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 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 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 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。