模态分析

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™
优点 – 很少的设置时间 – 很少的错误 – 增加了对测量数据的信心
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TEDS and PULSE
TEDS 信息被PULSE收集 传感器的描述 传感器的名字 传感器的序列号 传感器的型号 传感器的种类 等等.
⇒
[(m/s?/N/s] Impulse Response h1(Response,Excitation) - Input (Real Part) Working : Input : Input : FFT Analyzer 2k 1k 0
-1k -2k 0 40m 80m 120m [s] 160m 200m 240m
输出 加速度 = = H(ω) = 力 输入
响应 激励
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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
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
⎡H11 H12.........H1n ⎤ ⎢ ⎥ ⎢.......... .......... .. ⎥ [H] = ⎢.......... .......... .. ⎥ ⎢ ⎥ .......... .......... .. ⎦ ⎣
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模态测试的结论 什么时模态测试： 为什么做模态测试： 怎么做模态测试：
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 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
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PULSE 模态测试顾问
自动的数据传递到模态分析软件
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
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
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？
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其他的技术
运行模态分析
通过只测量响应来决定模态模型 不需要输入力~ 环境激励 模态测试类似于工作变形分析（ Operational Deflection Shape）
优点 – 测试便宜和快速; 无须激励设备 – 测试不干扰结构的正常工作 – 测试的响应代表了结构的真实工作环境
4. 验证
MAC (模态置信准则) 模态置信因子 相位分布 模态参与因子 ........
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ME’scope 或者 I‘DEAS
PULSE 模态测试顾问（Modal Test Consultant）
SE UL 面 P 里
模态测试顾问
振动数据 PULSE
文件传输
模态分析软件
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” 共振频率向激励频率范围内移动 由于动态载荷的存在，结构将更容易“失效”
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引言 3
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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”
Hω0 2σ
幅值
离 距
第一个模型
第二个模型 第三个模型
ω0 留数: R = H(ω0) · σ
Frequency
频率 频域 查看
查 域 型 模
看
一般的留数: Rijr = a · ψir · ψjr 原点（驱动点）留数: Riir = a · ψir2 原点留数用于缩放模态模 型
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 带宽 =2σ
时域
1 σ= 衰减率 τ 时间 ω0 频率 T τ
固有频率: 阻尼比:
ω0 = 2πf0
ζ= σ ω0
固有频率: 阻尼比:
1 T σ ζ= ω0 f0 =
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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 & Kjær 的解决方案
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模态测试的定义
通过实验方法，来构造结构振动性质和行为 的数学模型
固有频率 模态阻尼 模态振型
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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
2. 测量
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
3. 曲线拟合
频率 阻尼 留数 (模态振型)
4. 验证
MAC (模态置信准则) 模态置信因子 相位分布 模态参与因子 ........
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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
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 & 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
PULSE™
2. 测量
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
3. 曲线拟合
频率 阻尼 留数 (模态振型)
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 EMA
459 Hz
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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 & 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
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。。”
– 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
FFT 频域
[m/s瞉 10 1 100m Autospectrum(Response) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer
输出
时域
FFT 逆运算
Frequency Response H1(Response,Excitation) - Input (Magnitude) [(m/s?/N] Working : Input : Input : FFT Analyzer 10
幅值
离 距
频率 频域 查看
第一个模态
第二个模态 第三个模态
型 模
查 域
看
梁
力
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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
测试 有效性 验证
修正（改） 最终模型 仿真预测: “假如。那么。。”
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梁
力
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提取模态振型
幅值
离 距
第一个模态 第二个模态 第三个模态 梁 加速度传感器
Force Force Force Force Force 查看 Force Force Force 型域 Force Force 模 Force 力
频率
频域查 看
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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
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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
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PULSE 模态测试顾问
10m 1m 0 200 400 600 800 [Hz] 1k 1,2k 1,4k 1,6k
100m
输入
[N] 1 100m
Autospectrum(Excitation) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer
0 200 400 600 800 [Hz] 1k 1,2k 1,4k 1,6k
High response Low response Previous response
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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 & 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
模态测试顾问 - MIMO
支持多输入多输出:
– 测试任务 (MIMO自动被探测)
MIMO H1
多重相干函数
范例:利用两个激励器激励具有重根的板 两个输入 – 两个输出
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PULSE 模态测试顾问 结论:
几何驱动, 快速和可靠的模态测试:
从几何模型简单、快速、方便的创建测试模型 快速的设置测量条件 导引和监测测量过程 到模态分析软件的数据自动传输
2. 选择测量
1. 选择输出任务 3. 选择信号
4. 选择输出格式 5. 定位模态分析软件
3. 选择函数
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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: 利用两个激励器激 励具有重根的板
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PULSE 模态测试顾问
能够方便的从几何模型创建测试模型 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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10m
Βιβλιοθήκη Baidu
1m 100u 0 200 400 600 800 [Hz] 1k 1,2k 1,4k 1,6k
频率响应函数
脉冲响应函数
[N] 200 100
Time(Excitation) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer
FFT
240m
0
-100 -200 0 40m 80m 120m [s] 160m 200m
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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.......... ... ⎤ ⎢ ⎥ H21.......... ... ⎥ [H] = ⎢ ⎢.......... .........⎥ ⎢ ⎥ Hn1.......... ... ⎦ ⎣
设置和测量 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 自动的标签DOF – 当测量时可以标签 双击探测….
屏幕上的几何模型 安装传感器
时间计权
过载指示
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智能型传感器使得设置极其方便
内置的TEDS（ 读/写 传感器电子数据表 ） 芯片,