主自由度节点位于较大质量或转动惯量处及刚性较低位置。
d. 如果弯曲模态为主要探讨模态，则可省略旋转自由度。
e. 主自由度的节点位于施力处或非零位移处。
f. 位移限制为零的位置不能选为主自由度节点，因为这种节点具有高刚性的特性。
可以用M命令来定义主自由度。
此外，也可由ANSYS自动选择自由度。
2. 次空间法(subspace method)：通常用于大型结构中，仅探讨前几个振动频率，所得到结果较准确，不需要定义主自由度，但需要较多的硬盘空间及CPU时间。
求取的振动模态数应该小于模型全部自由度的一半。
3. 非对称法(unsymmetrical method)：该方法用于质量矩阵或刚度矩阵为非对称时，例如转子系统。
其特征值(eigenvalue)为复数，实数部分为自然频率；虚数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。
4. 阻尼法(damped method)：该方法用于结构系统具有阻尼现象时，其特征值为复数，虚数部分为自然频率；实数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。
5. 区块法(block lanczos method)：该方法用于大型结构对称的质量及刚度矩阵，和次空间方法相似，但收敛性更快。
6. 快速动力法(power dynamics method)：该方法用于非常大的结构（自由度大于100,000）且仅需最小几个模态。
ansys模态分析报告及详细过程
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
模态分析过程
模态分析过程由四个主要步骤组成：1.建模；2.加载及求解；3.扩展模态；4.观察结果。
下面分别展开进行详细讨论：§1.6建模主要完成下列工作：首先指定工作名和分析标题，然后在前处理器（PREP7）中定义单元类型、单元实常数、材料性质以及几何模型。
ANSYS的《建模和网格指南》中对这些工作有更详细的说明。
注意以下两点：•在模态分析中只有线性行为是有效的。
如果指定了非线性单元，它们将被当作是线性的。
例如，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。
•材料性质可以是线性的，各向同性的或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的。
在模态分析中必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。
而非线性特性将被忽略。
§1.7加载及求解主要完成下列工作：首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指定加载过程设置，然后进行固有频率的有限元求解。
在得到初始解后，再对模态进行扩展，以供查看。
扩展模态将在下一节“扩展模态”中进行详细说明。
§1.7.1进入ANSYS求解器命令：/SOLUGUI：Main Menu>Solution§1.7.2指定分析类型和分析选项ANSYS提供的用于模态分析的选项如下表所示，表中的每一个选项都将在随后详细解释。
分析类型和分析选项选项命令GUI 选择途径New Analysis ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analys isAnalysis Type:Modal ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-Ne w Analysis>ModalMode Extraction Method MODOPT Main Menu>Solution>Analysis Option sNumber of Modes to Extract MODOPT Main Menu>Solution>Analysis OptionsNo.Of Modes to Expand MXPAND Main Menu>Solution>Analysis Op tionsMass Matrix Formulation LUMPM Main Menu>Solution>Analysis Options Prestress Effects Calculation PSTRES Main Menu>Solution>Analysis Op tions注意选择模态分析时，求解菜单将显示与模态分析相关的菜单项。
模态测试试验课件
目录
• 模态测试试验概述 • 试验准备 • 试验实施 • 试验结果分析 • 试验报告撰写 • 常见问题与解决方案 • 案例分析与应用
01
模态测试试验概述
Chapter
定义与目的
01
模态测试试验是一种通过振动测试方法，确定结构模态参数的技术手段。它主要 用于研究结构的动态特性，评估其整体和局部性能，预测结构在外部激励下的响 应，为结构设计和优化提供依据。
根据测试对象的特点，选择合适的激励信号，包括频率范围、幅度、相位等，以确保测试结果的准确 性。
数据采集的稳定性问题
数据采集系统不稳定
数据采集系统的噪声、干扰和失真等问 题会影响测试结果的稳定性。
VS
解决方案
采用高性能的数据采集系统，并采取有效 的去噪和滤波措施，以减小干扰和失真对 测试结果的影响。
据。
案例三：汽车底盘模态测试
总结词
汽车底盘模态测试是汽车研发过程中的一项重要测试， 用于评估底盘结构的动态特性和稳定性。
详细描述
在汽车底盘模态测试中，通过在底盘上布置振动传感器 和加速度计，可以测量底盘在不同振源激励下的振动响 应。这些测量数据经过处理和分析，可以识别出底盘的 模态参数，包括固有频率、阻尼比和模态形状。通过这 些参数，可以评估底盘结构的强度、刚度和稳定性，为 优化设计提供依据，确保汽车行驶的平顺性和安全性。
模态质量
模态质量是指模态振型的峰值，反映了结构在某一模态下的质量分布情况。模态质量的大小对于结构的动力学特 性和振动控制具有重要影响。
模态刚度
模态刚度是指模态振型对应的刚度矩阵的特征值，反映了结构在某一模态下的刚度分布情况。模态刚度的大小对 于结构的响应和稳定性具有重要影响。
铁道客车及动车组模态试验方法及评定
铁道客车及动车组模态试验方法及评定【原创版4篇】《铁道客车及动车组模态试验方法及评定》篇1铁道客车及动车组模态试验方法及评定的主要步骤如下：1. 试验前准备：在试验前，需要检查待测车辆的铭牌、技术资料、随车工具及备品备件等，并核对。
2. 试验环境检查：检查试验环境，包括试验现场、测振传感器安装位置、激振器安装位置、信号采集设备安装位置以及试验室内环境等。
3. 激振方式选择：根据试验方案，选择合适的激振方式，如单个部位单点激振、多个部位多点激振、连续激振、间歇激振等。
4. 信号采集设备校准：在试验前，需要对信号采集设备进行校准，确保其精度。
5. 试验过程控制：在试验过程中，需要严格控制试验过程，确保试验数据的准确性和可靠性。
6. 数据处理：对采集到的数据进行处理，得到车辆的模态参数。
7. 结果评定：根据得到的模态参数，对车辆的振动性能进行评定。
《铁道客车及动车组模态试验方法及评定》篇2铁道客车及动车组模态试验方法及评定的主要步骤如下：1. 试验前准备：在试验前，需要确定试验车辆的振动加速度和振动速度的测量点，以及激振器和测振传感器等的安装位置。
2. 试验：使用低频扫频方法进行试验，采用1~2种不同频率的激振器组合，对试验车辆进行正弦扫描。
在扫描过程中，应确保激振器与试验车辆的相对位置不变，以便获得准确的测量结果。
3. 数据采集和处理：使用测振传感器采集试验车辆的振动数据，并使用数据处理软件对数据进行处理，得到试验车辆的模态数据。
4. 模态试验结果评定：根据铁道客车及动车组的设计要求和使用条件，对试验得到的模态数据进行评定。
通常，需要进行模态试验结果的复核和模态分析，以确保动车组的结构稳定性和安全性。
《铁道客车及动车组模态试验方法及评定》篇3铁道客车及动车组模态试验方法及评定的主要步骤如下：1. 试验前准备：在试验前，需要检查待测车辆的铭牌、技术资料、随车工具及备品备件等，并核对。
2. 试验前准备：在试验前，需要检查传感器的型号、规格、数量、安装位置、连接部位是否符合设计要求，并核对。
模态分析过程
模态分析过程由四个主要步骤组成：1.建模；2.加载及求解；3.扩展模态；4.观察结果。
下面分别展开进行详细讨论：§1.6建模主要完成下列工作：首先指定工作名和分析标题，然后在前处理器（PREP7）中定义单元类型、单元实常数、材料性质以及几何模型。
ANSYS的《建模和网格指南》中对这些工作有更详细的说明。
注意以下两点：•在模态分析中只有线性行为是有效的。
如果指定了非线性单元，它们将被当作是线性的。
例如，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。
•材料性质可以是线性的，各向同性的或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的。
在模态分析中必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。
而非线性特性将被忽略。
§1.7加载及求解主要完成下列工作：首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指定加载过程设置，然后进行固有频率的有限元求解。
在得到初始解后，再对模态进行扩展，以供查看。
扩展模态将在下一节“扩展模态”中进行详细说明。
§1.7.1进入ANSYS求解器命令：/SOLUGUI：Main Menu>Solution§1.7.2指定分析类型和分析选项ANSYS提供的用于模态分析的选项如下表所示，表中的每一个选项都将在随后详细解释。
分析类型和分析选项选项命令GUI 选择途径New Analysis ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analys isAnalysis Type:Modal ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-Ne w Analysis>ModalMode Extraction Method MODOPT Main Menu>Solution>Analysis Option sNumber of Modes to Extract MODOPT Main Menu>Solution>Analysis OptionsNo.Of Modes to Expand MXPAND Main Menu>Solution>Analysis Op tionsMass Matrix Formulation LUMPM Main Menu>Solution>Analysis Options Prestress Effects Calculation PSTRES Main Menu>Solution>Analysis Op tions注意选择模态分析时，求解菜单将显示与模态分析相关的菜单项。
模态分析实验指导书
模态分析实验指导书◆问题描述：这是一个飞机机翼的简单模态分析。
机翼的截面是由直线和样条曲线定义的。
机翼的一端固定在机身上，另一端自由。
问题的目标就是求解机翼的固有频率和振动模态。
机翼的尺寸参数如上图所示。
机翼材料为低密度聚乙烯，弹性模量38x103 psi，泊松比0.3，密度8.3E-5 lb f-sec2/in4。
◆几何建模：第一步：读入几何模型1.Utility Menu> File> Read Input from ...2.File name: wing.inp\Program Files\Ansys Inc\V90\ANSYS\data\models\wing.inp3.[OK]◆定义材料：第二步：设置分析类型1.Main Menu> Preferences2.(select) “Structural”3.[OK]第三步：定义材料特性参数1.Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models2.(double click) “Structural”, then “Linear”, then “Elastic”,then “Isotropic”3.“EX” = 380004.“PRXY” = 0.35.[OK]6.(double click) “Density”7.“DENS” = 8.3e-58.[OK]9.Material> Exit划分网格：第四步：定义单元类型1.Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete2.[Add...]3.“Structural Solid” (left column)4.“Quad 4node 42” (right column)5.[Apply] to choose the Quad 4 node (PLANE42)6.“Structural Solid” (left column)7.“Brick 8node 45” (right column)8.[OK] to choose the Brick 8 node (SOLID45)9.[Close]10.Toolbar: SAVE_DB第五步：划分网格1.Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool2.“Size Controls Global” = [Set]3.“Element edge length” = 0.254.[OK]5.[Mesh]6.[Pick All]7.[Close] Warning.8.[Close] Meshtool9.Toolbar: SAVE_DB第六步：拉伸出划分网格后的实体1.Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Extrude> Elem Ext Opts2.(drop down) “Element type number” = 2 SOLID453.“No. Elem divs” = 104.[OK]5.Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Extrude> Areas> By XYZOffset6.[Pick All]7.“Offsets for extrusion” = 0, 0, 108.[OK]9.[Close] Warning.10.Utility Menu> PlotCtrls> Pan, Zoom, Rotate11.[Iso]12.[Close]13.Toolbar: SAVE_DB施加载荷：第七步：不选择二维单元1.Utility Menu> Select> Entities2.(first drop down) “Elements”3.(second drop down) “By Attributes”4.(check) “Elem type num”5.“Min,Max,Inc” = 16.(check) “Unselect”7.[Apply]第八步：给模型施加约束1.(first drop down) “Nodes”2.(second drop down) “By Location”3.(check) “Z coordinates”4.“Min,Max” = 05.(chec k) “From Full”6.[Apply]7.Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Structural>Displacement> On Nodes8.[Pick All] to pick all selected nodes.9.“DOFs to be constrained” = All DOF10.[OK]11.(second drop down) “By Num/Pick”12.[Sele All] to immediately select all nodes from entire database.13.[Cancel] to close dialog box.14.Toolbar: SAVE_DB◆求解：第九步：设定分析类型和选项1.Main Menu> Solution> Analysis Type> New Analysis2.(check) “Modal”3.[OK]4.Main Menu> Solution> Analysis Type> Analysis Options5.(check) “Block Lanczos” (Block Lanczos 是默认的模态分析求解方法.)6.“No. of modes to extract” = 57.“No. of modes to expand” = 58.[OK]9.[OK] 接收所有其他默认值.10.Toolbar: SAVE_DB第十步：求解1.Main Menu> Solution> Solve> Current LS2.检查一下状态窗口中的信息，然后选择:File> Close (Windows),orClose (X11 / Motif),关闭窗口.3.[OK] 初始化求解.4.[Yes]5.[Yes]6.[Close]求解结束.◆查看结果：第十一步：列出固有频率1.Main Menu> General Postproc> Results Summary2.[Close]第十二步：动画显示振动模态1.Main Menu> General Postproc> Read Results> First Set2.Utility Menu> PlotCtrls> Animate> Mode Shape3.[OK]一阶振型如下图所示:4.调整动画控制器中的参数设置，然后close。
实验模态分析
•Hale Waihona Puke 动力学优化设计方法实施过程
Ⅰ. 目标函数 1. 结构系统的频率特性： 为了避免共振，必须使结构的固有频率 避开激振力的频率（频 带 ）。特别是对最低的前几阶频率。设结构前m阶频率是 i ，要 求经过动力学设计后相应频率的目标值是 i* ，按其偏差的加权平 方和最小来构造如下的目标函数：
J f (Pr ) Wi(ωi ωi* )2
最优解数学描述:
1 F (t , d ) max (1 f1 2 f 2 3 f 3 4 f 4 ) 4 s.t. W W0 , 10m m s2 20m m t d T1 tu , td T3 tu , d 0 D d1
式中, 分别为第1~4阶固有频率的加权系数,分别取
实验模态分析
第一个假设可以通过调节力幅比较频响曲线 第二个假设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置的数量 第四个假设是测量频响函数的对比（A/B）（B/A）
实验模态分析 模态试验的基本过程
建模 频响 设别 验证
实验模态分析
实验模态分析
频响函数的定义H1 H2 Hv 频响函数原始定义H1是输出响应(如位移)频谱除以输入力频谱H1(ω) = X(ω) / F(ω),它不能用平均减少噪声,改为 H2(ω) = X(ω)·F(ω)* / F(ω)·F(ω)*= Pxf / Pff Hv(ω) = X(ω)·X(ω)* / F(ω)·X(ω)*= Pxx / Pfx
实验模态分析的实现方法及应用场合
实验模态分析的实现方法及应用场合
• 不测力法适用于桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备、不易实现人 工激励结构的实验模态分析； • 单点拾振法和单点激励法适用于中小型结构及大型结构缩比模型的实 验模态分析； • 单点激励多点响应法(SIMO)适用于中小型结构及大型结构缩比模型的 精确实验模态分析；
模态分析实验报告(DOC)
姓名:实验报告学号:任课教师:实验时间:指导老师:实验地占->实验内容用锤击激振法测量传递函数。
实验目的掌握锤击激振法测量传递函数的方法；测量激励力和加速度响应的时间记录曲线、力的自功率谱和传递函数；分析传递函数的各种显示形式（实部、虚部、幅值、对数、相位）及相干函 数；比较原点传递函数和跨点传递函数的特征； 考察激励点和响应点互换对传递函数的影响； 比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响； 实验仪器和测试系统1、实验仪器主要用到的实验仪器有：冲击力锤、加速度传感器，LMS LMS-SCADAS m 测试系统，具体型号和参数见表1-1。
表1-1实验仪器2、测试系统利用试验测量的激励信号（力锤激励信号）和响应的时间历程信号，运用数字 信号处理技术获得频率响应函数（Freque ncy Res ponse Fun ctio n, FRF ）得到系统的 非参数模型。
然后利用参数识别方法得到系统的模态参数。
测试系统主要完成力 锤激励信号及各点响应信号时间历程的同步采集， 完成数字信号的处理和参数的 识别。
测量分析系统的框图如图1-1所示。
测量系统由振动加速度传感器、力锤和 比利时LMS 公司SCADAS 采集前端及Modal Im pact 测量分析软件组成。
力锤 及加速度传感器通过信号线与SCADAS 采集前端相连，振动传感器及力锤为ICP实验1传递函数的测量1) 2) 3) 4) 5) 6)型传感器，需要SCADAS采集前端对其供电。
SCADAS采集相应的信号和进行信号处理（如抗混滤波，A/D转换等），所测信号通过电缆与电脑完成数据通讯。
力锤*Q力传感器LMS数据采集分析系统EZh - +加速度传感卡器图1-1测试分析系统框图四、实验数据采集1、振动测试实验台架实验测量的是一段轴，在轴上安装了3个加速度传感器，如图1-2所示，轴由四根弹簧悬挂起来，使得整个测试统的频率很低，基本上不会影响到最终的测试结果。
实验模态分析方法与应用概论
实验模态分析方法与应用概论引言：实验模态分析是一种用于研究结构动力学特性的方法，通过实验测量和数据分析，可以确定结构的固有频率、阻尼比以及模态形态等参数。
实验模态分析方法包括模态参数识别、模态不确定度评估和模型修正三个步骤。
本文将介绍实验模态分析方法的基本原理和常用应用。
一、实验模态分析方法的基本原理1.1模态分析的基本思想1.2模态参数识别在模态参数识别过程中，需要选择合适的激励信号和测量点位置，通过对结构的振动响应信号进行分析，得到结构的固有频率、阻尼比和模态振型等参数。
常用的模态参数识别方法包括傅里叶变换法、自相关法、互谱法和最小二乘法等。
1.3模态形态绘制在模态形态绘制过程中，通常需要在结构上布置加速度传感器或激光测振仪等测量设备，测量结构的振动响应信号。
然后，通过信号处理和数据分析技术，将实际测量的振动响应数据转化为结构的模态振型，并绘制成图像。
二、实验模态分析方法的应用2.1结构健康监测实验模态分析方法可以用于结构健康监测，通过定期对结构进行振动测试和模态分析，可以及时发现结构的损伤和变形等问题，为结构的维护和修复提供参考。
例如，在桥梁结构的健康监测中，可以通过模态分析方法来确定桥梁的固有频率和模态形态，从而判断桥梁的结构安全状况。
2.2结构参数识别实验模态分析方法还可以用于结构参数的识别。
通过对结构在不同工况下的振动响应信号进行测量和分析，可以确定结构的质量、刚度和阻尼等参数。
例如，在机械系统中，可以通过模态分析方法来识别机械系统的转子和轴系的质量和刚度参数，从而评估系统的性能和可靠性。
2.3结构优化设计实验模态分析方法还可以用于结构的优化设计。
通过对不同结构参数和材料的改变进行模态分析和比较，可以评估结构的动力特性，并选择最佳的设计方案。
例如，在汽车工程中，可以通过模态分析方法来优化汽车底盘的结构，提高汽车的悬挂系统和减震器的性能。
总结：实验模态分析方法是一种研究结构动力学特性的重要手段，通过实验测量和数据分析，可以确定结构的固有频率、阻尼比和模态振型等参数。
ansys模态分析报告及详细过程
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
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模态试验及分析的基本步骤
1
1.动态数据的采集及响应函数分析
2
首先应选取适当的激励方式。
激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。
激3
励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。
目前主要有单输入单输出、单输入多4
输出和多输入多输出三种方法。
然后进行数据采集。
对于单输入单输出方法要求同时5
高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得6
振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要7
求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。
在采集信号数据以后，还要在时8
域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相9
关分析等。
10
2.建立结构数学模型
11
根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依
12
据，目前一般假定系统为线性的。
由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建13
模和时域建模。
根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。
14
3.参数识别
15
按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。
激励方式不同，相应的识别参16
数方法也不尽相同。
并非越复杂的方法识别的结果越可靠。
对于目前能够进行的大多17
数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得18
良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量19
数据不可靠，识别的结果也不会理想。
20
4.振型动画
21
参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应22
各阶模态的振型。
但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振23
动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状24
上。
25
26
27
28
29
30
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32
33
34
车身部件的模态试验
35
1.测点选择和传感器布置
36
为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减37
少模态丢失。
激励点的选择方法是选择几个不同的点分别激励，测得几个频响函数，38
比较这些频率响应函数，选择函数曲线清晰、光滑，在感兴趣的频率范围内相干函数39
均达到0. 9以上的点作为激励点。
对于单点激励的情况，应该确保激励信号能向车身40
部件的三个方向有效传递。
41
为了尽可能准确的求解车身部件的动态特性，所有外力作用点，部件和结构的连接42
点，重要的响应点和质量集中点均应作为测点，某些测点的三个方向都应作为测量
43
点，对于刚度较弱，易产生结构振动辐射噪声的部位测点的布置应适当密集。
测点的44
布置应该能够明确显示研究频率范围内的结构模态振型，保证研究的关键点在测点范45
围内。
46
由于模态试验的特殊要求，选择加速度传感器时有遵循以下原则:传感器的动态范围47
宽、工作频段宽、低频性能好、抗干扰能力强、灵敏度好、线性度好、体积小、质量48
小。
传感器的选择和传感器的安装对测量结果都具有很重要的影响，安装传感器时应49
确保在具有足够刚性且不增加结构质量的前提下，测量规定方向的真实振动信号。
本50
试验采用的是带永久磁铁基座的压电式加速度传感器。
51
2.确定激励方式
52
模态试验对激励信号有以下要求:包含足够的激励成分;有足够的幅值水平;在结构存53
在微小非线性因素时，具有一定的抗干扰能力。
常用的激励信号是正弦激励信号(扫频54
和步进)、随机激励信号(宽带、周期和瞬态)与脉冲信号。
脉冲激励是一种宽频带激55
励，其力信号的频谱较宽，一次激励可以同时激出多阶模态，而且试验时不会对试件56
产生附加质量、附加刚度等副作用，同时所需测试设备简单，灵活性较大，特别适用57
于现场测试，因此本次模态试验的激励方式采用锤击法(脉冲激励法)。
58
激励点的选择主要考虑:首先，激励点的位置应避开系统任一阶振型的节点，以保59
证采集的测点信号有较高的信噪比，避免模态遗漏;其次，激励点应选择在便于激励能60
量传递的位置，一般该位置的刚度应尽量大。
61
响应点(或测点)的选择主要考虑:基本反应车身结构轮廓;避开各阶振型的节点;能明62
确显示模态振型的特征;对于模态可能较多的局部区域可增加测点。
63
在试验过程中，由于车身部件模型饭金冲压件，各饭件之间通过翻边或点焊联结。
64
倘若采用多点激励、单点拾振(移动激励点、固定响应点)的测试方法，虽然便于试验65
的进行，但是当敲击车身部件中部时，由于在此处刚度较弱，很容易导致激励信号失66
真，从而增加了敲击的难度。
因此，试验过程中采用了单点激励、多点拾振的方法。
67
应该指出，根据动力互易定理，单点激励多点拾振和多点激励单点拾振所得到的结果68
相同。
69
3.支承方式
70
被测车身部件实际工作过程总是处于一定的约束状态中，理论上试验过程中应该重71
现这种实际的约束状态，但这种要求在实际操作上很难达到，因此试验过程中总是考72
虑替代的支承方式。
替代的支承方式一般有两种:自由支承和地面支承。
73
自由支承也叫软支承，实验过程中自由支承只是一种近似，但当我们把支承系统的74
最高刚体模态频率控制在被测车身部件的最低弹性模态频率的1/5到1/10以内时，那75
么这种支承系统的近似引起的误差就可以忽略不计，此时的支承就可以近似为自由支76
承。
地面支承也叫硬支承，理论上要求被测车身部件与地面之间的加速度导纳为零，77
其振动响应只应包括几万赫兹以上的频率成分。
实际上这种替代的支承方式也很难实78
现，实际过程很难实现结构与地面连接点处的导纳比其它点的导纳小很多。
79
本次模态试验采用自由支承即软支承，用几根弹簧软绳将车身部件悬挂起来近似模80
拟自由状态，通过测试的支承系统的最高刚体模态频率和粗略测试出的车身部件的最81
低弹性模态频率来验证所选择的弹簧是否满足要求，测试结果表明这种支承满足试验82
的精度要求，最终的试验结果表明这种近似对分析结果的影响可以忽略。
83
4.模态参数辨识
84
对采集的数据在频域内进行了参数辨识。
根据研究内容选择在0-120Hz范围辨识，85
辨识的方法为单模态识别法，用峰值拾取法计算频率、阻尼，峰值法计算留数。
进行86
模态频率的计算，得到试验模态参数如表所示，模态振型如图所示。
87
88。