振动系统的模态分析

理论力学振动系统模态分析实验

一．实验目的：

1.了解数字化测试技术的原理和做法。学习模态分析原理。

2.学会用“锤击发”测量振动系统的模态参数与振型。

二．实验仪器：

1.MSC-1型弹性力锤。

2.Yj9A压电加速度传感器。

3.Zj-601A型震动教学试验仪。

三．实验装置示意图：

四、实验原理：

本实验测试对象是弹性梁。实验步骤与原理是：由力锤锤击被测物体，锤体内的力传感器与被测物体上的加速度计同时记录下脉冲激励与被测物体的响应，震动教学试验仪放大并转化为电压，经接口箱，传入计算机的采集分析系统记录。数据采集完毕后，动用分析系统，首先对数据进行传递函数分析，然后，进入模态分析，根据振动理论，分析系统在确定阶数后，进行质量或振型归一，自动生成分析结果并可以生成振动的动画显示，各阶频率、模态质量、模态刚度、模态阻尼比同时列出。

五、实验步骤：

1.准备工作：先将梁分画成所需的单元格，节点编号，将加速度计固定在梁的

五分之二处（避免放在节点处）。

2. 设备连接：将力锤与加速度计与电荷放大器连接，按力锤与加速度计的灵

敏度分别调好电荷放大器上的旋钮，并选好相应的滤波上限开关。再将二信号输出端与接口箱相应频道相连。

3. 进入计算机采集分析系统参数设置部分，设定实验名称与各频道单位。

4. 进入计算机采集分析系统菜单中模态分析部分，画出被测对象的几何图形

及节点号，给出约束条件。

5. 进入计算机采集分析系统的信号采集部分，开始实验。

6.对17个测试位置依次进行敲击，没一个测试点进行三次。以减小误差。

7.调用采集的数据，打开分析界面，调入波形。进行函数分析，模态拟合。

8.振型编辑，质量归一，至此分析完毕，显示动画

9输出数据及计算结果，保存动画截图。

六．实验数据，计算结果及截图

工程信息:

名称: ABC1# 日期：2013-11-18 时间：13:58:54 拟合方法: 复模态单自由度响应类型:加速度长680mm

宽50mm

高8mm

几何结构和节点设置：

图(1) 模态几何结构和节点分布图

模态频率和阻尼:

表1: 模态频率和阻尼

阶数频率(Hz) 阻尼(%)

1 52.816, 5.543

2 172.747, 0.233

3 382.623, 0.153

4 1025.228, 0.450

七．结果分析及讨论

1.实验模态分析目的是测量系统的模态参数，即共振频率，阻尼系数和模态矩阵。这些参数描述了系统的振动特性。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。

2.模态分析系统一般由三部分组成：

(1)激振系统：使得系统振动。

(2)测量系统：用传感器测量实验对象的各主要部位上的位移、速度或加速度振动信号。

(3)分析系统：将采集到的激励信号和响应信号经过数模转换记录到计算机中，用软件系统识别振动系统的模态参数。

3.根据数据表格可以得出，震动频率随着阶数的增加为指数增长。钢体震动周期数目成递增趋势。根据实验所得数据进行模态分析所得结果，在图1中有明显的误差，图形及所测得频率都和预计有很大不同，该误差可能是敲击梁的位置发生了偏差所导致或者是按力锤的金属部分接触梁从而导致受力不均产生的误差。

八、注意事项：

1.进入参数设置时，一定要修改实验名，数据路径和结果路径以及采样类型，单

位类型和输入类型。每组的实验名各不相同。

2.在采样时，要检查同名文件。确认之后，小力锤在敲击点处敲击。触发脉冲动

作要快。同时每次采样完毕要存盘。

3.传函分析时所加力窗应该比脉冲信号稍宽，以防能量泄露。

4.模态分析进行动画演示前，模态拟合确定模态阶数时要尽量收取多的峰值。爱护实验设备，实验完毕，切断电源。