《工程测试与信号处理》课程教学课件（讲稿）第十章 实验模态分析

工程测试与信号处理实验模态分析

工程测试与信号处理 实验模态分析

1.绪论实验模态分析是以振动理论为基础，综合动态测试技术、数字信号处理和参数识别等手段，以模态参数为目标的试验，属于振动试验的一个重要分支。模态分析试验在结构性能评价、结构动态修改和动态设计、故障诊断和状态监测以及噪声控制分析等方面有重要应用，尤其是对基于有限元的结构动态设计和动态修改具有重要意义。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；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。通常，模态分析都是指实验模态分析

•  实验模态分析是以振动理论为基础，综合动态测试技术、数 字信号处理和参数识别等手段，以模态参数为目标的试验， 属于振动试验的一个重要分支。模态分析试验在结构性能评 价、结构动态修改和动态设计、故障诊断和状态监测以及噪 声控制分析等方面有重要应用，尤其是对基于有限元的结构 动态设计和动态修改具有重要意义。 •  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；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。通常，模态 分析都是指实验模态分析。 1.绪论

4模态分析试验是已知激励和响应，求系统的模态参数。进行模态分析试验时，必须先用激励装置给被测结构施加一个振动力，由传感器测量输入到结构的激振力；响应传感器测量被测结构的振动响应：分析系统将这些输入和输出信号进行离散化等一系列计算，并估计出模态参数。模态参数主要是指模态频率、阻尼和振型。●模态分析试验的设备由电荷放大器以下三大部分组成：（1）激振装置：通常有激c/2c/2k/2k/22n工振器和冲击锤AD卡打印机力锂k/2k/2c/2c/2（2）拾振装置：包括力传m加速度计感器、响应传感器、适调c/2c/2k/2k/27放大器电荷放大器三层楼房模型（3）数据采集与分析系统

l模态分析试验是已知激励和响应，求系统的模态参数。进行 模态分析试验时，必须先用激励装置给被测结构施加一个振 动力，由传感器测量输入到结构的激振力；响应传感器测量 被测结构的振动响应；分析系统将这些输入和输出信号进行 离散化等一系列计算，并估计出模态参数。模态参数主要是 指模态频率、阻尼和振型。 l模态分析试验的设备由 以下三大部分组成： （1）激振装置；通常有激 振器和冲击锤 （2）拾振装置；包括力传 感器、响应传感器、适调 放大器 （3）数据采集与分析系统

实验模态分析可分为两种不同的实验方法：正则振型实验法（NMT）一此法用多个激振器对结构同时进行正弦激励，当激振力量被调到正比于某一振型时，就可激励出某一纯模态振型，并直接测出相应的模态参数，不必再进行计算。该法的优点在于所得的结果精度高：但它需要高精度的庞大测试仪器和熟练的实验技能，费时长，成本高。频响函数法(FRF)一此法可只在结构的某一选定点处进行激励，同时在多个选定点依次测量其响应。将激励和响应的时域信号，经FFT分析仪转换成频域的频谱。因频响函数是响应与激励谱的复数比，对已建立的频响函数数学模型进行曲线拟合，就可从频响函数求出系统的模态参数。该法的优点在于可同时激励出全部模态，测试的时间短，所用仪器设备较简单，实验方便，在产业和科研部门得到了一泛的应用

l 实验模态分析可分为两种不同的实验方法： 正则振型实验法(NMT )－ 此法用多个激振器对结构同时 进行正弦激励，当激振力矢量被调到正比于某一振型时， 就可激励出某一纯模态振型，并直接测出相应的模态参 数，不必再进行计算。该法的优点在于所得的结果精度高; 但它需要高精度的庞大测试仪器和熟练的实验技能，费时 长，成本高。 频响函数法(FRF)－ 此法可只在结构的某一选定点处进行 激励，同时在多个选定点依次测量其响应。将激励和响应 的时域信号，经FFT分析仪转换成频域的频谱。因频响函 数是响应与激励谱的复数比，对已建立的频响函数数学模 型进行曲线拟合，就可从频响函数求出系统的模态参数。 该法的优点在于可同时激励出全部模态，测试的时间短， 所用仪器设备较简单，实验方便，在产业和科研部门得到 了一泛的应用

Superposition:.(t)f(t)模态分析理论的基本假设m+t)X;+X2线性假设Homogenety时不变假设H可观测性假设·系统满足：线性叠加性Reciprocity一致性IHI互易性87081E

l模态分析理论的基本假 设 •  线性假设 •  时不变假设 •  可观测性假设 •系统满足： •  线性叠加性 •  一致性 •  互易性

duceFrequencyModatanalysisanalysisTimFrequencyNoa/sicaldomalVX(w)XU自00a.(a)qitty11IoitmeWve9.20qa(t)O(w)nitmh20.at)Q(a)Unit mag山2O.(w)Unit mavg

MODE3MODE从MMODE4MODE2IMASSOWRMCDAANA.VSSndCONTRO.SIAHORATNRT-PeteAuSoJeonFhSoPSgmh

人价MOU#14EUMASeLOWEiL-MODALANLYSadCONrROISABORArOEY-PeterAvtabieaxdFbioPiergenin

UINASSLGWEZZ-kODASANAZYSBRdCOuTRZSZABORATCRY-PeerAvilaileaRdFuioPiergeRl.&价7MOCE#2K

人人MODE#3DNASSZGWEZE-kODAiANAZYSBuRdCOTRZSZABORATCRY-PeerAvilileaRdFaioZierenL.&