制动盘 锤击法 模态试验报告
制动盘锤击法模态试验报告
小组成员：。。。。。。。。。。。
指导老师：。。。。。
时间：2013.12
1.试验目的
1）通过试验加深对模态理论知识的理解和掌握。
3）掌握试验测试系统及其仪器设备的设置与连接方式。
4）熟悉LMS https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b软件的功能和设置，学习信号采集和分析方法。
5）熟悉模态试验的一般流程与方法。
6）测定并获取离合器操纵系统固定座的自由模态参数，包括固有频率与振型等，以及动态振动特性。
7）对离合器操纵系统固定座的有限元模型进行验证，并为有限元模型的修改提供可靠依据。
2.试验地点和日期
?试验地点：同济大学新能源汽车工程中心汽车实验室
?试验日期：2013年12月27日
3.试验对象
制动盘，如图1所示。
图1 制动盘
4.试验人员
?王友、徐明：有限元预分析；确定激励点与响应点的位置。
?沈嘉怡：LMS https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b软件操作。
?余瑶：模态参数估计与模型验证的理论分析。
?杨磊：边界条件的设置；传感器的布置；实验设备管理维护。
5.有限元分析
在CATIA中进行建模，如图2所示。
图2 制动盘CATIA 建模
将模型文件导入ANSYS Workbench进行网格划分和模态分析。制动盘材料为复合材料，材料属性列出在表1中。
表1 材料属性
下表2为计算所得前五阶模态频率。
表2有限元模型模态频率
有限元模型各阶振型图如下所示。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
6.试验分析
6.1.试验测试系统与仪器设备
试验测量分析系统由三大部分组成：试验激振系统，响应采集系统，模态分析和处理系统。其中，试验激振系统包括：力锤；响应采集系统包括加速度传感器和智能采集系统；模态分析和处理系统主要是LMS模态分析软件https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b 11B。
测试系统结构简图如图3所示。
试验所需仪器设备如表3所示。
表3离合器操纵系统固定座模态试验仪器设备
5 数据分析处理软件 1 https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b 11B
图4试验工具——冲击锤
6.2.模态分析方法和测量过程
6.2.1.激励方法
从频响函数的物理意义可知，若知道激励和响应，就可推知系统的特性。从这个意义上来说，有两种激励方法可供选择，其一是对结构上某点激励，测得所有点的响应，即单点激励的方法。其二是对结构某些点同时激励，测得各点的响应，即通常所说的多点激励方法。
单点激励的优点是在模态试验中，只要同时测量记录激励和响应的信号，再经数字信号处理，可获得与响应激励自由度对应的频响函数，简单易行。单点激励的缺点是能量有限，在大型复杂结构的模态试验中，响应信号信噪比差，有时难于激励出所关心的整体模态，当试验结构的模态比较密集且阻尼又比较大时，难于激出结构的纯模态。
多点激励的优点是可以激发出试验结构的纯模态，对大型结构尤其有效。而且多点激振可以解决系统存在重根的问题，但是多点激励也存在不足，其缺点是需要采用几套激振器激励。模态试验中，各激振器的激励信号应互不相关，输入力的大小和相位要反复调试，比较费时，加上设备昂贵，目前，尚未普遍推广。
在进行模态试验时，试件采用单点激励还是多点激励方法取决于试件被整体激振的难度。如果单点激励就可以测得试件上任意点的响应，且响应幅度足够大，则采用单点激振即可，否则需要对试件进行多点激振。
本试验研究的是制动盘的模态参数，属于小件试件，总体比较容易被激振，这里采用单点激振。
6.2.2.结构安装方法
一种经常采用的自由状态。使试验对象不与地面相连接，自由地悬浮在空中。如放在很软的泡沫塑料上；或用很长的柔性绳索将结构吊起而在水平方向激振，可认为在水平方面处于自由状态。另一种是地面支承状态，结构上有一点或若干点与地面固结。
如果在我们所关心的实际情况支承条件下的模态，这时，可在实际支承条件下进行试验。但最好还是自由支承为佳。因为自由状态具有更多的自由度。
本试验采用自由支撑的方式固定试件。
6.3.试验方案与步骤
6.3.1.确定坐标系
制动盘坐标系以工作面为xy平面，圆心为原点（0,0,0），过圆心垂直于工作面方向为z 轴正方向，建立坐标系。
6.3.2.支撑方式
被测制动盘采用橡胶绳悬吊安装，使其处于自由状态下进行试验。具体悬挂位置应选在模态节点处，本次试验中将橡胶绳穿过制动盘中间的轴孔，将制动盘竖直悬挂。
图5自由支撑固定扭转减振器
说明：在水平和竖直的两种悬挂方式上的选择，考虑力锤敲击的便利，以及自由振动的频率问题，综合考虑下，选择了竖直放置。如果水平放置，将绳子从左右的两孔穿过，则束缚的刚度过大，不符合模态实验的先决自由状态的条件，会对实验结果造成一定的不良影响。并且很难达到真正水平放置。所以，采取竖直悬挂方法，并且未考虑水平放置。
6.3.3.测点和激振点布置
在制动盘外圈均匀布置4个加速度传感器，在内圈突出面上布置1个加速度传感器，使其能尽量表示制动盘形状并避开模态节点，同时应尽量减少加速度传感器数量，以避免加速度传感器质量对试验对象的影响。
输出测点的确定原则：
a.反映被测部件的基本外形和特征。
b.注意和关心的部位多布点，点要密些，其他部位少些。
c.注意规则部件要尽量左右对称。
d.测点选择尽量避开节点（在实际操作中难度较大）。
激振点位置选取在制动盘内圈突出面上。测点（红色）和激振点（蓝色）位置如下图。
图6图7
6.3.4.激振方式
采用单点激振多点拾振的方法。
6.3.5.连接仪器设备
将加速度传感器用502胶粘贴到定子外壳上。将力锤及其力传感器、加速度传感器、数据采集器等与电脑连接，搭建起模态测试系统。
6.3.6.参数设置与采样
1)建立几何模型
试验时，除激振点外，在制动盘上布置了5个点，对这些测点进行Z轴方向振动加速度的信号采集。启动LMS软件，选择模态分析按钮，进入模态分析界面。分别完成测点模型的建立，在LMS软件中，在之前建立的坐标系的基础上，输入测点的坐标即可。
图8LMS https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b Geometry创建几何模型
2)通道设置
在通道设置中设置传感器类型、传感器灵敏度、总测点数和原点导纳位置等，力锤激励点为参考信号点。
图9通道设置
3)锤击量程
用力锤击激振点测点，观察有无波形，如果有一个或两个通道无波形或波形不正常，就要检查仪器是否连接正确、导线是否接通、传感器、仪器的工作是否正常等等，直至示波波形正确为止。设置测试的量程范围，以保证更精确的测试结果。期间可进行多次锤击，尽量保持所施加力的大小基本一致，以保证系统确定一个合适的量程范围。
图10锤击量程设置
4)锤击设置
在采样参数设置中选定采样频率，使用适当的敲击力敲击各测点，调节放大器的放大倍数和INV 的程控倍数，直到力的波形和响应的波形即不过载也不过小。为采样程序参数设置表中输入各通道的工程单位和标定值。选定采样时自动增加测点号，准备采样。
下面一系列图就是进行锤击测试设置的步骤，即触发级、带宽、窗及锤击点选取等。
图11锤击设置——触发
图12锤击设置——带宽
图13锤击设置——加窗
图14锤击设置——驱动点5)采集数据
图15测量
各测点的传递函数试验数据处理与试验数据的采集同步进行，每采好一批信号，当场观察响应和激励之间的相干性，剔除相干函数不理想、锤击质量不佳的测试数据，以提高激励信号的信噪比。确保相干系数（除去节点或反节点外）在0.8以上，对符合要求的信号马上进行传递函数的处理，这样可以提高试验数据的准确率，避免数据不合要求后的重复试验。由上图可知，相干函数较理想，实验数据有效，可以进行后续的分析验证。
6.3.
7.试验数据处理和试验模态分析
1)数据显示
打开LMS TestLab 模态分析模块，可以查看采集到的数据结果。如下图为所得到的瀑布图，可以同时查看时域和频域内的实验结果。
图16瀑布图
2)模态分析
使用LMS PolyMAX进行模态定阶和拟合工作。根据有限元分析的结果，选择带宽700—2000Hz。
图17选择带宽
模态参数识别得到稳态图。在稳态图中，o表示机电不稳定；f表示频率稳定；v表示极点向量稳定；d表示阻尼和频率稳定；s表示三种参数都稳定。只有稳定地标注s的频率，才能确定是真实的稳定模态。稳态图清楚地反映了各阶模态，易于确定其模态位置。
图18稳态图分析所得的模态参数如下表所示：
制动盘各阶模态振型如下图所示：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
图19制动盘各阶模态振型
3)模态参数辨识的准确性分析
在数据的采集和分析过程中严格按照模态试验的有关规范进行操作，例如数据的加窗截断、平滑处理以及模态识别算法的选择等，保证了模态试验结果的准确度和可靠性。使用LMS Polymax方法进行模态提取，并根据获得的模态参数进行各测量点传递函数的拟合计算，得到模态综合模拟图，其结果与实际测量的结果相比较，相关性在85％之上，说明所提取的模态阶数较为完整，并具有较高的准确度。
图20制动盘模态综合模拟图
对各阶模态进行MAC（modal assurance criterion）计算，其各阶模态的相关度绝大多数都在35 ％之内，说明各阶模态具有较高的正交性，见下图。其中第一阶、第二阶模态MAC值较高，然而其振型并不相同，且在有限元分析结果中有相近的两阶模态，所以同时保留。
表6
图21
综上所述，此次扭转减振器的模态试验结果具有较高的准确度和精确度，满足工程实际应用的要求。
7.分析总结
经大量的信号数据采集，从信号的相干性及各振型连续性分析说明本次模态试验数据是可靠，效果良好，完整地反应了减振器的动态特性，可以为有限元分析计算模型的修改提供可靠试验依据。
将试验结果与有限元软件分析结果进行对比，频率对比结果如下表所示。可知，两种方法结果非常相近，误差最大只有5%左右。
1)制动盘材料为复合材料，在有限元软件中材料属性较为理想，而实际中会存在误差。
2)在实际试验中，环境中可能存在一些噪声，会对加速度传感器的精度产生影响，并且在
信号传输的过程中会产生误差，这两者最终都会造成结果误差。
3)试验和软件仿真的误差是不可避免的。但是，通过上述比较，两者误差很小，所以我们
可以结合两种方法分析制动盘的模态，两种方法都具有参考性。
白车身模态分析试验方法研究 毕业设计
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 绪论 (3) 2 试验模态分析 (5) 2.1模态试验理论 (5) 2.2试验测试系统组成 (6) 3 模态参数识别方法 (7) 3.1模态参数识别主要方法 (7) 3.2最小二乘复频域法 (9) 3.2.1最小二乘复频域法简介 (9) 3.2.2系统模型的确定 (9) 4 白车身模态试验 (10) 4.1白车身参数 (10) 4.2试验结构的支撑方式 (10) 4.3传感器的选择及布置原则 (12) 4.4激励系统 (13) 4.4.1激励方式 (13) 4.4.2振动激励源的选择和比较 (14) 4.4.3设备传感器 (15) 4.5试验测试系统检验 (16) 5 试验测试结果及分析 (21) 5.1稳态图 (21) 5.2模态频率与阻尼比 (23) 5.3模态振型 (24) 5.4模态试验的有效性 (26) 6 有限元分析结果与试验结果对比 (30) 结论 (33) 谢辞 (34) 参考文献 (35)
白车身模态试验方法研究 摘要：本文的目的在于研究模态分析参数识别不同方法之间的优缺点，重点是PolyMAX法和时域分析法之间的对比，以研究通过何种方法才能获得精 确地实验数据。为此本文分别采用多参考最小二乘复频域（PolyMAX） 法和时域分析法对结构模态参数进行识别，得到白车身各阶的模态图、 模态频率和振型并采用模态置信判据法(MAC)验证试验结果，比较二者 之间的优缺点，从而发现PolyMAX能提供比时域法法更多的稳定极点 并且有一个清晰地图标，确保一个用户独立和简洁明了的解释，大量简 化了鉴别过程。为进一步验证PolyMAX法的准确性，将PolyMAX分析 结果与有限元分析相对比，发现两者具有相当高的一致性。因此，本文 认为在白车身模态试验中PolyMAX法是最佳的试验模态分析方法。 关键词：白车身模态试验分析方法MIMO PolyMAX 1
模态分析实验报告
篇一：模态分析实验报告 模态分析实验报告 姓名：学号：任课教师：实验时间：指导老师：实验地点： 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 3164 灵敏度 2.25 mv/n 100 mv/g 备注比利时 丹麦 b&k 数据采集和分析系统 lms-scadas ⅲ 2302-10 力锤 加速度传感器 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2测点3测点4 图1-2 测试系统图
锤击法
锤击法施工设备 锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度或达到持力层。这是最常用的一种沉桩方法。 打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。 （1）桩锤 桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。 ①落锤落锤构造简单，使用方便，能随意调整落锤高度。轻型落锤一般均用卷扬机拉升施打。落锤生产效率低、桩身易损失。落锤重量一般为0.5~1.5t，重型锤可达数吨。 ②柴油锤柴油锤利用燃油爆炸的能量，推动活塞往复运动产生冲击进行锤击打桩。柴油锤结构简单、使用方便，不需从外部供应能源。但在过软的土中由于贯入度过大，燃油不易爆发，往往桩锤反跳不起来，会使工作循环中断。另一个缺点是会造成噪音和空气污染等公害，故在城市中施工受到一定限制。柴油锤冲击部分的重量有2.0t，2.5t，3.5t，4.5t，6.0t，7.2t等数种。每分钟锤击次数约40~80次。可以用于大型混凝土桩和钢管桩等。 ③蒸汽锤蒸汽锤利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤的冲击体只在上升时耗用动力，下降靠自重；双动式汽锤的冲击体升降均由蒸汽推动。蒸汽锤需要配备一套锅炉设备。 单动式汽锤的冲击力较大，可以打各种桩，常用锤重为3~10t。每分钟锤击数为25~30次。 双动式汽锤的外壳（即汽缸）是固定在桩头上的，而锤是在外壳内上下运动。因冲击频率高（100~200次/min），所以工作效率高。它适宜打各种桩，也可在水下打桩并用于拔桩。锤重一般为0.6~6t。 ④液压锤液压锤是一种新型打桩设备，它的冲击缸体通过液压油提升与降落。冲击缸体下部充满氮气，当冲击缸下落时，首先是冲击头对桩施加压力，接着是通过可压缩的氮气对桩施加压力，使冲击缸体对桩施加压力的过程延长，因此每一击能获得更大的贯入度。液压锤不排出任何废气，无噪音，冲击频率高，并适合水下打桩，是理想的冲击式打桩设备，但构造复杂，造价高。 用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格等参考表2-1进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。 表2-1锤重选择表
模态分析实验报告
模态分析实验报告 姓名： 学号： 任课教师： 实验时间： 指导老师： 实验地点：
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2302-10 3164 2.25 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
机械结构实验模态分析实验报告书
《机械结构实验模态分析》实验报告 开课实验室：汽车结构实验室 2019年月日 学院 姓名 成绩 课程 名称 机械结构实验模态分析 实验项目 名 称 机械结构实验模态分析 指导教师 教师评语 教师签名： 年 月 日 机械结构实验模态分析实验报告 一、实验目的和意义 模态分析技术是近年来在国内外得到迅速发展的一门新兴科学技术，广泛应用于航空、航天、机械制造、建筑、汽车等许多领域，在识别系统的动力学参数、动态优化设计、设备故障诊断等许多方面发挥了日益重要的作用。 本实验采用CCDS-1模态分析微机系统，对图1所示的框架结构进行分析。通过该实验达到如下目的： 212019 1817 16 1514 13121110 987 6 5 4 3 222120 20 202090 9090 90 90909090113 113 113 113 113 113 115 115 115 115 图1 框架结构图 详细了解CCDAS-1模态分析微机系统，并熟练掌握使用本系统的全过程，包括 了解测量点和激振点的选择。 了解模态分析实验采用的仪器，实验的连接、安装和调整。 1、 激励振时各测点力信号和响应信号的测量及利用这些测量信号求取传递函数，并分析影响传递 函数精度的因素。 2、 SSDAS-1系统由各测点识别出系统的模态参数的步骤。 3、 动画显示。 4、 灵敏度分析及含义。 通过CCDAS-1模态分析的全部过程及有关学习，能祥述实验模态的一般步骤。 通过实验和分析，大大提高综合分析能力和动手能力。
CCDAS-1系统模态分析的优缺点讨论并提出改进实验的意见。 二、测试及数据处理框图 加速度传感器 力传感器 脉冲锤 四个点由橡胶绳悬挂 1724 打印机 IBM PC 微型计算机 含AD板 CCMAS-1模态分析软件 双通道低 通滤波器 电荷放大器 电荷放大器 图2 测量及数据处理系统框图 三、实验模态分析的基本原理 对于一个机构系统，其动态特性可用系统的固有频率、阻尼和振型来描述，与模态质量和模态刚度一起通称为机械系统的模态参数。模态参数既可以用有限元的方法对结构进行简化得到，也可以通过激振实验对采集的振动数据进行处理识别得到。通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。只要保证测试仪器的精度、实验条件和数据分析处理的精度就能获得高质量的模态参数。 一个线性系统，若在某一点j 施加激振力j F ，系统各点的振动响应为i X 1,2,...,i n =，系统任意两点的传递函数ij h 之间的关系可用矩阵表示如下： 11112122122212()... 0()...()...()...0n n j n n n nn x h h h x h h h F x h h h ωωωω?????? ???????????? =??? ??????????????? ??????M M M O M (1-1) 可记为：{}{}[]X H F = []H 称为传递函数矩阵。其中的任意元素ij h 可以通过激振实验得到 () () i ij j X h F ωω= ()i X ω，()j F ω分别表示响应i X 与激振力j F 的傅立叶变换。 测量方法是给系统施加一有限带宽频率的激振力(冲击也是一有限带宽激振力)，同时测量系统的响应，将力和响应信号进行滤波，A/D 转换并离散采样，进行双通道FFT 变换，计算出激振力j F 与响应i X 之间的传递函数ij h 。 对测量的传递函数进行曲线拟和得到模态参数，一个多自由度系统曲线拟和传递函数的解析式为：* * 1 ()[]n ijk ijk ij k k k r r h S S P S P == - --∑ (1-3)
模态试验及分析的基本步骤
模态试验及分析的基本步骤 1.动态数据的采集及响应函数分析 首先应选取适当的激励方式。激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。然后进行数据采集。对于单输入单输出方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。 2.建立结构数学模型 根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。 3.参数识别 按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。 4.振型动画 参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。
机床实验模态分析综述
机床的模态分析方法综述 甄真 (北京信息科技大学机电工程学院，北京100192) 摘要：模态分析是研究机械结构动力特性的一种近代方法，是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机床在工作时,由于要承受各种变载荷而产生振动,其精度和寿命会受到影响。因此有必要对机床进行模态分析,了解其动态特性,以便进一步分析和改进。本文概述了模态分析的概念、研究意义及发展历史，介绍了机床模态分析的研究现状, 从理论方法与试验方法两方面指出了其关键技术以及研究发展方向。 关键词：模态分析；动态特性；机床；理论方法；实验方法 Summary of the model analysis method of machine tool ZHEN Zhen (Beijing Information Science & Technology University, Mechanical and Electrical Engineering College, Beijing, 100192) Abstract：Modal analysis is a modern method to study the dynamic characteristics of mechanical structure. It’s an important method in structure dynamic design and fault diagnosis of equipment.Its accuracy and lifetime will be affected due to withstand all kinds of variable load and vibration when the machine tool works.So it is necessary to make modal analysis and to understand the dynamic characteristics for machine tool in order to further analyze and improve. This paper summarizes the concept, significance and history of modal analysis and introduces the research status of model analysis of machine tool. It also points out the key technology and research direction in this field from two aspects of theoretical method and experimental method. Key words:model analysis; dynamic characteristics; machine tool; theoretical method; experimental method 0 引言 模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析是一种研究机械结构动力的方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析法搞清楚了结构物在某一个易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法[1]。 模态分析将构件的复杂振动分解为许多简单而独立的振动，并用一系列模态参数来表征的过程。根据线性叠加原理，一个构件的复杂振动是由无数阶模态叠加的结果。在这些模态中。模态分析最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。模态分析主要分为3类方法：一是，基于计算机仿真的有限元分析法；二是，基于输入(激励)输出(响应)模态试验的试验模态分析法；三是，基于仅有输出(响应)模态试验的运行模态分析法。有限元分析属结构动力学正问题，但受无法准确描述复杂边界条件、结构物理参数和部件连接状态等不确定性因素的限制难以达到很高的精度。第二、三类方法属结构动力学反问题，基于真实结构的模态试验。因而能得到更准确
制动盘模态试验分析
制动盘模态试验分析 作者：上海汇众汽车制造有限公司陈晓鹏 模态分析技术是用于对零部件或工程结构系统进行动力学分析的现代化方法和手段，借此可以解决很多工程实际问题。对零部件进行模态分析有利于优化运动机械的整体性能。以汽车制动盘为例，制动盘的模态决定着车辆在制动过程中的部分振动、噪声性能，并对制动盘的寿命、异常磨损等产生影响，测量并确定制动盘的模态频率与振型是研究并解决车辆制动引起振动与噪声的重要手段。 本文利用LMS公司有关模态测试软件对我公司某车型前制动盘进行比较完整的模态测量后，得出了制动盘的各种模态特性；并利用测试软件对测试方法进行了简短的分析，给出了在仅仅想得到零部件固有频率的试验要求下可以简化几何模型、减少测量次数，从而达到最快得到试件固有频率的目的。 制动盘模态特性及要求 作为高速旋转部件，制动盘具有中心对称特性。对于制动盘制动摩擦面，其振型主要是沿圆周均匀分布的变形（对于矩坐标系，相同θ角的各点位相相同，沿圆周呈波浪分布）及相同r（在矩坐标系中）具有相同形变（幅值与位相均相同）的变形。当与制动系统中其他部件组合后，如果某种激励正好位于某一固有频率下，模态被激发，处于共振情形中的这种自身变形会产生强烈的振动与噪音。前一种模态发生共振的可能性更大。通常，制动盘处于本文后面所提到的0/4模态占优势，在产品设计与开发阶段要特别注意此类模态的特性。 测量与分析 利用LMS TestLab 中的MODAL IMPACT模块可对制动盘进行模态测量。用弹性绳把制动盘悬挂起来，将由试件与软绳所组成的系统振动的固有频率控制在5Hz以下，就能完全满足测试要求。 制动盘具有中心对称轴，以中心轴为Z轴，建立柱坐标系。显然，制动盘除Z轴外的其他两方向的刚度比Z轴方向的刚度要大得多，在常规频段振动主要是沿着Z轴方向发生，因此只测定Z轴方向的加速度值即可。制动盘结构相对较小，质量不大，因此在粘贴传感器
悬臂梁地振动模态实验报告材料
实验 等截面悬臂梁模态测试实验 一、 实验目的 1. 熟悉模态分析原理； 2. 掌握悬臂梁的测试过程。 二、 实验原理 1. 模态分析基本原理 理论上，连续弹性体梁有无限多个自由度，因此需要无限多个连续模型才能描述，但是在实际操作中可以将连续弹性体梁分为n 个集中质量来研究。简化之后的模型中有n 个集中质量，一般就有n 个自由度，系统的运动方程是n 个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。这就是说梁可以用一种“模态模型”来描述其动态响应。 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。 多次锤击各点，通过仪器记录传感器与力锤的信号，计算得到第ｉ个激励点与定响应点（例如点2）之间的传递函数 ω ，从而得到频率响应函数矩阵中的一行 频响函数的任一行包含所有模态参数，而该行的r 阶模态的频响函数 的比值，即为r 阶模态的振型。 2. 激励方法 为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。传递函数分析实质上就是机械导纳，i 和j 两点之间的传递函数表示 [] ∑==N r iN r i r i r H H H 1 21 ... [] Nr r r N r r r r ir k c j m ???ωω? (2112) ∑ =++-=[]{}[] T r ir N r r iN i i Y H H H ??∑==1 21 ...
实验十 用锤击法测量简支梁的模态参数
实验十用锤击法测量简支梁的模态参数 一、实验目的 1、了解测力法实验模态分析原理。 2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。 二、实验系统框图 图1-2-19 测试系统框图 三、实验原理 目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。 1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。在测量频率响应函数时，可采用力锤和激振器两种激励方式。力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。 2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环境，测试成本低，方便和快速。测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。 3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT或者Order)、非稳态升/降速ODS。
制动盘模态试验分析
制动盘模态试验分析 陈晓鹏 上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心 上海 200122 〔摘要〕本文叙述了利用LMS TestLab模态测试软件测取某轿车制动盘的各种模态，并对其模态进行了简单的分析。探讨了利用更简单的几何模型及对部分测量点进行激励时对模态测量的影响，指出如果只要求测定固有频率而不关心具体的振型，可以采用简单的几何模型及进行部分点的测试。 关键词：制动盘 模态 试验 key words: brake disc, modal, test 1 前 言 汽车工业的发展对零部件的开发也提出了越来越高的要求。制动盘的模态决定着车辆在制动过程中的部分振动、噪声性能，并对制动盘的寿命、异常磨损等产生影响。 模态分析技术是用于对零部件或工程结构系统进行动力学分析的现代化方法和手段，借此可以解决很多工程实际问题。测量并确定制动盘的模态频率与振型是研究并解决车辆制动引起振动与噪声的重要手段。 本文利用LMS公司有关模态测试软件对某车型的前制动盘进行比较完整的模态测量后，得出了制动盘的各种模态特性；并利用测试软件对测试方法进行了简短的分析，给出了在仅仅想得到零部件的固有频率的试验要求下可以简化几何模型、减少测量次数，从而达到最快得到试件的固有频率的目的。 2 制动盘模态特性及要求 作为高速旋转部件，制动盘具有中心对称特性。对于制动盘制动摩擦面，其振型主要是沿圆周均匀分布的变形（对于矩坐标系，相同θ角的各点位相相同，沿圆周呈波浪分布）及相同 r（在矩坐标系中）具有相同形变（幅值与位相均相同）的变形。当与制动系统中其它部件组合后，如果某种激励正好位于某一固有频率下，模态被激发，处于共振情形中的这种自身变形会产生强烈的振动与噪音。前一种模态发生共振的可能性更大。通常，制动盘处于本文后面所提到的0/4模态占优势，在产品设计与开发阶段要特别注意此类模态的特性。
随机振动试验报告
随机振动试验报告 高等桥梁结构试验报告 讲课老师: 张启伟(教授) 姓名: 史先飞 学号: 1232627 试验报告 1 试验目的 1.过试验进一步加深对结构模态分析理论知识的理解; 2.熟悉随机振动试验常用仪器的性能与操作方法; 3.复习和巩固随机振动数据测量和分析中有关基本概念; 4.掌握通过多点激振、单点拾振的方法，利用DASP2005软件进行模态分析的基本操作步骤。
2 试验仪器和设备 1. ZJY-601振动与控制教学实验仪系统(ZJY-601A型振动教学实验仪、激励锤、YJ9-A型压电型加速度传感器等)。 2. DASP 16通道接口箱。 3. 装有“DASP2005智能数据采集和信号分析系统”软件的PC机。 4. 有关设备之间的联接电缆。 3 试验原理 3.1模态叠加原理 N自由度线性振动系统的运动微分方程是一组耦合的方程组: 引入模态矩阵Φ和模态坐标(广义坐标或主坐标)q，使X= Φq。 如果阻尼矩阵能对角化，方程组即可解耦: 解耦后的第i个方程为: 可见，采用固有振型描述振动的模态坐标后，N自由度线性振动系统的振动响应可以表示为N阶模态响应的叠加。 3.2实模态理论 实模态理论建立在无阻尼的假设基础上。在实模态理论中，模态频率就是系统的无阻 ,尼模态固有频率错误～未找到引用源。;而固有振型矩阵中的各元素都是实数，它们之间i 的相位差是0?或180?。 系统在P点激励，l点测量的频响函数为:
K,,式中，称为频率比，，为模态固有频率。当，则: ,,,,,/,,,iiiiiMi 取频响函数矩阵的一列或一行，如第P列，就可确定振动系统的全部动力特性(模态参数)。 3.3伪实模态理论 某些有阻尼振动系统有时会出现与实模态一样的实数振型，而非复数振型，但其模态 2,,,,,1固有频率为，具有这种性质的振动系统的模态称为伪实模态。伪实模态理diii 论仅适应于阻尼矩阵可解耦，即可采用固有振型矩阵正交化模态称为伪实模态。在伪实模态下，各测点的相位差都是0?或180?。 伪实模态理论仅适应于阻尼矩阵可解耦，即可采用固有振型矩阵正交化的情况。一般情况下，阻尼矩阵对角化的充要条件为: 上式也是有阻尼振动系统方程解耦的充要条件。 总之，H(ω)建立了模态参数与频响函数的关系。因此，利用实验测出的H(ω) 值，即可计算出系统的模态参数。根据频响函数的互易定理及模态理论，只需 H(ω)矩阵的一列(或一行)即可求出全部模态参数。
盘式制动器的发展与现状
工学院毕业设计（论文综述） 题目：普通轿车前轮盘式制动器的设计 专业：车辆工程 班级： 07车辆（4）班 姓名：徐玉林 学号： 21 指导教师：李同杰 日期： 2010年12月 盘式制动器的现状与发展趋势 车辆工程07级(4)班 学号：21 姓名：徐玉林 指导教师：李同杰 摘要：现今盘式制动器在汽车上的应用越来越普遍，其优越性也越来越明显。本文 主要介绍了盘式制动器的发展历程和现状以及其发展趋势，并对国外先进的制动器 制造和应用技术进行大体的介绍，同时针对我国汽车工业的发展提出了建议和展 望。 关键词：现状发展趋势 Pro/E 盘式制动器 一、盘式制动器介绍 盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，点击放大图片主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。
盘式制动器由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动，制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。很多轿车采用的盘式制动器有平面式制动盘、打孔式制动盘以及划线式制动盘，其中划线式制动盘的制动效果和通风散热能力均比较好。盘式制动器沿制动盘向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小，制动性能稳定。[1] 结构型式主要有点盘式和全盘式。点盘式：由于摩擦面仅占制动盘的一小部分，故称点盘式。有固定卡钳式和浮动卡钳式两种。为了不使制动轴受到径向力和弯矩，点盘式制动缸应成对布置。制动转矩较大时，可采用多对制动缸。必要时可在中间开通风沟，以降低摩擦副温升，还应采取隔热散热措施，以防止液压油温高变质。全盘式:这种制动器结构紧凑，摩擦面积大。 现代轿车的制动器的鼓式和盘式两大类型，它们各有千秋，但随着轿车车速的不断提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此，散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。当然，盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓式制动器成本相对低廉，比较经济。所以，汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在汽车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。[2] 一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳
https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b操作指导书-锤击测试Impact-Testing
https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b操作指导书-锤击测试Impact-Testing
https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b操作指南——锤击测试Impacting Testing
2016年1月
序言 这个部分介绍https://www.360docs.net/doc/b110114319.html,b的锤击法测试Impact Testing模块的常用操作，工作界面的详细内容及略掉部分参见《LMS Test Lab帮助中译文_锤击测试Impact Testing》，主要针对目前能够进行且经常进行的实验。因作者水平有限，讹误在所难免。
目录 序言 (1) 目录 (2) 1.锤击测试Impact Testing概述 (1) 1.1 工作界面 (1) 1.2 模块功能 (1) 1.3 锤击测试流程 (2) 1.3.1 测试准备 (2) 1.3.2 软件打开方法 (2) 1.3.2 软件流程 (3) 1.4 常见问题 (4) 1.4.1 电脑与数采的网络连接 (4) 1.4.2 软件无法启动 (4) 2 文档Documentation与数据Navigator (6) 2.1 文档 (6) 2.1.1 工作界面 (6) 2.1.2 常用操作 (7) 2.2 数据 (8) 3.通道设置Channel Setup (9) 3.1 工作界面 (9) 3.2 常用操作 (10)
3.2.1 设置通道属性可见性 (10) 3.2.2 力锤通道设置 (11) 3.2.3 加速度传感器通道设置 (12) 3.2.4 加载与保存通道设置 (14) 3.3 术语简介 (15) 3.3.1 通道类型 (15) 3.3.2 输入通道Input Channels.. 16 4.校准Calibration (19) 4.1 工作界面 (19) 4.2 常用操作 (19) 4.2.1 加速度传感器校准 (19) 4.3 术语简介 (21) 5.锤击示波Impact Scope (22) 5.1 工作界面 (22) 5.2 常用操作 (23) 5.2.1 采样参数 (23) 5.2.2 量程设定 (23) 5.2.3 示波设置与观察 (24) 5.2.4 触发设置 (25) 5.2.5 其它 (25) 5.3 术语简介....... 错误!未定义书签。 6.锤击设置Impact Setup (26)
模态分析在工程中的应用概述
模态分析在工程中的应用概述 学号：XXXXXX 姓名：XXX 模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析（FEA）；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为实验模态分析（EMA）。通常，模态分析都是指实验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一个易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析所寻求的最终目标在于改变机械结构系统由经验与类比和静态设计为动态、优化设计方法；在于借助试验与理论分析相结合的方法，对已有结构系统进行识别、分析和评价，从中找出结构系统在动态性能上所存在的问题，确保工程结构能安全可靠及有效地工作；在于根据现场测试的数据来这段及预报振动故障和进行噪声控制。通过这些方法为老产品的改进和新产品的设计提供可靠的依据。[1] 模态分析是一项综合性技术，可以应用于各个工程部门及各种工程结构。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息万变。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与响应并进行双通道快速Fourier 变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对实验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物体的模态参数，从而建立起结构物体的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物体的实际振动的响应历程或响应谱。[2] 模态分析技术的应用可以归纳为以下几个方面：评价现有结构系统的动态特性，在新产品设计中进行结构动态特性的预估及优化设计，诊断及预报机构系统的故障，控制结构的辐射噪声，识别结构系统的载荷。[1] 下面对近几年国内模态分析在工程中各个方面的应用分别进行概述。 1.评价现有结构系统的动态特性 在处理结构的振动问题时，必须对其动态特性有全面的了解，而其动态特性
盘式制动器仿真分析
《制动器的动力学仿真》 专业：机械设计制造 学号： 姓名： 2015年1月12日
目录 第一章、概述 (1) 1.1 制动器的分类 (1) 1.2 国内外针对盘式制动器的研究 (2) 1.2.1 国外研究现状 (2) 1.2.2 国内研究现状 (2) 第二章基于ADAMS 建模的理论基础 (3) 2.1 系统动力学 (3) 第三章动力学仿真 (3) 3.1 刚柔体混合动力学模型 (3) 3.2 改变弹簧弹性系数的仿真分析 (6) 3.3 结果分析 (9)
第一章、概述 1.1 制动器的分类 制动器即为刹车，通常称之为刹车、闸，它能使机械系统中的执行构件运动运动或减速慢行。其重要装置主要有传动装置、制动构件和操纵装置以及动力能源装置等。并且某些制动器存在有自隙调整机构。制动器可分为行车制动器和驻车制动器，即分别为脚刹和手刹，其中脚刹一般都用于行车过程中，但如果制动失效时，我们需要使用手刹。但车在停稳时，需使用手刹的方式以防止车向前滑行或者向后滑动。 制动器的分类方法还有很多： 例如制动器按接触方式能够被分成非摩擦式与摩擦式这两大类。其中，前者按结构形式分类，主要可以分成磁涡流式制动器（利用励磁电流的改变来使制动力矩大小得以改变）、磁粉式制动器（磁化磁粉产生的剪力进行制动）与水涡流式制动器等[3]；还能够根据制动件的结构的组成形式进行分类，又能够把它分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器（碟刹）等；按制动件的工作状态一般可以分为常处于闭合制动器（只有施加外力才能把使制动不工作，正常为紧闸状态）和常处于张开状态的制动器（只有在受到外力时才可会正常工作即具有制动作用，正常为松闸状态）；按操纵的形式进行分类时，又可以分为人力、液压、气压和电磁力操纵的制动器；按制动系统的作用进行分类，又可以把它分为驻车与行车这两种类型的制动系统以及应急、辅助类型的制动系统等。而当前各辆的汽车上都一定备置脚刹同手刹；按制动操纵的能源装置进行分类，可以把它分为人力、动力和伺服类型等；按制动能量的传输方式分类，可以分为机械式、液压式、气压式、电磁式及组合式（同时含量中已上两种供能方式）等。
盘式制动器模态分析与阻尼测试
第57卷 第3期Vol. 57 No. 3 2019年3月 March 2019农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.03.014 盘式制动器模态分析与阻尼测试 张雪刚,曾康 （200093 上海市 上海理工大学 机械工程学院） [摘要] 基于有限元理论和试验模态方法，对盘式制动器进行模态分析。通过CATIA软件建立制动盘的三 维几何模型，之后导入到有限元软件ABAQUS中进行模态分析，得到制动盘的固有频率和模态振型。利 用DASP和RTE两种设备对制动盘进行模态试验，得到制动盘的固有频率，并与有限元仿真的结果做对比。 结果表明，利用3种方法测得的固有频率相差很小，误差在允许范围内，试验结果和仿真结果可以接受。 最后，利用DASP和RTE两种设备测量制动盘的阻尼并做对比，所得的研究成果为进一步提高盘式制动 器制动性能提供了可靠试验依据。 [关键词] 盘式制动器；模态分析；固有频率；阻尼；ABAQUS；DASP；RTE [中图分类号] U463.51 [文献标识码] A [文章编号] 1673-3142(2019)03-0062-05 Modal Analysis and Damping Test of Disc Brake Zhang Xuegang, Zeng Kang (School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China) [Abstract] Based on finite element theory and experimental modal method, modal analysis of disc brakes is carried out. The 3D geometric model of the brake disc is established by CATIA software. Then, import the model into the finite element software ABAQUS for the modal analysis to obtain the natural frequency and mode shape of the brake disc. At the same time, the modal test of the brake disc is carried out by using two kinds of equipment, DASP and RTE. The natural frequency of the brake disc is obtained and compared with the result of the finite element simulation. The results show that the difference between the natural frequencies measured by the three methods is very small, the error is within the allowable range, and the experimental results and the simulation results can be accepted. After that, the damping of the brake disc is measured by using two kinds of DASP and RTE equipment, and the results obtained provide a reliable experimental basis for further improving the brake performance of disc brake. [Key words] brake disc; modal analysis; natural frequency; damping; ABAQUS; DASP; RTE 0 引言 盘式制动器具有结构简单、体积小、制动力矩大、操作维护方便等特点，是目前常用的一种安全制动装置，被广泛应用于车辆、矿井提升机、带式输送机等各个领域。制动盘在制动过程中产生制动噪声，制动噪声的频率范围较宽，通常可以分为1 kHz以内的低频噪声和1 kHz以上的高频噪声。低频噪声主要包括groan和judder，高频噪声主要包括squeal，而实际中发生较多的噪声问题是频率在1 kHz以上的高频制动尖叫声[1~2]。制动噪声长期以来一直困扰着汽车制造商，消除和限制制动噪声是一个迫切需要解决的课题。 制动噪声发生机理和影响因素比较复杂，20世纪80年代中期以来，许多学者从制动器结构设计角度研究制动尖叫的发生机理。文献[3-4]借助于有限元和模态综合技术，建立了盘式制动器制动尖叫的摩擦耦合模型，文献[4]的试验表明，制动尖叫的频率主要集中在1~10 kHz之间。文献[5]针对制动噪声，进行了盘式制动器零部件实模态分析，认为制动器各零部件动力学参数匹配不当是引起制动尖叫的主要因素，并通过建立制动器的动力学模型，从理论上对制动尖叫进行定性定量的分析。本文基于有限元理论和试验模态方法，对制动系统中的关键部件制动盘进行模态分析，以了解制动噪声的动态特性，为制动盘设计和结构优化提供一些有意义的依据。 1 模态分析基本理论 模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型，通 收稿日期: 2018-03-08 修回日期: 2018-03-16