中文版-实验模态分析会议版

[(m/s?/N] Frequency Response H1(Response,Excitation) - Input (Magnitude) Working : Input : Input : FFT Analyzer 10
Input
[N] 1 100m 10m 1m 100u 0 200
Autospectrum(Excitation) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer
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模态测试
什么是模态分析
为什么做模态测试 怎么做模态测试 Brüel & Kjær 的解决方案
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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
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模态参数识别与验证—
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什么是PULSE Reflex Modal Analysis?
一种先进的经典模态分析后处理软件 – 支持力锤激励和激励器激励模态测量方法 – 支持单输入或者多输入的模态参数识别 集成且开放的解决方案 – 和PULSE Modal Test Consultant无缝连接 – 开放的数据接口，可以独立使用的模态参数识别后处理程序. 直观的图形用户界面和工作流程 – 包括测量验证、参数估计、模态选择和结果验证“标准四步骤”的模态 参数识别流程 – 支持“一键式”的快速模态参数识别，支持基于LSCE(最小二乘复指数 方法)\LSCF(有理分式Z多项式方法)\ Alias-free Polyreference 的自动模 态参数识别
Amplitude
First Mode
Second Mode
Third Mode Beam
Force
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有限元 vs 测试模型
MAC
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在模态测试的基础上。。。
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
2. 测量

3. 曲线拟合

4. 验证

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频率响应函数
[m/s瞉 80 40 0 -40 -80 0 40m 80m 120m [s] 160m 200m 240m Time(Response) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer
故障诊断
频率响应函数
High responses 运行时的振动响应
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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
0 200 400 600 800 [Hz] 1k 1,2k 1,4k 1,6k

Impulse Response h1(Response,Excitation) - Input (Real Part) [(m/s?/N/s] Working : Input : Input : FFT Analyzer 2k 1k 0 -1k -2k 0 40m 80m 120m [s] 160m 200m 240m

小的各向同性结构 支持快速的多参考技术 快速的方法 – 不需要固定设备
H1n H11 H12.........H .......... .......... .. H .......... .......... .. .......... .......... ..
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曲线拟合器的分类
使用矩阵作为系数的多项式模型通用公式
n ( s ) n n 1 s ) n 1 ... 0 H (s) m ( s ) m m 1 ( s ) m 1 ... 0
PULSE™ MTC
2. 测量

3. 曲线拟合

PULSE ™ Reflex Mode
4. 验证

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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
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图形化的参数设置—力锤触发及窗函数

在大量不同的位置敲击被测物体

敲击被测物体一次
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测量质量的实时验证及提醒
几何 模型 导引 测量
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MTC - MIMO（多输入多输出）

支持 MIMO:
– 测量点 - DOF 列表 – 测量顺序任务 范例: 利用三个激励器激励密 集模态或重根模态
FFT Frequency Domain
[m/s瞉 10 1 100m 10m 1m 0 200 400 600 800 [Hz] [ ] 1k 1,2k 1,4k 1,6k
100m
Output
Time Domain
Inverse FFT
Autospectrum(Response) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer
模态分析
B&K China 褚志刚
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引言
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，NVH问 题变得突出 由于动态载荷得存在结构将更容易“失效 ”

大结构或者复杂结构 可以使用各种各样的激励信号 费时- 需要进行安装工作
H11.......... ... H .......... ... 21 H .......... ......... H .......... ... n1
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D
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有限元（FEA）接口 – 8718-A/B型软件接口
从最主流的有限元软件输入有限元模型 8718-A 型NASTRAN® 软件接口 – NX NASTRAN 和 MSC NASTRAN 8718-B 型ANSYS® 软件接口 输入包括 几何模型 (点，单元和坐标系统) 模态数据 (频率，阻尼和振形) 缩减质量矩阵,用于正交性计算 (仅限于NASTRAN) 支持的格式 NASTRAN ANSYS DAT, DAT BLK, BLK BDF – 几何模型 CDB – 几何 OP2 – 结果 RST, RTH, RMG – 结果 O OP4 – 质量矩阵
FFT
240m
80m
120m [s]
160m
200m
Output Motion Response = = H() = Input Force Excitation
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激励技术
力锤激励
一般激励移动力锤
In
激振器激励
一般用于多通道响应 或者响应点可以移动的情况
Out
In Out
Force
原点（驱动点）留数: Riir = a · ir2 原点留数用于缩放模态模 型
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曲线拟合提取模态参数
单自由度方法 (SDOF)
Biblioteka Baidu

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)
0
Frequency Response H1(Response,Excitation) - Input (Magnitude) [(m/s?/N] Working : Input : Input : FFT Analyzer 10
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
3dB 3 dB bandwidth =2
时域
1 Decay Rate = Time 0 Frequency T
固有频率: 阻尼比:
0 = 2f0
0
固有频率: 阻尼比:
1 T 0 f0

故障诊断
– 降低过大的振动水平 降低 大的振动水平 – 确保共振远离激励频率

仿真“假如。则。。”
– 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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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
模态测试
什么是模态分析
为什么做模态测试
怎么做模态测试 做模 测试 Brüel & Kjær 的解决方案
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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
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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”
H0 2
Amplitude First Mode
Second Mode
Third Mode
0 留数: R = H(0) ·
F Frequency
一般的留数 般的留数: Rijr = a · ir · jr Beam
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
B ü l & Kjær Brüel Kj 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 ........
强迫响应仿真分析

当结构受到一个或者多个激励时动力 学行为会怎样？ 学行为会怎样
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模态测试 什么是模态分析 为什么做模态测试
怎么做模态测试
Brüel & Kjær 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 ........
– BKG, UFF, STR, CSV, DXF … – NASTRAN、ANSYS、ABQUAS有 限元软件
动画
– – – – Deformed/Undeformed Wireframe, Arrow, Contour ... Single or Quad View Single, Overlaid, Diffence, Side-by-Side ...

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
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几何模型
用于创建、输入几何模型和进行模态结果动画显示的软件包
几何模型创建功能 – 使用一些基本的几何形状 – 几何浏览器 支持的几何模型文件格式 支持的几何模 文件格式

局部

基于单一自由度 基于多个自由度
100m
全局
0 200 400 600 800 [Hz] 1k 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
400
600
800 [Hz]
1k
1,2k
1,4k 1,6k
Frequency Response Function
Impulse Response Function
[N] 200 100 0 -100 -200 0 40m
Time(Excitation) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer