模态分析最新
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求，试验台上有60个螺栓孔与转接法兰盘相配合，前者垂直方 向最高孔定义为基准孔，其垂直轴线为0度，是试验坐标系Y轴。
叶片基准定义为气动基准弦线（36m处36000T52剖面）方向，后
缘向上，前缘向下，θ正值表示从叶根向叶尖看逆时针旋转，θ负 值表示从叶根向叶尖看顺时针旋转。叶片安装到试验台后，叶
片的基准线与叶片试验台Y轴的角度为-3.04度。如图1所示：
b.IEC 61400-23 《风力发电机组风轮叶片全尺寸结构试验》
（IEC 61400-23 Full-scale Structural Testing of Rotor Blades） c.《MZ-2.5-52.5型风力发电机组风轮叶片试验大纲》
7
2.2.3试验安装
叶片静力试验开始前测量叶片的固有频率，根据试验大纲要
0.60 1.63 1.06 3.15 10.2
0.625 1.703 1.000 2.990 10.626
4.2% 4.5% -5.7% -5.0% 4.2%
1.564% 0.530% 1.006% 0.390% 0.179% 19.1
12
图3 固有模态振型图
13
2.2.6试验照片
照片1 加速度传感器的粘贴
21
3.5.2 布线
3.5.2.1 将信号线的一端连接到传感器上，同时将粘贴位置、
传感器编号以及线号纪录下来。 3.5.2.2 对应粘贴位置和线号 ，将信号线的另一端连接到
MDR数据采集仪器的通道上。
22
3.5.3 设置参数 3.5.3.1 将MDR数据采集仪器和笔记本电脑进行连接。
3.5.3.2 启动笔记本电脑。
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。
3
模态分析的最终目标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。模态分析技术的应用可归结为以下几个方
25
3.5.6 模态分析 3.5.6.1 打开OMAS工作模态分析系统，首先创建一个工程，
填写工程名称，试验工程，试验人员等信息。
3.5.6.2在选择导入文件的下拉菜单中选择采样文件，将在 DDP程序中得到的*.dat导入，点击保存按钮。
26
3.5.Leabharlann Baidu.3 点击OMAS工作模态分析系统左下方的采集与分析按 钮，在文件菜单栏中选读取采样文件，将刚才导入的*.dat文件
b. 在配置文件信息部分可以查看模态文件。
30
31
8
图 要 改 一 下
图1
叶片频率测量安装示意图
9
2.2.4叶片固有频率的测量原理
在叶片的表面粘贴加速度传感器，粘贴位置见图2和表1，
在叶尖处激振叶片，采用MDR数据采集系统采集信号，经过分 析得到叶片的固有频率。
10
图2 加速度传感器安装示意图
叶片长度 (mm) 下排距轴线位置 (mm) 上排距轴线位置 (mm) 2780 2580 2180 1840 1600 1350 1180 1020 820 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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。
4
2.模态分析的方法
模态分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为 计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经
14
照片2 叶片固有频率的测量
15
照片3
分析频率
16
3.模态试验中注意事项
3.1叶片安装固定的位置
模态试验时，一般希望将悬挂点选择在振幅较小的位置， 最佳悬挂点应该是某阶振型的节点。本试验对象为叶片，采用 转接法兰固定在试验台上，连接为刚性连接，默认为一悬臂梁。
17
3.2激振点的选择
最佳激励点视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大
车连接。
3.5.4.2 利用叉车给叶片施加一定的力，然后剪断风绳。 3.5.4.3 点击MDR数据采集仪器的记录键，开始数据采集。
3.5.4.4 点击数据菜单栏中的传送数据选项，将所采集的数据
保存到指定的文件夹中。
24
3.5.5 编辑数据 3.5.5.1 打开DDP应用程序，点击文件菜单栏中的读采样/文
11000
15000
19000
23000
27000
31000
35000
39000
43000
表1 加速度传感器的位置
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2.2.5试验数据分析
表2 叶片固有频率试验数据
偏差 测试项目 设计频率（Hz） 试验频率（Hz） （%） 挥舞一阶 挥舞二阶 摆振一阶 摆振二阶 扭转一阶 （%） 阻尼比 环境温度（℃）
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。
5
2.1计算模态分析
叶片优化结构设计完成后，先计算出叶片典型剖面上的有 关线密度、惯性矩、刚度等特性参数，再通过建立叶片的振频
振型微分方程，先求解不旋转叶片的固有频率，再考虑离心力
影响进行修正，得到叶片在不同工作状态下的频率，作出共振 图，以检查叶片在不同转速下是否出现共振的可能性。
本文件选项，将所采集的数据导入近来。
3.5.5.2 对所有通道的数据进行零线调整处理。 3.5.5.3 打开编辑文件信息窗口，将通道名称栏中的各通道设
为1、2、3…,点击确定按钮退出。
3.5.5.4 点击文件菜单栏中的写采样/文本文件选项，点击文 件名选项，将此采样数据文件保存，格式为*.dat。 3.5.5.5 双击冲右的箭头，将左边的数据导入到右边的栏中。 3.5.5.6 点击保存按钮退出。
打开。
a.点击参数菜单栏中的采样文件信息编辑，将测点方向改为 建立的坐标系的某一坐标轴，点击保存信息，退出。
b.点击处理菜单栏中的互普参数配置，选取一个通道作为参
考点和公共点，通常选取靠近叶根的点。 c.点击下一步按钮，FFT点数设为4096，保存结果文件置为 对勾状态，点击完成退出。
27
3.5.6.4 点击OMAS工作模态分析系统左下方的几何图形按 钮。
也不同。
目前主要由单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出 三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快 扫描、稳态随机、瞬态激励等。本试验采用叉车和风绳的方法 瞬态激励（见照片2）。
19
3.4测试位置的选择
选择测试位置时理论上应该先建模分析，模拟好之后再确
定测试位置。本试验从最大弦长开始，每4m间隔布置。具体详 见图2和表1。
a. 点击建模菜单栏中的手动建模型。
b. 点击添加部件按钮，通常部件的坐标为默认值。 c. 点击下一步，开始添加节点，将每一个通道对应的传感
器的坐标输入。
d. 点击下一步，开始添加连线，将相应的点连接。 e. 点击保存，退出。 f. 点击文件菜单栏中的保存几何文件，格式为*.geo。 g. 打开文件菜单栏中的工程管理窗口，在选择导入文件的 下拉菜单中选择几何文件，将*.geo文件导入。
风力发电机组风轮叶片 模态分析
1
目录
1.模态分析定义与概述 2.模态分析的方法 3.模态试验中注意事项
2
1.模态分析定义与概述
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。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。 模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中
20
3.5试验操作规程
3.5.1 叶片表面粘贴传感器
3.5.1.1 用毛巾头将粘贴传感器的叶片表面位置处擦拭干净。 3.5.1.2 利用密封胶条，将传感器粘贴在叶片的表面。挥舞模
态时传感器要垂直粘贴在叶片的表面，摆振模态时传感器要平
行粘贴在叶片的表面。 3.5.1.3 用透明胶带将传感器牢固，防止其脱落。
28
3.5.6.5 点击OMAS工作模态分析系统的左下方的模态识别 按钮。
a. 选择模态识别菜单栏中的峰值法，
b. 点击下一步，增加光标，有几个峰值，就添加几个光标。 c. 点击下一步，进入识别结果栏，点击保存按钮。
d. 点击完成，退出。
29
3.5.6.6 查看模态结果 a. 打开OMAS工作模态分析系统几何图形部分。
3.5.3.3 打开移动数据纪录系统软件，点击参数设置。 3.5.3.4 将采集时间设为180s；将传感器编号输入到对应的通
道中；将所用通道的触发标志和采集标志置为红色对勾状态。
3.5.3.5 点击写入参数按钮，将写好的参数保存，最后点击确 定退出。
23
3.5.4 数据采集 3.5.4.1 将叉车放在叶片叶尖部位的侧面，用风绳将叶片和叉
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。本试验在叶尖处激振。
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3.3激振方法的选择
试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励，采集
各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号，用各 种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法
6
2.2试验模态分析
有关试验模态分析以美泽的52.5m叶片为例说明。
2.2.1使用设备:MDR动态移动信号采集系统、加速度传感器等。 2.2.2试验依据有：
a. 德 国 劳 埃 德 船 级 社 《 风 力 发 电 机 组 认 证 指 南 》
（ Germanischer Lloyd Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2003 with Supplement 2004）
叶片基准定义为气动基准弦线（36m处36000T52剖面）方向，后
缘向上，前缘向下，θ正值表示从叶根向叶尖看逆时针旋转，θ负 值表示从叶根向叶尖看顺时针旋转。叶片安装到试验台后，叶
片的基准线与叶片试验台Y轴的角度为-3.04度。如图1所示：
b.IEC 61400-23 《风力发电机组风轮叶片全尺寸结构试验》
（IEC 61400-23 Full-scale Structural Testing of Rotor Blades） c.《MZ-2.5-52.5型风力发电机组风轮叶片试验大纲》
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2.2.3试验安装
叶片静力试验开始前测量叶片的固有频率，根据试验大纲要
0.60 1.63 1.06 3.15 10.2
0.625 1.703 1.000 2.990 10.626
4.2% 4.5% -5.7% -5.0% 4.2%
1.564% 0.530% 1.006% 0.390% 0.179% 19.1
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图3 固有模态振型图
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2.2.6试验照片
照片1 加速度传感器的粘贴
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3.5.2 布线
3.5.2.1 将信号线的一端连接到传感器上，同时将粘贴位置、
传感器编号以及线号纪录下来。 3.5.2.2 对应粘贴位置和线号 ，将信号线的另一端连接到
MDR数据采集仪器的通道上。
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3.5.3 设置参数 3.5.3.1 将MDR数据采集仪器和笔记本电脑进行连接。
3.5.3.2 启动笔记本电脑。
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。
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模态分析的最终目标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。模态分析技术的应用可归结为以下几个方
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3.5.6 模态分析 3.5.6.1 打开OMAS工作模态分析系统，首先创建一个工程，
填写工程名称，试验工程，试验人员等信息。
3.5.6.2在选择导入文件的下拉菜单中选择采样文件，将在 DDP程序中得到的*.dat导入，点击保存按钮。
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3.5.Leabharlann Baidu.3 点击OMAS工作模态分析系统左下方的采集与分析按 钮，在文件菜单栏中选读取采样文件，将刚才导入的*.dat文件
b. 在配置文件信息部分可以查看模态文件。
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图 要 改 一 下
图1
叶片频率测量安装示意图
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2.2.4叶片固有频率的测量原理
在叶片的表面粘贴加速度传感器，粘贴位置见图2和表1，
在叶尖处激振叶片，采用MDR数据采集系统采集信号，经过分 析得到叶片的固有频率。
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图2 加速度传感器安装示意图
叶片长度 (mm) 下排距轴线位置 (mm) 上排距轴线位置 (mm) 2780 2580 2180 1840 1600 1350 1180 1020 820 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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。
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2.模态分析的方法
模态分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为 计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经
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照片2 叶片固有频率的测量
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照片3
分析频率
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3.模态试验中注意事项
3.1叶片安装固定的位置
模态试验时，一般希望将悬挂点选择在振幅较小的位置， 最佳悬挂点应该是某阶振型的节点。本试验对象为叶片，采用 转接法兰固定在试验台上，连接为刚性连接，默认为一悬臂梁。
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3.2激振点的选择
最佳激励点视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大
车连接。
3.5.4.2 利用叉车给叶片施加一定的力，然后剪断风绳。 3.5.4.3 点击MDR数据采集仪器的记录键，开始数据采集。
3.5.4.4 点击数据菜单栏中的传送数据选项，将所采集的数据
保存到指定的文件夹中。
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3.5.5 编辑数据 3.5.5.1 打开DDP应用程序，点击文件菜单栏中的读采样/文
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19000
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27000
31000
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39000
43000
表1 加速度传感器的位置
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2.2.5试验数据分析
表2 叶片固有频率试验数据
偏差 测试项目 设计频率（Hz） 试验频率（Hz） （%） 挥舞一阶 挥舞二阶 摆振一阶 摆振二阶 扭转一阶 （%） 阻尼比 环境温度（℃）
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。
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2.1计算模态分析
叶片优化结构设计完成后，先计算出叶片典型剖面上的有 关线密度、惯性矩、刚度等特性参数，再通过建立叶片的振频
振型微分方程，先求解不旋转叶片的固有频率，再考虑离心力
影响进行修正，得到叶片在不同工作状态下的频率，作出共振 图，以检查叶片在不同转速下是否出现共振的可能性。
本文件选项，将所采集的数据导入近来。
3.5.5.2 对所有通道的数据进行零线调整处理。 3.5.5.3 打开编辑文件信息窗口，将通道名称栏中的各通道设
为1、2、3…,点击确定按钮退出。
3.5.5.4 点击文件菜单栏中的写采样/文本文件选项，点击文 件名选项，将此采样数据文件保存，格式为*.dat。 3.5.5.5 双击冲右的箭头，将左边的数据导入到右边的栏中。 3.5.5.6 点击保存按钮退出。
打开。
a.点击参数菜单栏中的采样文件信息编辑，将测点方向改为 建立的坐标系的某一坐标轴，点击保存信息，退出。
b.点击处理菜单栏中的互普参数配置，选取一个通道作为参
考点和公共点，通常选取靠近叶根的点。 c.点击下一步按钮，FFT点数设为4096，保存结果文件置为 对勾状态，点击完成退出。
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3.5.6.4 点击OMAS工作模态分析系统左下方的几何图形按 钮。
也不同。
目前主要由单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出 三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快 扫描、稳态随机、瞬态激励等。本试验采用叉车和风绳的方法 瞬态激励（见照片2）。
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3.4测试位置的选择
选择测试位置时理论上应该先建模分析，模拟好之后再确
定测试位置。本试验从最大弦长开始，每4m间隔布置。具体详 见图2和表1。
a. 点击建模菜单栏中的手动建模型。
b. 点击添加部件按钮，通常部件的坐标为默认值。 c. 点击下一步，开始添加节点，将每一个通道对应的传感
器的坐标输入。
d. 点击下一步，开始添加连线，将相应的点连接。 e. 点击保存，退出。 f. 点击文件菜单栏中的保存几何文件，格式为*.geo。 g. 打开文件菜单栏中的工程管理窗口，在选择导入文件的 下拉菜单中选择几何文件，将*.geo文件导入。
风力发电机组风轮叶片 模态分析
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目录
1.模态分析定义与概述 2.模态分析的方法 3.模态试验中注意事项
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1.模态分析定义与概述
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。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。 模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中
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3.5试验操作规程
3.5.1 叶片表面粘贴传感器
3.5.1.1 用毛巾头将粘贴传感器的叶片表面位置处擦拭干净。 3.5.1.2 利用密封胶条，将传感器粘贴在叶片的表面。挥舞模
态时传感器要垂直粘贴在叶片的表面，摆振模态时传感器要平
行粘贴在叶片的表面。 3.5.1.3 用透明胶带将传感器牢固，防止其脱落。
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3.5.6.5 点击OMAS工作模态分析系统的左下方的模态识别 按钮。
a. 选择模态识别菜单栏中的峰值法，
b. 点击下一步，增加光标，有几个峰值，就添加几个光标。 c. 点击下一步，进入识别结果栏，点击保存按钮。
d. 点击完成，退出。
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3.5.6.6 查看模态结果 a. 打开OMAS工作模态分析系统几何图形部分。
3.5.3.3 打开移动数据纪录系统软件，点击参数设置。 3.5.3.4 将采集时间设为180s；将传感器编号输入到对应的通
道中；将所用通道的触发标志和采集标志置为红色对勾状态。
3.5.3.5 点击写入参数按钮，将写好的参数保存，最后点击确 定退出。
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3.5.4 数据采集 3.5.4.1 将叉车放在叶片叶尖部位的侧面，用风绳将叶片和叉
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。本试验在叶尖处激振。
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3.3激振方法的选择
试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励，采集
各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号，用各 种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法
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2.2试验模态分析
有关试验模态分析以美泽的52.5m叶片为例说明。
2.2.1使用设备:MDR动态移动信号采集系统、加速度传感器等。 2.2.2试验依据有：
a. 德 国 劳 埃 德 船 级 社 《 风 力 发 电 机 组 认 证 指 南 》
（ Germanischer Lloyd Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2003 with Supplement 2004）