实验十 用锤击法测量简支梁的模态参数.docxVIP

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、实验系统框图实验系统框图见图1-2-19三、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。根据结构的阻尼特性及模态参数特征，模态分析可分为实模态分析和复模态分析。1、实模态分析对于无阻尼系统和比例阻尼(粘性比例阻尼和结构比例阻尼)系统，由于表示系统的模态参数是实数矢量，故称为实模态系统，相应的模态分析过程称为实模态分析。由振动理论可知，一个自由度的线性系统，有个无阻尼固有频率（1,2,…）,和相应的个模态振型。（1,2,…）在比例粘性阻尼情况下，模态振型对质量矩阵[]、刚度矩阵[]和阻尼矩阵[]均满足下面形式的加权正交关系：其中，阻尼矩阵（为常数），、和分别称为模态质量、模态刚度和模态阻尼系数。有时用模态衰减系数或模态阻尼比表征系统的阻尼特性，且有系统的无阻尼固有频率与有阻尼模态频率之间的关系为通常称、、、、（或、）为系统的模态参数。一个自由度系统，有个模态，那么它有组模态参数。在上述分析中，这些模态参数都是实数。当系统的阻尼为比例粘性阻尼时，对个自由度系统，其频率响应函数为一矩阵，即 (1-2-1)当在p点激励在点响应时，点与p点之间的频率响应函数为(1-2-2)由上式（1-2-2）可知，系统的任一频率响应函数均可表示为其各阶频响函数的线性和，当模态之间的相互耦合作用可忽略不计，且当时，有(1-2-3)若取频响函数矩阵的第列，当时，(1-2-4)式（1-2-4）是由个线性方程组成，只要在某一个处利用个值就可计算出该阶模态参数，利用全部值就可计算出各阶模态参数。2、复模态分析对于具有一般粘性阻尼和一般结构阻尼振动系统，由于表示系统的模态参数是复数矢量，故称该系统为复模态系统，有关的模态分析称为复模态分析。当系统阻尼为一般粘性阻尼时，对N个自由度系统，当在p点激励在点响应时其传递函数为：(1-2-5)为系统的极点（为其共轭复数），，分别为相应于极点、的留数。当模态耦合可以忽略时，在附近（）(1-2-6)是留数矩阵[]中的第行第p列元素，只要识别出留数矩阵[]的一列（或一行）就可以得到各阶复模态向量。总之，根据传递函数阵中的任一元素确定极点（）。根据的一列（或一行）确定在极点的留数矩阵[]的一列（或一行）就可以确定各复模态参数。模态分析方法和测试包括下面几个方面：1、建模。建模包括：建立几何模型，定义自由度和确定测量方向。在建立几何模型时，要根据测量内容和要求对结构进行网格划分，并输入每个测点的几何坐标值。2、频率响应函数测量。1）激励方式的确定。是采用力锤激励还是采用激振器激励。若采用力锤激励，则常采用测量点固定、多点轮流激励的方法，这样得到的是频响函数矩阵中的一行，此法常用于轻薄型小阻尼结构频率响应函数测量；若采用激振器激励，则常采用激励点固定、多点轮流测量响应的方法，这样得到的是频响函数矩阵中的一列，此法常用于笨重、大型及阻尼较大的结构；当结构过于巨大和笨重时，采用单点激振不能提供足够的能量，把感兴趣的模态激励出来，或者在结构同一频率处可能