模态分析实验报告

模态分析实验报告

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任课教师：

实验时间：

指导老师：

实验地点：能源与动力工程学院

柴油机拆装实习一楼振动测试实验室

实验1 传递函数的测量

一、实验内容

用锤击激振法测量传递函数。

二、实验目的

1)掌握锤击激振法测量传递函数的方法；

2)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；

3)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；

4)比较原点传递函数和跨点传递函数的特征；

5)考察激励点和响应点互换对传递函数的影响；

6)比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响；

三、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 Ⅲ测试系统，具体型号和参数见表1-1。

仪器名称型号序列号灵敏度备注

数据采集和分析系统LMS-SCADAS Ⅲ比利时力锤LC 3164 4 mV/N

加速度传感器100 mV/g 丹麦B&K

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(Frequency Response Function, 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 Impact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

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。

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。整个测试系统如下图所示：

A1

A

测点3

测点2测点4

图1-2 测试系统图

2、数据采集

在LMS信号采集分析系统上，建立每个通道与测点的对应关系，设置激励方向和响应方向（向上为-Z方向），通道传感器类型、灵敏度、测量范围等参数，力锤信号为参考信号；设置采样参数：采样频率(16.4 kHz)、分析带宽(铝质棰帽

0-6400Hz ，尼龙棰帽0-3200Hz ，橡胶棰帽0-5200Hz)、谱线数目(铝质棰帽6400，尼龙棰帽3200，橡胶棰帽5200)、频率分辨率(1.00Hz)、采样触发时间(0.05s)、窗函数(激励信号加力窗，响应信号加指数窗)；然后用力锤敲击激励点，采集激励力的信号和每个测点的响应信号。

在LMS 系统上分析得到各测点的频响函数，为了消除噪声影响，提高信号信噪比，每组采用3次平均。其中频响函数计算采用H1方法，即

)

()()(1ωωωff fx G G H =

(1)

五、实验数据分析

1、原点传递函数和相干函数分析

采用铝质锤帽，激励点位于测点2位置，力谱如图1-3所示。由上面的力谱图可知，整个力谱的dB 值衰减量在10~20dB 之间，是一个理想的脉冲激励力信号。

得到的原点传递函数和相干函数如图1-4、1-5、1-6所示。

图1-4 DB形式原点函数频响图

图1-5 幅值形式原点频响函数图

图1-6 实频虚频形式原点传递函数图

由图1-4可以看到，在原点位置，每出现一次共振点之前，都会先出现一次反共振点，满足每两个谐振峰之间必有一个反谐振点的要求；在图1-6中，所有的峰值均出现在频率的同一侧，即同相位，符合原点频响函的特征。在反谐振点处相位角到前180°；在谐振点相位角滞后180°。并且能够很明显的看到前四阶的共振频率。

图1-7 原点相干函数图

由原点的相干函数图可以看到，原点频响函数的相干性很好，只有在各阶的反共振点处有一个下落。忽略实验误差，其余的点基本上都保持在1左右，相关性很好。

图1-8 各测量点的响应自功率谱

2、跨点传递函数和相干函数：

得到的原点传递函数和相干函数如图1-9、1-10、1-11所示。

图1-9 DB形式跨点函数频响图

图1-10 实频虚频跨点传递函数图

由图1-9可以看出，在前两阶模态同相位，这两个模态之间还存在一个反共振点，在四、五、六模态之间是反相位，相邻模态之间是一条光滑的曲线；由图1-10虚频图中可以看出，各模态峰值不在频率轴的同一侧。符合跨点频响函数各种特征曲线的特征要求。

图1-11 跨点相干函数图

由跨点的相干函数图可以看到，跨点频响函数整体的相干性很好，但在各阶的反共振点处有一个下落，且在高频段和低频段相干性较差。低频段相干性差，是由于实验过程中敲击时力锤没有迅速地离开敲击点。而在中间频段相干性较好。

3、锤帽材料不同对原点传递函数

3.1 铝质锤帽的原点传递函数和相干函数：

图1-13 铝质锤帽的相干函数图

图1-14 尼龙锤帽dB形式的原点频响函数图

图1-15 尼龙锤帽的相干函数图

图1-16 橡胶质锤帽dB形式的原点频响函数图

图1-17 橡胶质锤帽dB形式的相干函数图

比较图1-（12~17）可以看出，采用不同材料的锤帽对测量结果有较大影响。