中文版-实验模态分析简化版
【工程测试与信号处理课件】实验模态分析
测点布置 （1）能够较好地反映结构物的构型 （2）能够充分显示结构的模态振型 例：一个梁单元无法求解简支梁的10个模态。计算上一般要求 至少20个单元，计算出的20阶模态，只有前10阶准确。 激励点 应避开节点节线。多点激励进行校核。 激励力的选择 在不破坏试件的情况下，尽可能大的激励力，有助于提高 信噪比。 不同大小的激励力，可以定性考查结构非线性的程度
（2）传感器标定；
（3）将试验结构以适当方式支撑起来； （4）选择适当方式激励试验结构； （5）通过拾振系统测量、记录下激励和响应的时间历程。
2.1 试验结构的支撑
试验的目的决定了试验的支撑条件。试验目的主要有三种情况： 与有限元模型进行比较；在常规工作条件下测量试件的动态特 性；对规定边界条件下的子结构进行试验研究，使之与整体结 构相适应。 与试验目的对应的支撑条件一般有自由支撑、固定支撑和原装 支撑三种。 （1）自由支承(Free-Free Support)。 无约束条件对仿真计算容易实现，但需要进行移频处理。试 验实现真正自由支承的方法有：气悬浮、磁悬浮、太空无重力 环境、自由下落（失重）。
4.系统（参数）识别
4.1频域方法的模态参数识别 根据观测到的输入输出数据建立系统的数学模型，并要求这 个数学模型按照一定准则，尽可能精确地反映系统动态特性， 称系统识别。如果系统的数学模型能用一定数量的参数描述， 那么系统识别便成为参数识别，有称参数辨识或参数估计。 模态参数识别的方法分为直接估计法和曲线拟合法。直接估 计法认为系统的观测数据是准确的，没有噪声和误差，直接 由观测数据求取系统的数学模型。
激振器的支撑： （1）固支在结构物外。 （2）悬挂在结构物外（低频）。 因使激振器悬挂系统的频率远低于结构的激励和弹性体共 振频率。必要时可在激振器上附加大的质量块以进一步降 低悬挂频率。 （3）采用隔振悬挂在结构物内部。
模态分析实验报告
模态分析实验报告1.引言模态分析是一种常用的结构动力学方法，旨在研究结构在不同频率下的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。
本实验旨在通过模态分析方法，研究一个简单的结构体系的固有频率和振型。
2.实验目标通过实验测量和计算，得到结构的第一、第二和第三固有频率，并利用模态分析方法绘制结构的振型图。
同时，通过实验结果对比，验证模态分析方法的有效性。
3.实验材料和方法（1）材料：实验所用的结构是一个简单的桥梁模型，由若干根长木棒组成。
（2）方法：悬挂测频仪对结构进行激振，通过麦克风捕捉振动信号，并用计算机进行分析和处理。
4.实验过程（1）组装结构体系：根据实验设计要求，组装简单桥梁模型，确保结构的稳定性和一致性。
（2）悬挂测频仪：将测频仪正确安装在结构体系的一侧，并调整好位置和角度。
（3）激振：根据测频仪的说明书，调节激振源的频率和幅值，使结构产生振动。
（4）数据记录：用麦克风将振动信号转化为电信号，并通过计算机采集和记录数据。
（5）模态分析：利用采集的数据，进行模态分析，计算结构的固有频率和振型。
（6）数据处理：整理和分析实验结果，绘制振型图并与理论值进行比较。
5.结果分析通过实验和数据处理，得到结构的第一、第二和第三固有频率分别为f1、f2和f3、根据模态分析方法，绘制结构的振型图。
将实验结果与理论值进行比较，进行误差分析、灵敏度分析等。
6.结论本实验利用模态分析方法，研究了一个简单的结构体系的固有频率和振型，并通过实验结果与理论值的比较，验证了模态分析方法的有效性。
通过本实验，我们更深入地理解了结构振动的基本原理和方法，具备了一定的模态分析实验技能。
7.实验总结本实验通过模态分析方法研究了结构的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。
在实验过程中，我们遇到了一些困难和问题，通过积极探索和思考，取得了一定的实验成果。
但我们也发现了许多不足之处，如实验设计和数据处理的精确性等，需要进一步改进和完善。
结构模态分析实验报告
结构模态分析实验报告1. 引言在结构工程领域中，结构模态分析是一种重要的分析方法，旨在研究和了解结构的固有特性，包括自然频率、振型和阻尼等。
通过模态分析，我们可以评估结构的稳定性、安全性以及对外界激励的响应能力。
本实验旨在通过模态分析方法对某一结构进行测试和分析，以获取结构的模态参数。
2. 实验设备和方法2.1 实验设备本实验使用的设备包括： - 振动台：用于提供激励力的设备。
- 振动传感器：用于测量结构的振动响应。
- 数据采集系统：用于采集传感器测量到的数据。
2.2 实验方法本实验采用以下步骤进行结构模态分析： 1. 确定实验对象：选择待测试的结构，并对其进行准备，如清洁表面、固定传感器等。
2. 安装传感器：将振动传感器安装在结构的关键位置，以测量结构的振动响应。
3. 准备振动台：调整振动台的参数，如频率、振幅等，以提供适当的激励力。
4. 开始振动测试：启动振动台，通过施加激励力对结构进行振动，并同时采集传感器的数据。
5. 数据分析：利用数据采集系统获取的数据，进行模态分析，计算结构的自然频率、振型等参数。
6.结果分析：根据计算得到的模态参数，对结构的稳定性和响应能力进行评估。
3. 实验结果通过实验和数据分析，我们得到了以下结构的模态参数： - 自然频率1：X Hz - 自然频率2：Y Hz - 自然频率3：Z Hz同时，我们还得到了结构的振型图，描述了结构在不同振动频率下的振动形态。
4. 结果分析根据实验结果，我们可以对结构的稳定性和响应能力进行初步评估。
通过比较得到的自然频率和已知的设计要求，我们可以判断结构是否存在共振现象；通过分析振型图，我们可以了解结构在不同振动频率下的振动特点。
5. 结论本实验通过结构模态分析方法，获取了待测试结构的模态参数，并对其稳定性和响应能力进行了初步评估。
实验结果表明，该结构在给定的激励条件下表现出良好的稳定性和响应能力。
这些结果对于结构的设计和改进具有重要的参考价值。
中文版-实验模态分析简化版
Time weighting
Overload indication
BA 7679-16, 27
智能型传感器使得设置极其方便
内置的TEDS（ read/write Transducer Electronic Data Sheet ） 芯片, 存储在芯片中的传感器参数可以被 TEDS兼容的系统使用，例如 PULSE™
Output
Time Domain
Inverse FFT
Frequency Response H1(Response,Excitation) - Input (Magnitude) [(m/s?/N] Working : Input : Input : FFT Analyzer 10
10m 1m 0 200 400 600 800 [Hz] 1k 1,2k 1,4k 1,6k
l da ain Mo om iew D V
BA 7679-16, 20
曲线拟合提取模态参数
单自由度方法 (SDOF)
简单结构 少数且分隔较开的模态
多自由度方法 (MDOF)
ω0
Frequency Response H1(Response,Excitation) - Input (Magnitude) [(m/s?/N] Working : Input : Input : FFT Analyzer 10
多个模态 大量且频率接近的模态
局部
基于单一自由度
100m
全局
0 200 400 600 800 [Hz] 1k 1,2k 1,4k 1,6k
基于多个自由度
单参考
基于频响函数矩阵的一行或者一列
多参考 基于频响函数矩阵的多行或者多列
对称结构在同一频率呈现多个模态 一个峰值不一定只意味着一个模态
模态分析实验报告
《机械工程测试技术》综合实验报告实验项目名称：机械结构固有模态实验班级：机械32实验小组成员姓名（学号）：张豪47 张唯48赵亮49 景世钊33王汝之42 朱金格28实验小组组长：张豪实验报告日期： 15/12/12实验目的：针对机械结构（简支梁、悬臂梁、圆盘）的固有模态进行分析，了解几种常用的结构动态特性激励方法，掌握机械结构固有模态的测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号分析方法和技术。
实验原理：模态分析方法及其应用：模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识别），从而大大地简化了系统的数学运算。
通过实验测得实际响应来寻示相应的模型或调整预想的模型参数，使其成为实际结构的最佳描述。
主要应用有：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。
可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算模型更趋完善和合理。
用来进行结构动力学修改、灵敏度分析和反问题的计算。
用来进行响应计算和载荷识别。
模态分析基本原理：工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分布的性质，只有掌握无限多个点，在每瞬时的运动情况，才能全面描述系统的振动。
因此，理论上它们都属于无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。
但实际上不可能这样做，通常采用简化的方法，归结为有限个自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为由一些集中质块和弹性元件组成的模型。
模态分析是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”，是一种参数识别的方法。
模态分析的实质，是一种坐标转换。
其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。
这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。
也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。
模态分析实验报告一
实验一用不测力模态分析法测量简支梁的模态参数、实验目的（1）学习不测力实验模态分析方法的原理（2）掌握用不测力模态分析法测量结构固有频率、模态振型、模态阻尼比的方法、实验系统框图三、实验原理所谓不测力法就是在试验过程中不需要测量激励力的方法。
工程中的的大量结构和机器都是很难人工施加激励力的。
其结构的响应主要由环境激励引起的，而这些环境激励是既不可控又难以测量的。
不测力法只能利用系统的响应数据对固有频率、模态振型、模态阻尼或阻尼比这几个模态参数进行估计，而这几个模态参数已经能够满足绝大多数工程中结果动力特性分析的要求。
不测力法模态软件利用测量得到相应的自功率谱、互功率谱、传递率和相干函数进行模态参数估计。
前述的运行模态分析法（OMA属于不测力模态分析法。
不测力法也可分为解析法和图解法两种类型。
使用范围与测力法一致。
图解法也可选用自互功率谱综合法或传递函数法，解析法可选用随机子空间法（SSI）。
四、实验步骤简支梁的几何尺寸为：长（x向）625mm宽（y向）50mm使用不测力法做其z方向的的振动模态，实验过程如下。
1. 测点的确定可以将简支梁分出八等分，即九个结点，去掉两端的两个节点以及2号节点，共选取6个测点，如图所示。
实验时，将传感器放置于每一个等分点处。
2. 连接仪器将两个测量用的加速度传感器分别接入采集器的的通道1和通道23. 测量设置打开仪器电源，启动分析软件，选择频谱分析模式。
新建4个窗口，分别显示通道1和通道2的时间波形以及通道1和通道2的平均谱，平衡清零后，即可开始采样。
4. 参数设置（1）系统参数设置：采样频率：2kH z;采样方式：连续；触发方式：自由采集；平均方式：线性平均；平均次数：100次；时域点数：2048点；窗类型：海宁窗•(2)通道参数设置：参考通道：通道1。
工程单位和灵敏度：参考实验十。
本实验中，两个传感器的灵敏度必须设置正确。
模态参数：编写测点号和方向。
实验时，将其中一个传感器放置在参考点处，并在整个测试过程中该传感器位置不变，其通道的“几何参数(模态参数)”栏中“参考标识”打“V”，其余通道的“参考标识”打“X”；移动另外一个传感器进行测量，在每一批次的测试过程结束之后，都要对通道2的测点编号进行设置，具体做法与测力模态分法相似。
模态分析报告【范本模板】
汽车挡风玻璃模态试验报告（模态分析理论与试验第三小组)**: **小组：三组学号：*******目录1 试验目的 (3)2 试验仪器 (3)3 试验对象 (3)4 试验测量和分析系统 (4)5 实验原理 (5)5.1 传递函数 (5)5.2 相干函数 (5)5.3 误差控制 (6)6 模态分析方法和测试过程 (7)6.1 激励方法 (7)6 .2 结构安装方式 (7)7、实验步骤 (8)7.1测点的确定 (8)7.2 仪器连接 (9)7.3 结构生成及约束 (9)7.4 参数设置与采样 (9)7.5实验数据分析处理 (10)8、实验结果和分析 (13)8.1 模态频率和阻尼 (13)8.2 试验与仿真对比 (18)8.3 分析结论 (21)1 试验目的1。
学习模态分析原理和模态测试方法；2。
试验分析得到汽车挡风玻璃的前15阶模态的模态参数；3.试验分析汽车挡风玻璃的动态振动特性；4。
为汽车挡风玻璃的有限元分析计算模型的修改提供可靠依据.2 试验仪器试验仪器如表1所示：表1 试验仪器列表3 试验对象试验对象：POLO三厢车前挡风玻璃.实验对象附件描述见表2表2 实验对象描述4 试验测量和分析系统试验测量分析系统由三大部分组成:试验试验激振系统,响应采集系统，模态分析和处理系统。
其中，(1) 试验激振系统包括：江苏联能LC系列力锤；(2) 响应采集系统包括加速度传感器、和DASP信号采集系统；(3）模态分析和处理系统主要是DASP和Matlab软件。
具体的组成方式如图1和图2所示。
图1模态试验测量分析系统模型示意图图2模态试验测量分析系统-电荷放大器图3模态试验测量分析系统—INV 306U DASP数采系统5 实验原理5。
1 传递函数试验模态分析是基于系统响应和激振力的动态测试，即通过振动测试，经信号处理和参数识别确定系统的模态参数，建立以模态参数表示的运动方程.从模态分析理论可知，这些参数可以通过传递函数或频响函数曲线进行分析求得。
实验模态分析
二、频响函数的测量
3 试件及激振器的支撑 激振器： 1.固支在结构物外。 2.悬挂在结构物外（低频）。 因使激振器悬挂系统的频率远低于结构的激励和弹性体共振频率。必 要时可在激振器上附加大的质量块以进一步降低悬挂频率。 3.采用隔振悬挂在结构物内部。
二、频响函数的测量
二、频响函数的测量
4 测点布置与激振点的选择 测点布置 1.能够较好地反映结构物的构型 2.能够充分显示结构的模态振型 例：一个梁单元无法求解简支梁的10个模态。计算上一般要求至 少20个单元，计算出的20阶模态，只有前10阶准确。 激励点 应避开节点节线。多点激励进行校合。 激励力的选择 在不破坏试件的情况下，尽可能大的激励力，有助于提高信噪 比。 不同大小的激励力，可以定性考查结构非线性的程度
三、曲线拟合方法
频域方法：基于FRFs数据的方法 经典方法，分析仪厂商自65年起开发。如美国HP系列分析 仪：3560、35665、35670、3565s、5423等；丹麦 B&K公 司的模拟分析仪；SISO、SIMO、MIMO识别方法； 最小二乘频域法LSFD 结构系统参数识别ISSPA 复模态指数函数CMIF 利用输入和输出数据进行模态参数识别： 单输入/单输出识别法（SISO） 单输入/单输出识别法（SIMO） 多输入/多输出识别法（MIMO）
二、频响函数的测量
3 试件及激振器的支撑 2.固支支承（Fixed-Fixed Support）。又称地面支承。 理论上容易实现，仿真计算时只需要将有关自由度约束即可。但 实现起来有困难。由于实现固支条件的结构不可能是刚性的，有弹 性。因此要实现固支支承，就必须要求支承结构的最低弹性体频率远 高于试验结构的最高分析频率。因此要实现高频模态的固支支承是很 困难的，一般情况下，中小结构能够实现的固支频率大约是400Hz， 特殊条件下小结构固支有可能超过1000Hz，但对大结构要实现固支 支承很困难。 3.实际工作状态支承。
模态分析试验报告-
《建筑结构的模态分析试验》实验报告专业土木工程班级学号姓名教师建工实验中心2010年3月振动测试与模态分析实验报告一、实验人员3组：二、试验目的1.培养学生采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。
2.通过实验使学生掌握振动测试系统的基本组成、了解振动测试的常用测量方法以及模态分析技术。
模态分析技术已发展成为解决工程振动问题的重要手段。
3.了解模态分析软件的使用方法。
三、试验内容1、学习模态分析原理；2、学习模态测试及分析方法。
通过对框架模型的模态试验分析，测定出基础模型的模态参数：固有频率、阻尼比、振型图，并通过实验观察了解框架结构的动力参数，从而掌握模态分析的基本原理及分析方法。
四、试验的基本要求（1）掌握振动测试系统的构成及操作。
（2）了解振动测试的常用测量方法。
激振、锤击(3)了解数据采集系统的操作步骤。
(4)了解对已采集到的数据进行模态分析的方法与步骤。
五、试验仪器（表1）单轴加速度传感器、力锤、动态信号分析仪LMS和计算机等力锤用于激励实验对象。
力传感器用于拾取激励信号并转换成为电荷信号。
加速度计用于拾取响应信号并转换成为电荷信号。
AZ804-A四通道电荷电压放大信号调理仪，用于将电荷信号放大v1.0 可编辑可修改成为适合测量的电压信号。
AZ208数据采集箱信号采集分析系统包括抗混滤波器、A／D变换器、结构动态分析软件、计算机、打印机。
用安装有力传感器的力锤敲击实验对象上的若干个点。
力传感器拾取激励力的信号，安装在实验对象的某测点上的加速度计拾取响应信号．经电荷放大器放大后输入信号采集系统。
实验仪器框图如图1所示。
力信号接入信号采集器的第1通道，响应信号依次接入信号采集器的其他通道。
表1 试验仪器的硬件及软件力锤传感器厂家型号量程频率范围灵敏度美国PCB公司086D20加速度传感器灵敏度厂家型号量程频率范围vm/g 美国PCB公司333B4050g50g50g50g六、试验步骤模态试验基本过程二十年来，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。
模态分析实验报告二
实验二圆板各阶固有频率及主振型的测量一、实验目的（1）学会用敲击法测量圆板横向振动的低阶固有频率和阻尼比。
（2）掌握用模态分析法测量圆板振动的各阶振型。
二、实验系统框图三、实验原理参考简支梁模态试验原理，采用单点响应，多点激励的方法。
四、实验步骤1.连接仪器将力锤信号接入采集器通道1，位移传感器（或小型加速度传感器）信号接入通道2。
2.建模建立圆盘的几何模型，将圆盘径向2等分，周向6等分，内圈固支，布置测量点，编写测点号。
3.参数设置打开动态采集分析仪电源，启动分析软件，选择分析/频响函数分析，点击右键，信号选择/频响函数。
（1）分析参数设置.采样率：2kHz；触发方式：信号触发；延迟点数：-100；平均方式：线性平均；平均次数：5；频域点数：800；预览平均：√；窗函数：力信号，力窗；响应信号，指数窗。
（2）系统参数设置：参考通道：通道1。
灵敏度：将两个传感器输入相应的通道灵敏度设置栏内。
量程范围：调整量程范围，使实验数据达到较好的信噪比。
模态参数：编写测点号和方向。
采用多点激励单点响应法时，如果测量1号点的频响函数数据，在通道1（力锤信号）的模态信息/节点栏内输入1，测量方向输入+Z，响应通道（位移传感器信号）内输入传感器放置的测点号，方向为+Z。
4.频响函数测量新建四个显示窗口，分别显示频响函数数据、相干函数及通道1和通道2的时间波形。
编写测点号和方向，再平衡清零之后开始采样。
采样后，观测力信号有无连击或过载，相干函数质量如何，在确保测量的频响函数无误后保存数据，然后移动敲击点进行其他测点的测量。
注意当力锤移动到其他点进行敲击时，必须相应地修改力锤通道的模态信息/节点栏内的测点编号，且每次移动力锤后都要新建文件。
5.模态分析所有测点的数据采集完成后，打开模态软件，建立圆盘的几何模型，输入测点编号；导入测量数据，注意选择单点响应，多点激励测量方式。
利用软件提供的几种方法分别进行参数识别。
6.振型观察识别得到的模态参数可动画显示在几何模型上。
第10章 实验模态分析(17页)
第10章 实验模态分析试验模态分析(experimental modal analysis )是利用振动测试、信号处理和参数识别的方法，确定振动结构动态特性的现代试验分析技术。
一个振动结构的动态特性可以用模态来表示，表征结构模态的特征参数是结构的各阶固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼等。
在结构动力分析中，建立用模态参数表示的振动系统的运动方程，并确定其模态参数的过程称为模态分析(modal analysis )。
模态分析存在两个过程，一个是正过程，即根据结构的物理模型和物理参数建立系统的数学模型，通过引入模态参数建立模态方程，其目的是为了使方程解耦简化计算，这就是通常所说的模态分析，也称为理论模态分析，对于复杂结构，从理论上去计算这些模态参数，进行理论模态分析是很困难的。
试验模态分析是模态分析的另一过程，也称为逆过程，它通过对结构的输入激励和输出响应的测试，在物理参数未知的情况下由计算机进行信号处理，通过参数识别找出振动系统的模态参数，建立结构的模态模型，非常直观地了解各阶模态振动的情况，为结构动力分析提供分析参数。
试验模态分析是一种在结构动力分析中应用广泛、发展迅速的理论与实验技术相结合的有效方法。
§10.1 机械阻抗和机械导纳机械阻抗的概念来自于机械振动的电模拟，根据电路中存在的电阻抗相应地引入机械阻抗的概念：机械系统受到简谐激励时激励力的复数力幅与响应的复数振幅之比称为机械阻抗，并将机械阻抗的倒数称为机械导纳。
由于振动系统的响应是用位移、速度和加速度来表示的，故机械阻抗（导纳）有六种形式：位移阻抗（动刚度） /x Z F X = 位移导纳（动柔度） /x Y X F = 速度阻抗 /v Z F V = 速度导纳 /v Y V F = 加速度阻抗（动质量） /a Z F A = 加速度导纳（惯性率） /a Y A F =其中，F 为复数力幅，X 、V 、A 分别为位移、速度和加速度的复数振幅。
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。
试验模态分析实验报告
实验模态分析技术实验报告一、实验内容用锤击激振法测量传递函数，求取驱动桥壳的模态参数。
二、实验目的（1）掌握测量传递函数常用的锤击激振法；（2）测量激振力和加速度响应的时间记录曲线和传递函数；（3）比较原点传递函数和跨点传递函数的特征；（4）识别驱动桥壳的模态参数。
三、实验仪器实验仪器包括力锤、加速度计、电荷放大器、信号采集卡、信号分析记录系统。
其中：（1）力锤用于激励实验对象，本实验使用钢制锤头进行激励；（2）加速度计用于拾取响应信号并转换成为电荷信号；（3）电荷放大器用于将电荷信号放大成电为适合测量的压信号，本实验采用SINOCERA公司生产的YE3822A信号放大器；（4）信号采集卡用于对传感器采集得到的数字信号进行采样，并转化为数字信号，本试样采用DT公司产的DT9837A采集卡；（5）信号分析记录系统包括一台笔记本电脑和相应的应用程序，本实验采用DEWESoft 7.0软件进行振动信号的时间历程测量。
各个仪器与实验对象的安装位置、连接关系如图1所示。
图2~5为实验现场的仪器安装实物图。
力锤加速度计1加速度计2电荷放大器1电荷放大器2电荷放大器3信号采集卡笔记本电脑图1图2图3图4图5四、实验数据采集过程用安装有加速度传感器的力锤敲击实验对象上的某一点。
加速度传感器拾取激励力的信号。
安装在实验对象的某一观测点上的加速度计拾取响应信号，经电荷放大器后输入信号采集系统。
（1）仪器操作要点如下：a)锤子上的加速度传感器信号必须接入信号采集器的第一通道，响应信号依次接入信号采集器的其他通道；b)在信号采集分析系统上设置适当的参数，首先设置采集参数，如实验名（ASCⅡ码）、试验号（数字）、数据路径、结果路径、采样类型（多次触发）、单位类型（可变）、设置工程单位和标定值；c)采样菜单中选用多次触发，设置相应的参数，开始采样。
（2）敲击传感器附近的测点，测量原点传递函数；（3）敲击远离传感器的其他测点，测量跨点传递函数。
6-4试验模态分析(课件)
阻尼比 （％） 2.23 2.08 3.45 1.6 1.83 1.49 1.6
6.4 试验模态分析
1. 实验模态分析的基本过程——汽车车身实验模态分析
识别到的前两阶模态振型如图6.4-4，6.4-5所示。
图 6.4-4 一阶扭转模态振型
图 6.4-5 一阶弯曲模态振型
（4）还可以对车身进行结构动力学修改。
6.4 试验模态分析
试验模态分析概述
试验模态分析技术:通过对样机或结构形式相同的准 样机的测试，将采集的测试数据应用相应的识别技术，识 别出系统的模态参数，用于对该系统动态特性的优化设计。
试验模态分析的必要性： 由于有一些参数如结合部阻尼和某些边界条件等难以
获得较准确的数值，因此，仅靠理论分析计算很难获得 准确的结果。 理论计算结果也需要通过试验实测数据加以验证，以 检验其计算结果的精度。
阶模态振型的节点。另外，激振点位置的刚性要大以防止
局部变形，并能将激振力较均匀地传到车身的其它部位。
所以激振器选在车的左前方底盘处激振，激振方向由下向
上。
6.4 试验模态分析
1. 实验模态分析的基本过程——汽车车身实验模态分析
激振器基座与基础刚性连接以保证在低频段对结构有较
大的激振力，激振器与力传感器之间以直径3mm，长度
宁窗来抑制泄漏。然后对频
线的集总显示
响函数进行估计。
6.4 试验模态分析
1. 实验模态分析的基本过程——汽车车身实验模态分析
（3）对频响曲线进行模态参数识别。识别后的各阶模态 固有频率和阻尼比如表6.4-1所示。
表6.4-1 各阶模态参数
阶数
1
2
3
4
5
6
7
7.6实验模态分析过程及案例
工程振动测试技术实验模态分析过程及案例实验模态分析主要是通过模态实验，测量系统的振动响应信号，或同时测量系统的激励信号、响应信号，从测量到的信号中，识别描述系统动力特征的有关参数。
主要内容有：物理参数识别：质量矩阵刚度矩阵阻尼矩阵主要内容有：模态参数识别：固有频率衰减系数模态矢量模态刚度模态阻尼实验模态分析模态分析系统一般由三部分组成1、激振系统2、测量系统3、分析系统有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）模态实验流程图基本步骤如下：1、确定实验模型，将实验结构支撑起来，（边界条件的确定）2、模态实验，激励实验结构（一般用锤击法），记录激励、响应的时间历程。
3、时间历程的数字处理，FFT求出传递(频响)函数。
4、参数识别(固有频率、衰减系数(阻尼比)、振型等)。
5、动画显示。
动画显示获得了模态矢量式后，实验结构各自由度的主振动就知道了，例如，在单一的第r 阶模态振动中，各自由度的响应为{}sin()r n t r r dr r x B e t −=ω+θA 12r ,,,N=动画显示如果将一个振动周期等分成若干个时间间隔（一般为40等分），在每一个时间间隔，各自由度的相互位置构成一幅画面，即主振型在此瞬时的形态，在屏幕上连续显示这些画面，可观察到一个连续运动的动画图形，这就是实验结构第r阶主振型的动画图形。
龙洗的实验模态分析艺术观赏龙洗和鱼洗是一种铜制圆盆，盆内铸有龙形花纹的称龙洗，铸有鱼形花纹者称鱼洗。
四点“喷水”盆边有双耳，当盆内盛水，双耳被搓动时，盆发出悦耳嗡呜。
四（六、八、十、十二）股珠泉喷起，可高达一尺有余。
洗的制作者恰好将盆内龙或鱼的嘴对准这四（六、八、十、十二）个点，珠泉似从龙或鱼口中喷出。
四点“喷水”十点“喷水”在进行龙洗的搓振运动分析中，要用到固有频率和模态的数据。
龙洗高为11.5cm，最大半径20cm，厚度约2mm，耳高4.5cm。
盆上测点共244个，布置在沿z向分布的五个圆周上，每个圆周均布48点，每个耳的上部有两个测点，如图所示。
实验模态分析范文
实验模态分析范文实验模态分析是一种用于分析和测量人类认知过程的工具和方法。
它通过实验室实验和观察来研究人们在处理信息和做出决策时的心理模式和策略。
实验模态分析的目的是为了揭示人类认知的本质，以便更好地理解我们的思维和行为方式。
实验模态分析可以运用于许多领域，如心理学、认知科学、人机交互等。
在心理学中，实验模态分析可以帮助研究人员了解人们在特定条件下的思维方式和行为模式，揭示认知过程中的规律和原则。
在认知科学中，实验模态分析可以帮助科学家研究人类的信息处理机制，揭示认知系统的结构和功能。
实验模态分析通常包括以下步骤：实验设计、实验实施、数据收集和数据分析。
在实验设计阶段，研究人员需要确定实验的目的和研究问题，并制定相应的实验假设和方法。
在实验实施阶段，研究人员需要根据实验设计的要求进行实验操作，收集相关数据。
在数据收集阶段，研究人员可以使用各种手段和工具来收集数据，如心理测量、行为观察等。
在数据分析阶段，研究人员需要对收集到的数据进行整理和分析，以获取有关实验结果的信息和结论。
实验模态分析的关键是实验设计和数据分析。
在实验设计中，研究人员需要选择合适的实验条件和方法，并且确保实验结果的可靠性和有效性。
在数据分析中，研究人员需要使用统计方法和分析技术来处理和解释数据，以揭示人类认知过程中的模式和规律。
实验模态分析可以帮助我们更好地理解人类的思维和行为方式，对于改善教学、提高工作效率、优化人机交互等方面有着重要的意义。
它可以帮助我们发现认知瓶颈和误差，优化决策和问题解决过程，提高思维效率和创造力。
同时，实验模态分析也可以帮助我们设计更好的人机界面和交互系统，提升用户体验和满意度。
然而，实验模态分析也存在一些局限性。
首先，实验模态分析通常是在实验室条件下进行的，因此可能无法完全反映现实生活中的认知过程。
其次，实验模态分析依赖于研究对象的自述和行为观察，可能存在主观误差和偏差。
此外，实验模态分析需要具备一定的研究技能和专业知识，对研究人员的要求较高。
实验模态分析.ppt
这对桥梁的破坏是很大的，桥梁的部件容易产生
疲劳屈服，这大大缩短了桥梁的寿命，严重的会 直接发生桥梁倒塌事故。 狭义地说，现代机构设计主要是考虑这方面问题。
而现代结构动态设计的理论基础有两部分， 即：《振动分析》、《试验模态分析》
以上说明了试验模态分析这门课在科学技术中所处 地位。
二、试验模态分析技术的发展
一 课 题 的 重 要 里 程 碑 之 一 是 1947 年 肯 尼 迪
（ kennedy ） 和 潘 库 （ Pancu ） 的 论 文 [Use of vectors in vibration measurement and analysis]。 文中的叙述方法用来精确地确定航空结构的固有频 率和阻尼值，这种方法沿用了许多年，直至六十年
M x ( t ) C x K x ( t ) f ( t )
式中： M K C 为系统的质量刚度阻尼矩阵阻尼矩阵
x ( t ) f ( t )
为系统的自由度及外界对系统的激励
上式是用系统的物理坐标 x ( t ) x ( t )
x (t) 描述
的运动方程组。在其每一个方程中均包含系统各点
的物理坐标，因此是一组耦合方程。当系统自由度 数目很大时，求解十分困难。
能否将上述耦合的方程组变换成非耦合的，独
立的微分方程组，这就是模态分析要解决的根本任 务。故所以，所谓模态分析方法就是：以无阻尼系
统的各阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐标，
养”，结合自身内容的发展，形成了一套独特的理
论，为模态分析及参数识别技术的发展奠定了理论 基础。
1．2单自由度频响函数分析 单自由度系统是最基本的振动系统。虽然实际
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一般的留数: Rijr = a ·yir ·yjr Beam
Force
原点（驱动点）留数: Riir = a ·yir2 原点留数用于缩放模态模 型
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提取模态振型
Amplitude
First Mode
Second Mode
Third Mode Beam Acceleration
1 00m
全局
0 200 400 600 800 [Hz] 1 k 1 ,2k 1 ,4k 1 ,6k
单参考
基于频响函数矩阵的一行或者一列
多参考 基于频响函数矩阵的多行或者多列
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对称结构在同一频率呈现多个模态 一个峰值不一定只意味着一个模态
模态测试
什么是模态测试 为什么做模态测试 怎么做模态测试
2. 测量
3. 曲线拟合
4. 验证
BA 7679-16, 15
频率响应函数
[m/s 瞉 Time(Res po nse) - Input Wo rk ing : Input : Input : FFT A nalyzer 80 40 0
-40 -80 0 40m 80m 1 20m [s ] 1 60m 200m 240m
SDM and FRS (基于验证的模态模型)
仿真“假如。则 。”
结构动力学修改（Structural Dynamics Modification）
质量修改
刚度修改
动力吸振器 移动共振频率 High response Low response Previous response
强迫响应仿真分析
PULSE™
2. 测量
3. 曲线拟合
4. 验证
BA 7679-16, 23
ME‟scope 或者 I„DEAS
PULSE 模态测试顾问（Modal Test Consultant）
Vibration Data
Modal Test Consultant
Modal
File Transfer
当结构受到一个或者多个激励时动力 学行为会怎样？
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模态测试 什么是模态测试 为什么做模态测试
怎么做模态测试
Brüel & Kjæ r 的解决方案
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怎么做模态测试
1. 建模
建立几何模型 定义自由度 确定测量方向 频率响应函数 力锤或者激振器激励 定义相干函数,自谱等用于验证 频率 阻尼 留数 (模态振型) MAC (模态置信准则) 模态置信因子 相位分布 模态参与因子 ........
Force Force Force Force Force Force Force Force Force Force Force Force
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曲线拟合提取模态参数
单自由度方法 (SDOF)
简单结构 少数且分隔较开的模态 多个模态 大量且频率接近的模态
多自由度方法 (MDOF)
阻尼比:
f0
1 T
w0
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模态模型 – 局部参数
留数在每一个DOF被单独描述 (局部) 留数: 模态的 “强度”
Hw0 2
Amplitude First Mode
Second Mode
Third Mode
w0 留数: R = H(w0) ·
Hale Waihona Puke FrequencyBA 7679-16, 26
PULSE 模态测试顾问
设置和测量
Mounting the transducer
显示器上的几何模型指导传感 器的安装 参量参数的图形化设置 测量状态的声音和视觉通知
Geometry model on screen
自动的标签DOF – label while measuring
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模态模型 – 全局参数
固有频率和模态阻尼是动力学模型所有自由度的共同特征 (全局) 频域 时域
1 Decay Rate = t
Time
3dB
3 dB bandwidth =2
w0
Frequency
T
t
固有频率: 阻尼比:
w0 = 2pf0
w0
固有频率:
模态测试
什么是模态测试
为什么做模态测试
怎么做模态测试 Brüel & Kjæ r 的解决方案
BA 7679-16, 10
为什么做模态测试
改进有限元模型
– 在原形样机上通过测试进行验证 – 通过引入阻尼来改进有限元模型
故障诊断
– 降低过大的振动水平 – 确保共振远离激励频率
仿真“假如。则。。”
F requenc y Respo ns e H1 (Respo ns e,Excitatio n) - Input (M agnitude) Wo rk ing : Input : Input : F FT A nalyzer
[(m/s ?/ N/ s] 2k
Impulse Res pons e h1(Respo nse,Exc itation) --Input (Real P art )) h1 (Res po nse,Exc itation) Input (Real P art Wo rk ing : Input : Input :: FFT A nalyzer Input F FT A nalyzer
1. 创建几何模型
简便易用的 几何建模工 具 可以利用DXF, STR 和 UFF 文件格式输入几何 模型
2. 定义测试模型
给几何模型分配自由度
3. 输出
几何模型 DOF信息 (测量结果)
包括 面和隐藏的线
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很容易设置力锤激励
在大量不同的位置敲击被测物体
1 自定义量程 或者 选择输入量程
w0
[(m/s ?/ N] F requenc y Respo ns e H1 (Respo ns e,Excitatio n) - Input (M agnitude) Wo rk ing : Input : Input : F FT A nalyzer 1 0
局部
基于单一自由度 基于多个自由度
Software
PULSE
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PULSE 模态测试顾问
Setup Calibration Measurement
特征和优点 导引化 测量 几何驱动的 测量
– 可以使用从CAD输入几何选项
分析仪参数的直观图形控制 显著降低了设置和测量时间 降低了人为错误风险 自定义能力
– 确定载荷 – 复杂激励下结构的响应 – 结构动力学修改
结构综合分析
– 预测组装子部件或总成的动力学行为
模态测试
首先利用在飞机工业 今天也广泛的应用于汽车工业和许多其他工业
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故障诊断
频率响应函数
High responses 运行时的振动响应
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2 选择 触发水平
敲击被测物体一次 3 选择时间 计权窗
4 设置 预触发
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PULSE 模态测试顾问
几何模型 导引测量
Input
1 k
0
-1k
-2k 0 40m 80m 1 20m [s ] 1 60m 200m 240m
1 00m
1 0m
1 m
1 00u 0 200 400 600 800 [Hz] 1 k 1 ,2k 1 ,4k 1 ,6k
Frequency Response Function
Impulse Response Function
有限元建模 FEM 预测测试模型 阻尼数据
模态测试
模态模型的 对比和验证
结果 验证
曲线 拟合
测试 有效性 验证
更新 最终模型 仿真预测: “假如。那么。。”
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故障诊断
有限元 vs 测试模型
发动机缸体的扭转模态
MAC
448 Hz FEA
459 Hz
EMA
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模态分析
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引言 2
当今需求： 运行的速度越来越快 对燃油经济性要求越来越高 结构越来越轻量化 这些需求要求降低结构重量 结果： 结构变得越来越“弱” 共振频率向激励得频率范围移动 由于动态载荷得存在结构将更容易“失效 ”
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引言 3
[N] 200
Time(Exc itatio n) - Input Wo rk ing : Input : Input : FFT A nalyzer
FFT
200m 240m
1 00
0
-100
-200 0 40m 80m 1 20m [s ] 1 60m
Output Motion Response H(w) = = = Input Force Excitation
模态参数
理论分析人员利用有限元建 模来获得 – 特征值 – (阻尼) – 特征向量 实验分析人员利用模态测试 来获得: – 固有频率 – 阻尼比 – 模态振型