晶钻模态分析软件SIMO-FRF模态测试
模态分析方法分类
模态分析⽅法分类模态分析⽅法主要分三类，分别是试验模态分析EMA、⼯作模态分析OMA和⼯作变形分析ODS。
试验模态分析（Experimental Modal Analysis，EMA），也称为传统模态分析或经典模态分析，是指通过输⼊装置对结构进⾏激励，在激励的同时测量结构的响应的⼀种测试分析⽅法。
输⼊装置主要有⼒锤和激振器，因此，试验模态分析⼜分为⼒锤激励EMA技术和激振器激励EMA技术。
激振器激励EMA技术根据激振器的数量⼜分为单点激励多点响应测量技术（SIMO）和多点激励多点响应测量技术（MIMO）。
单点激励多点响应测量技术是指仅使⽤⼀个激振器固定在某测点位置激励结构，测量所有测量⾃由度的响应，经过FFT变换计算频响函数（FRF）。
多点激励多点响应测量技术是指使⽤多个激振器激励结构，测量所有测量⾃由度的响应，经FFT变换计算多输⼊多输出下的频响函数（MIMO-FRF）。
多点激励多点响应测量技术具有输⼊能量更均匀、数据⼀致性更好、能分离出密集模态和重根模态等优点，⼀般在⼤型复杂或轴对称结构模态试验中采⽤该⽅法，效果更理想。
⼒锤激励测量技术分为单参考点锤击技术（SMRT）和多参考点锤击技术（MRIT）。
单参考点锤击技术⼜分为⼒锤固定和⼒锤移动两种⽅式，⼒锤固定时是指⼒锤固定在⼀个位置进⾏锤击，多个响应传感器⼀次或分批次测量结构的响应。
该⽅法同时也属于单输⼊多输出测量技术（SIMO）。
当⼒锤移动时，根据传感器的数⽬，⼜分为单输⼊单输出和单输⼊多输出。
固定的响应传感器为1个时，此时⼒锤移动遍历所有测点，那么时此，对应的是单输⼊单输出⽅式（SISO）。
当固定的传感器数⼤于1时，⼒锤移动遍历锤击所有测点，此时对应的是单输⼊多输出⽅式（SIMO），该⽅式可⽤多输⼊多输出模态识别技术进⾏模态参数识别，能分离出密集模态和重根模态。
⼯作模态分析（Operational Modal Analysis，OMA），也称为只有输出的模态分析，⽽在⼟⽊桥梁⾏业，⼯作模态分析⼜称为环境激励模态分析。
晶钻模态分析软件系列三锤击法模态实验
锤击法是单操作员实验模态测试的基本方法。
EDM-Modal 的锤击法提供流程化的操作界面，方便用户完成所有设置和实验。
锤击法模态实验的设计，旨在帮助用户快速定义采集参数，将更多的时间可以花在分析上。
触发设置界面让用户定义触发方式，触发预览界面显示当前激励和响应的测点名称，触发后采集的激励和响应波形，以及平均的次数；其窗口的尺寸大小可手动调整。
手动触发是默认的触发类型，在些类型下当激励达到设置触发值，则激励和响应波形会被显示，用户可以接受/拒绝当前帧。
当选择接受则进行下一帧测试，直到达到平均次数，完成当前测点的测试。
驱动点选择是锤击法特有的一个功能子模块，用于方便用户选择哪个测点适合用作固定的激励点或参考点。
用户设置几个要测试的驱动点，通过试敲击得到他们的FRF数据，然后判断出最适合的驱动点。
EDM简化了此重要的预实验的数据管理。
当开始实际的测量后，采集状态表格会显示所有的DOFs状态（状态包括：未测量，已测量和正在测量），方便用户即时了解所有测点的状态。
当测点完成后点“Next Point”或“Previous Point”移动软件上的当前测点。
“RovingSetup”，可集中设置游击方式，每个通道对应的测点和方向。
锤击法实验过程一个常见的问题是会出现“double hit”。
我们提供了自动检测“double hit”的过程，让用户自动或手动拒绝有双击的敲击。
锤击法实验采集的结果会自动添加到模态分析的数据选择模块，这样模态数据采集和分析可无缝对接。
★EDM Modal 锤击法模态实验主要特征如下：①直观的流程化操作过程。
②几何模型贯穿整个测试过程。
③响应和激励两种游击方式。
④自动或手动移动测点。
⑤自动或手动触发模式。
⑥可变尺寸的触发观览窗口。
⑦双击锤击识别，开/关，自动/手动拒绝。
⑧驱动点设置。
⑨测试状态声音和图形反馈H1，H2，H3和Hv方式计算FRF 测点测试状态显示表格。
★EDM Modal模态支持的功能如下：①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。
晶钻模态分析软件SIMO正弦扫频模态测试
EDM-Modal模态分析软件的SIMO正弦扫频模态测试包括专用测试设置和使用单个激振器输出正弦波以获取FRF信号的操作过程。
源输出类型为正弦扫频信号。
扫频模式可以是线性或对数的。
在定义的参考DOF的基础上，构建测量值DOF的FRF信号。
输出驱动量级可以设定以开环控制方式或闭环控制方式工作，闭环方式时可以指定某个通道的响应为控制反馈信号。
实验模态分析过程可与SIMO单输入多输出正弦扫频模态测试集成运行。
SIMO扫频正弦测试特点：①测试操作简单易用②测点/方向支持自动/手动遍历⑤一个扫正弦激励信号(参考信号) 激励输出量级可设定，并可以开环方式扫频，或闭环方式控制量级。
⑥线性、对数扫描模式比例滤波、RMS值、平均、峰值4种测量策略固定、可变比例跟踪滤波器,用户可定义带宽⑦用户可定义扫频方向，开始/结束频率，扫描频速度★EDM Modal模态支持的功能如下：①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。
②工作变形分析(ODS)③锤击法模态实验④SIMO与MIMO FRF模态测试⑤SIMO正弦扫频模态测试⑥SIMO与MIMO步进正弦模态测试⑦工作模态测试，SSI模态识别算法⑧多参考点模态分析Poly-X (p-LSCF) 模态分析杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，专注于振动控制、数据采集、模态分析、动态信号分析、故障诊断、综合环境测试领域，产品包括手持一体化动态信号分析仪、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统，解决方案包括NVH测试、新能源电池测试、结构模态分析、故障诊断监测、机械性能测试、转子动力学测试、疲劳可靠性测试、综合环境测试。
更多详情请拨打联系电话或登录杭州锐达数字技术有限公司咨询。
模态空间（我们自己的小世界）系列文章完整索引
模态空间（我们⾃⼰的⼩世界）系列⽂章完整索引模态空间系列⽂章1. 什么是模态空间？Peter Avitabile的解释估计⼈⼈都能理解！2. 你能解释时域、频域和模态空间之间的差别吗？3. 模态试验⽤激振器激励和⽤锤击激励间有什么差别吗？4. 模态测试时移动⼒锤还是移动加速度计有差别吗？5. 锤击法做模态试验的时候该如何选择合适的锤头6. 关于激励技术的讨论：哪种激振⽅式最优？有何差别？7. 不同曲线拟合（模态参数估计）技术的意义有何不同？8. 实验模态分析⽅法：怎样从FRF中得到模态振型？9. ⼯作变形分析（ODS）和模态振型⼆者有什么差别？10. 频响函数矩阵和模态振型什么关系？它们是对应吗？11. 我听说Peter现在不加窗函数了！怎么回事？12. 拉普拉斯变换、傅⽴叶变换、频响函数等该如何理解？13. 根据模态振型能否能够推断结构设计是否合理？14. 能否⽤斜⾓激励代替坐标系⽅向的激励进⾏模态测试15. 模态实验测点选择问题，多少测点才够⽤？16. 如何才能⽤好结构动⼒学修改（SDM）技术？17. 质量荷载和数据的⼀致性对模态参数估计⾮常重要18. 什么是奇异值分解SVD⽅法？它有什么⽤吗？19. 能否⽤真实⼯作荷载作为模态测试的激励⼒20. 指数窗您清楚吗，模态实验时如何正确使⽤指数窗？21. 许多模态测试中，为什么需要使⽤多参考点？22. 锤击法模态测试注意事项，什么才是最重要？23. 模态参数估计时的数据选择问题，需要全部的数据吗？24. 试验装置对模态试验数据有什么样的影响？25. 如何选择合适的窗函数，模态试验类型不同选择不同26. 实模态和复模态之间有什么区别？差别还真不⼩27. Peter Avitabile教授总结的数据采集的基本步骤28. 为什么不只使⽤SISO测试?MIMO试验的优势！29. 模态试验中的常见错误？怎样我才能不再重蹈覆辙？30. 数据采集：FRF数据和时域数据哪个更好？31. 数据采集系统校准和模态振型归⼀化为何重要？32. 锤击试验中不能双击吗？双击数据真的⽆效吗？33. 您见过模态测试中的伪重根吗？如何才能识别它呢？34. 仅对局部结构或部分零部件进⾏模态测试是否合理？35. 为什么有些FRF存在反共振峰，⽽有些有没有？36. FRF曲线拟合：局部拟合和整体拟合之间的区别37. 再论模态试验测点数量问题，希望您有更深理解38. 模态测试有必要在三个⽅向上都安装传感器吗？39. 模态振型的归⼀化是否需要驱动点测量结果？40. 数字化测试仪的过载、⽋载和量程设置问题41. 平板的模态振型是否有什么预定的顺序吗？42. 振动测试过程中是否有必要查看每个FRF的结果43. 激励技术简介及如何选择最合适的激励⽅式44. FFT分析仪是否会引起锤击⼒谱失真问题？45. 为什么稳态图能显⽰的模态在Sum或MIF却⽆法显⽰46. 锤击⼒出现振荡现象的原因，⼒锤锤头的选择47. 为什么得不到梁的正确振型，激振器推⼒杆问题48. 锤击试验测试带宽的选择，⼀个看似简单的问题49. FRF中⼤阻尼模态不可见时还能提取其模态参数吗？50. 刚体模态对⾼阶弹性模态会有什么样的影响？51. 模态试验的分析频率低于激励频率有什么问题吗？52. 什么是MAC（模态置信准则），MAC值多少合理53. 如何获得更好的⼯作模态分析结果，考虑阻尼更真实？54. 什么是MRIT(多参考点锤击技术)?它有哪些优点?55. 各模态指⽰函数之间有什么区别？它们都是⼲嘛⽤？56. 如何才能正确地选择模态测试的参考点位置？57. 如何解释稳态图？模态参数估计过程中的关键因素58. 稳态图识别模态特例，什么是伪重根，如何识别？59. 螺栓连接对结构固有频率的影响，装配⾮⼩事！60. 模态振型与预期的存在⼀定差异，该怎么办呢？61. 模态分析的参考与FFT分析仪的参考之间有什么区别？62. 是否应该使⽤更多的留数项去改善曲线拟合吗？63. 锤击法测试中频率响应函数的相⼲问题探讨64. 加速度计没有过载，但测量结果却⼀团糟？65. 多次锤击可否⽤作⼀种激励技术？数据如何处理？66. 什么是模态频率响应函数的互易性？如何理解它。
DASP模态分析软件中的世界领先技术
1.引言DASP-MAS是目前用户最多的国产模态软件。
客户包括中科院、中国航天科技集团、中国航天科工集团、中国铁科院、总装备部设计研究院、海军潜艇部队大连和葫芦岛基地、工程兵某设计院、空军后勤学院、解放军工程兵学院、清华大学、香港理工大学、天津大学、浙江大学、同济大学、上海交通大学等。
众多的科研权威机构及企业成为DASP-MAS的用户，说明DASP-MAS品质可靠，具有非常好的口碑。
DASP-MAS参与完成了多项国内重大试验，如长三捆火箭、神州飞船发射架、长征系列火箭移动发射平台、宇航员离心模拟训练机，酒泉西昌太原发射架、澳星模拟星、火箭发动机等的模态分析。
火箭激励钱塘桥公铁两用桥模态实验，力锤激励乌海黄河桥模态分析，机车车头，汽车车身，运机床整机及零部件，U235核分离器、海军雷达车、核潜艇火炮发射架、核安全壳模型、、钻井井架、拉希瓦大坝模型等的模态分析。
此外完成了如中旅大厦，上海卢蒲大桥，杨浦大桥、杭州湾跨海大桥等大型土木结构的环境激励模态试验。
DASP-MAS是目前同类国产软件中实例最多的。
2.锤击激励的变时基技术及弹性聚能力锤对大型低频结构，由于其质量大、频率低，一般难以使用锤击等脉冲激励试验。
但是锤击法不仅操作简便、效率高、时间短、成本低，而且相对于环境激励方法，还可获取完整的模态参数。
因此研究，具有非常重要的意义，和非常实用的应用价值。
东方所通过变时基技术及高弹性聚能力锤解决了大型低频结构的锤击试验中的问题，弥补了大型结构锤击法模态试验技术中的空白。
2.1弹性聚能力锤传统力锤难以对大型结构进行激励，原因在于激励力的能量太小，并且频谱具有宽带的特性,使能量分散。
弹性聚能力锤加入弹性聚能装置，使得激励力的作用时间大大加长，作用时间可加长1倍以上。
不加弹性聚能装置，激励力作用时间一般在2-7ms，加入弹性聚能装置，作用时间可达21ms甚至更高。
本技术已经取得编号为“ZL 2011 2 0163125.8”的国家专利。
张令弥老师2008年报告 模态试验分析技术
模态试验分析技术的最新发展与应用张令弥教授南京航空航天大学振动工程研究所..江苏联能电子《动态测试技术交流会》江苏扬州，2008年5月24日模态分析技术最新进展与应用现代模态试验与分析的三类技术试验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA)•激振器激励EMA技术•力锤激励EMA技术运行模态分析（Operational Modal Analysis, OMA) 运行响应模态(Operational Deflexion Shape，ODS）试验模态分析(EMA)单点激励多点测量技术(SIMO)。
多点激励多点测量技术（MIMO）验中尤为重要单参考点锤击技术（SRIT）多参考点锤击技术（MRIT）–可用MIMO模态识别技术，能够分离密集模态和重频模态运行模态分析(OMA)••进行模态分析一种新颖模态试验方法:力锤人工随机激励仅用输出测量的模态分析（OMA）模态识别的主要方法现代模态识别三种方法振动测试技术的三个层次振动信号分析振动测量振动模态分析N-Modal EMAN-Modal OMAN-Modal ODSN-Modal软件加速度传感器力传感器N-Update振动模态试验与分析系统数据采集器(YE 6267)力锤激振器是么是满足要求的好模态试验分析系统？•••模态试验与分析技术的应用•机械、结构动态分析与设计•机械、结构振动与噪声控制•机械故障诊断•结构健康监测•航空航天：飞机，火箭，卫星与航天器•旋转机械：发动机，电动机，汽轮机，压缩机，鼓风机…•工程机械：汽车,(整车、零部件)，工程机械•土木工程：桥梁，建筑，水坝，高塔•家用电器：空调，洗衣机，冰箱…….模态试验与分析的主要应用•••••模态分析的现状和未来•现状（好消息！）：•未来（有待努力）：模态试验与分析的应用••Details of the Frame FE Model with JointFE Model of Frame Structure withThin-Wall Component in Front••Modal Testing of Chassis Structure:2-Shaker Excitation & MIMO Modal Analysis振动激励与响应: 瞬态随机(Burst Random)原点与跨点频率响应函数(FRF)FRF曲线拟合FRF曲线拟合:密集模态Modal Testing of Chassis Structure: Identified Modal Frequency & DampingFEM: 12 Modes with Y-direction ExcitationModel Validation via Assembled Structure: Impact Response Time Historyof the Computer Simulation based onUpdated&Test ResultComparison of Deformation from Impact: Computer Simulation& Test ResultComparison of Deformation from Impact: Computer Simulation& Test Result“沿海高速”项目：不中断交通桥梁运行模态分析在桥梁状态评估中的应用沿海高速丁堰桥沿海高速丁堰桥南京和燕路立交桥O M ATime Domain Response实测PSD结果识别结果：模态频率与阻尼比识别结果：振型丁堰桥OMA 试验11227#墩8#墩9#墩试验MAC 计算MAC0.815.716.35116.7360.645.455.8596.1950.740.134.7184.7240.895.443.1543.3330.982.122.1722.2220.900.681.3611.371MAC 值频率误差(%)有限元频率值有限元频率阶数实验频率值实验频率阶数实验振型与有限元模型振型的匹配结果FEM与OMA振型相关（MAC）结果成飞项目：环境振动试验夹具动态优化设计夹具动态优化设计一体化软件系统框图计算机辅助设计与接口夹具动态分析试验与优化设计一体化软件系统运行模态分析(OMA)有限元分析(Nastran) 与接口试验/计算相关分析(COR)计算模型修正(UPD)夹具优化设计(OPT)板梁结构模型计算振型1-6。
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：学号学院机械与汽车工程学院课程编号S0802013课程名称振动测试技术学位类别硕士任课教师教师评语：成绩评定：分任课教师签名：年月日模态试验大作业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。
模态分析的相关介绍
工程数据管理(EDM)是实现对晶钻仪器公司所有硬件的实时数据管理和处理的PC软件。
它的结构清晰，界面友好，功能丰富，操作简单方便。
EDM模态分析一个完整的包括模态测试和分析的实验模态分析(Experimental Modal Analysis (EMA))流程。
基于当代流行的模态分析理论和技术开发，操作流程直观且简单，它是实现模态分析实验得力的工具。
支持用户实现数百个测量点和多个激励点的高度复杂的模态分析，无论模态测试是多么复杂，EDM模态软件都提供准确的工具来实现您的目标。
为了成功获得测试数据，实验之前需要在测试模型上规划出所有测点的自由度（DOFs）。
几何编辑器提供多种坐标系统，使用组件功能，可以简单地把各个子组件合并对一个几何模型。
在输入通道设置界面，设置所有通道对应的测点和它们的坐标方向。
测试开始后，所有的测试测点都会被测量，并以包含激励和响应自由度的信号名称保存。
模态参数识别是模态分析的核心，EDM模态分析为其提供了多种拟合方法。
最小二乘复指数法(The Least-Squares Complex Exponential (LSCE))用于获取单参考点频响函数(FRF)的极点(包括频率和阻尼)。
而多参考点(多输入/多输出或者MIMO)测试，则使用相应的多参考时域分析法(Poly-Reference Time Domain，PTD)。
动画模块是为了动态展示模态振型的模块，允许用户通过3D动画显示模态振型到几何模型。
通过不同颜色标识动画的振动幅度。
自由变形(FFT)提供增强模式的动画，比点动画更平滑更逼真。
使用同一个几何模型，工作变形分析(ODS)可动画显示所选择的时域和频域响应数据到几何模态。
EDM模态支持的应用如下：●几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画●工作变形分析(ODS)●锤击法模态实验●单个或多个模态激振器模态试验●单参考点模态分析●多参考点模态分析●导出测试报表到Word几何模型编辑（Geometry）EDM模态几何模型编辑/ODS/动画三个模块是EDM模态分析软件的基础模块，包含在每个EDM模态系统。
外文翻译---土木工程结构的模态分析实验
附录A题目：土木工程结构的模态分析实验本文展示了土木工程领域里的模拟分析实验的发展，从输入-输出模态识别技术到只输出模态识别技术。
这里举了很多来自在波尔图大学震动和监控实验室进行实验作者的经典例子。
十几年前，建筑工程师主要关心的问题是对庞大的土木工程结构静态和动态分析时所使用的新并且强大的数字计算方法。
而随着快速发展的有限元技术以及个人电脑领域里中惊人的技术进步，已经允许结构设计师使用软件包准确模拟建筑结构的活动。
然而，那些越来越复杂和雄心勃勃的民用建筑的设计，诸如大坝，大型斜拉索或是吊桥，还有其他特别的建筑使得结构工程师们需要发展新的实验性工具以有能力精确识别建筑的大部分相关动态和静态的性能。
从而使这些工具能提供可靠数据来支持在设计阶段中的数值模式结构分析中的校正，更新和确认。
随着岁月的流逝和结构的退化，很多现存的建筑结构鼓励建立在震动伤害监测技术的发展，这些技术由建筑健康监测系统支持。
土木工程研究者研究的自然发展趋势是更好的利用现存的输入-输出模态识别技术来精确地识别土木结构主要的动态性能。
然而，在可控的方式下对庞大土木结构的激励是件困难的事。
幸运的是，传感器和模拟数字转换器的非凡技术已经能支持大型结构模态分析，这些大型结构以针对建筑环境和应用适当的随机激励模态识别方法为基础。
本文的主要目的是简要为我们阐述关于土木工程领域里实验性模态分析发展的观点，从输入-输出模态识别技术到只输出模态识别技术。
这里，研究人员经验的影响对我们的讨论有很大程度的影响。
输入-输出模态识别法仪器和测试流程。
常见的模态测试以估计一组频率响应函数（FRFs）为基础，在几对点处沿着足够高的空间与频率分辨率关联外部作用力并产生与之一致的应答。
建筑物的FRFs函数需要一个结构链激励仪器来进行数据采集和信号处理。
对于中小结构建筑，可以使用一个铁锤来产生激励，这和在机械工程里的应用是一样的。
这个装置能提供一个先进的宽波段输入信号，所以它有能力产生不同的振动模式。
模态分析理解
振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。
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的各阶主要模态的特性,就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。
因此,模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。
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类振动特性的一条有效途径。
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。
根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下,就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。
近十多年来,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。
已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。
编辑本段详细说明经典定义模态分析的经典定义: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。
用处模态分析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。
模态分析技术的应用可归结为一下几个方面: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。
最佳悬挂点模态试验时,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。
最佳激励点最佳激励点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。
复杂工况下磨齿机主轴运行模态分析方法
复杂工况下磨齿机主轴运行模态分析方法目录一、内容概要 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 论文研究目的与内容 (5)二、磨齿机主轴系统概述 (6)1. 磨齿机主轴结构 (7)2. 磨齿机主轴功能 (7)3. 复杂工况下主轴面临的挑战 (8)三、模态分析理论基础 (9)1. 模态分析概述 (10)2. 模态分析的基本原理 (11)3. 模态参数识别方法 (12)四、复杂工况下磨齿机主轴模态分析 (13)1.1 建立磨齿机主轴有限元模型 (15)1.2 仿真分析与验证 (16)2. 实验分析 (18)2.1 实验准备与测试方案 (19)2.2 实验数据获取与处理 (20)3. 结果对比与分析 (21)3.1 仿真结果与实验结果对比 (22)3.2 主轴模态参数分析 (23)五、磨齿机主轴运行性能优化研究 (24)1. 基于模态分析的主轴结构优化 (25)2. 运行参数优化 (27)3. 复杂工况下的动态性能优化策略 (28)六、结论与展望 (29)1. 研究结论 (30)3. 展望与建议 (32)一、内容概要本文深入探讨了在复杂工况下，对磨齿机主轴进行运行模态分析的方法。
文章首先概述了模态分析技术的重要性，接着详细介绍了磨齿机主轴的工作原理及其在复杂工况下所面临的挑战。
在此基础上，文章重点阐述了模态分析的基本理论及分析方法，并结合具体实例，展示了如何应用这些方法对磨齿机主轴进行实际模态分析。
文章首先指出了模态分析技术在机械工程领域中的核心地位，它能够为机械系统的振动特性提供全面的信息，从而帮助工程师更好地理解设备的运行状态并预测潜在的故障。
文章详细分析了磨齿机主轴的工作原理，以及其在加工过程中所承受的复杂载荷，包括旋转力、切削力等。
这些载荷会导致主轴产生复杂的振动，影响其工作精度和寿命。
在模态分析的基本理论部分，文章介绍了模态分析的定义、目的和基本步骤，包括数据采集、特征提取、模态参数识别等。
Dewesoft软件功能介绍
多个触发
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触发方式
单边 (上升或下降沿) 窗触发 (两种形式; 进入或离开窗) 脉冲宽度触发 (持续时间长/短于设定值)
窗+脉冲宽度 (以上两种的组合) 坡度触发 (上升/下降沿的坡度)
软件
视频输入
同步采集各种视频信号，可接入网络摄像机，热成像仪及高速摄像机
软件
DEWESoft™ 7 版本
高速采集卡 Dewesoft系列产品 DEWETRON系列产品 声卡 其他 CAN/J1939/OBDII 设备 GPS 接收器 计时卡 Gyro 陀螺仪 Kistler 轮速计 J1587/J1708 设备 PCM 遥测 ARINC/1553 设备 ScramNET NMEA 气象站 Flexray Aerospace Chapter 10 MODBUS 协议支持 Aerospace PCM XSENS 陀螺仪 视频设备/热成像 DirectX 摄像头 Basler 摄像机 Photron 高速摄像机 FLIER 摄像机 Dewesoft CAM 视频后同步 其他 传感器数据库 TEDS 支持 输出 报警监测 模拟数据回放 CAN 输出 在线/离线数学计算 公式编辑器，滤波器，统计计算，参考曲线，Latch， 燃烧噪声，角度传感器数学计算 人体振动 阶次跟踪 扭振 声级 电力模块 燃烧分析 FRF 冲击响应谱（SRS） 声功率 XCP 接口 Polygon车辆动态性能测试 噪声计 FUSI (功能性安全) 信号发生器 制动测试 CAPS / ACC Energy calculation 数据导出
扭转及旋转分析 参照角[deg] RPM [rpm] 旋转角 [deg] 旋转速度 [deg/s] 旋转角速度[w/s] 扭转角 [deg] 扭转速度
东方所培训教程之模态基础
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C. 自由度
物理体系在运动时，用以完全确定体系在空间上 的位置所需的最少独立坐标的个数，称为自由度 （Degree Of Freedom, DOF）。
质点：3个平动 刚体：3个平动，3个转动 连续体：无限多个
12/9/2010
提出问题？ 怎么解决这一矛盾？
12/9/2010
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H. 变时基采样 脉冲激励结构存在的一对矛盾： –激励信号：脉冲形式，需要较大的采样频率 进行采样，保证脉冲信号准确 –响应信号：低频振动，需要较低的采样频率， 保证较好的频率分辨率 变时基采样 –高频采集激励信号，低频采集响应信号 –表征激励信号的点数不少于20个 –DASP专利技术
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B. 运行模态分析，OMA EMA 的缺点 需要人工激励，外场试验难以实现，增加设备费用 EMA一般在实验室进行，不少应用情况试验室状态与 实际使用状态可能有较大不同 实验室里易于进行部件试验，难完成大型系统试验。 OMA的优点 无需人工激励，节省激励设备投资 “振动试验”简化为“响应测量”，并可用于机械 状态监测和结构健康监测 可以用部分或全部测点作为参考点，因此 OMA具有 MIMO特点，易于区分密集模态，适于复杂结构 OMA 还可用于多点随机锤击激励，无须测量激振力， 即可进行模态分析
T
+
Q {Ψ}r {Ψ}r
* r *
*TBiblioteka jω − λ* r
) (2)
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B. 基本假设
线性假设：结构的动态特性是线性的，就是说任何输 入组合引起的输出等于各自输出的组合，其动力学 特性可以用一组线性二阶微分方程来描述。 时不变性假设：结构的动态特性不随时间变化，因而 微分方程的系数是与时间无关的常数。 可观测性假设：这意味着用以确定我们所关心的系统 动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。 互易性假设：结构应该遵从Maxwell互易性原理，即 在q点输入所引起的p点响应，等于在p点的相同输入 所引起的q点响应。
轿车白车身模态分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｂｏｄｙ—ｉｎ－ｗｈｉｔｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｅｘｐｅｒｍｉｎｅｎｔ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｅｎｓｉｆｉｖｉｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容和部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
ｏｎｌｙ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ
ｐｅｏｐｌｅ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂａｓｅｄ ０ｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｆ＇ｍｉｔｅ
但１模态分析与试验的新理论。模态分析的基本理论是线性系统分析，适用于 结构或粘性阻尼。近十年的进展，一是体现在对所谓亏损系统的研究和讨论，二是 集中在对阻尼的描述和建模，此外非线性模态分析仍是正在进行探讨的热门课题。 与模态分析理论相比，模态试验理论方面的进展更大。一是传感器与激振器的优化 配置。传统振动试验中．传感器和激振器都是凭经验配置，近来提出了各种自动优 化配置方法，取得了良好的效果，使模态试验又有新的实质性进展。二是虚拟试 验，为了增加试验数据，扩大试验结果信息量，提出了一种新颖的边界条件摄动 （ＰＢＣ）试验方法，即在不同边界条件下进行多次模态试验。在这一新思想的启发 下，发展了所谓的虚拟试验理论，即由虚拟的结构修改（包括虚拟附加质量、虚拟 接地、虚拟边界条件等），得到更多的观测结果，用于识别结构参数或输入载荷； 或者控制结构输入，使结构响应对某些特定的参数更为敏感。
锤击法模态试验中移动力锤和移动传感器两种方法比较
锤击法模态试验，对比移动力锤固定传感器和移动传感器固定力锤两种方法优缺点锤击法模态试验可以分为两类：移动力锤固定传感器和移动传感器固定力锤。
每种方法都有各自的优点和缺点。
在一个方向上用PCB单轴加速度传感器做模态锤击试验，模态软件采用晶钻仪器模态分析软件EDM-Modal，当我们采用移动力锤固定传感器方法时得到频响函数FRF矩阵的一行，当采用移动传感器固定力锤方法时得到FRF矩阵的一列。
当得到FRF矩阵的一列时，我们可以交换每个FRF响应和激励的位置，从而得到FRF矩阵的一行。
接着用曲线拟合一列FRF矩阵元素，可以求得试验结构的模态参数。
然而，一些测试使用多个加速度计或在多个方向测量数据。
尽管基本原理和采用一个单轴加速度传感器相同，但在进行试验时必须确保FRF矩阵有完整的行或完整的列。
如果所得到的FRF矩阵不包含完整的行或完整的列，则无法得到结构的固有频率、振型和阻尼。
一个单轴和三轴加速度传感器的不同的锤击试验方法1.移动力锤固定传感器响应测量点固定在图1点3，力锤可以敲击整个结构任意位置。
这种方法的缺点是测量时间长。
另一个缺点是难以激励起复杂的被测结构的模态。
这种方法的优点是不会引入的附加质量效应。
图1 移动力锤试验2.移动传感器固定力锤激励点固定在图2点1，加速度传感器可以在整个结构上移动。
这种方法有助于激励起复杂的结构的模态。
如果使用多个加速度传感器可以缩短试验次数。
然而，移动传感器会引入附加质量效应，影响结果的准确性。
图2 移动传感器试验现在我们来看一个例子，目的是测试结构的三维模态。
获取一个结构的三维模态需要从三个方向获取数据。
1.移动响应点（三轴加速度传感器）固定激励点在固定点（如点1）对结构进行激励，移动三轴加速度传感器，采集结构在x、y和z三个方向上的响应，从而获得FRF矩阵完整的一列。
这个方法的优点是比较容易激励起结构的模态。
然而，移动三轴加速度传感器会产生质量附加效应。
为了减轻这种效应的影响，可以使用质量小的三轴加速度传感器。
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EDM-Modal 模态分析软件的单输入多输出FRF模态测试（以下简称SIMO FRF模态测试）用于单激振器采集FRF信号。
使用高通道采集系统（比如，Spider-80X或Spider-80Xi），该激振方法提供高效的FRF信号采集效率，以及最大限度减少施加力的峰值有效值比。
SIMO FRF输出类型支持纯随机（白噪声），脉冲随机，线性调频及脉冲线性调频，伪随机，和周期随机。
针对周期随机类型（伪随机和周期随机），为了每次采集时使结构达到稳态响应，提供延迟块和循环块数（Nd,Nc）两个参数，这样可以避免泄漏而无需加窗。
与锤击法一样，SIMO FRF的FRF采集过程与模态分析过程无缝衔接，不用单独启动分析程序。
★EDM Modal 的SIMO FRF 模态测试主要特征如下：
①易用的测试流程
②自动/手动改变测点自由度单激励（单参考）
③为同步采集和激励增加源触发模式（Source trigger）
④纯随机（白噪声），突发随机，线性调频及脉冲线性调频，伪随机，周期随机等输出类型
⑤为伪随机和周期随机输出类型：延迟块和循环块数（Nd,Nc）H1，H2，H3和Hv方式计算FRF
★EDM Modal模态支持的功能如下：
①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。
②工作变形分析(ODS)
③锤击法模态实验
④SIMO与MIMO FRF模态测试
⑤SIMO正弦扫频模态测试
⑥SIMO与MIMO步进正弦模态测试
⑦工作模态测试，SSI模态识别算法
⑧多参考点模态分析Poly-X (p-LSCF) 模态分析
杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，专注于振动控制、数据采集、模态分析、动态信号分析、故障诊断、综合环境测试领域，产品包括手持一体化动态信号分析仪、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统，解决方案包括NVH测试、新能源电池测试、结构模态分析、故障诊断监测、机械性能测试、转子动力学测试、疲劳可靠性测试、综合环境测试。
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