模态分析漫谈(2)

在很多数据采集系统还同时提供力窗。这个主要是用来提高脉冲力信号的信噪比。 模态分析漫谈之一——什么是模态分析

模态分析是一个很抽象的概念，很难用比较简明的语言做出详尽的解释。

一般而言，模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，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，则称为计算模记分析；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，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。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。

模态分析的应用（摘自付志方《模态分析与应用》上海交通大学出版社）

模态分析作为一门新的学科得到迅速发展，关键在于其实用性，在于它解决实际工程中振动问题的能力。 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、类比和静态设计方法微动态、优化设计方法；在于借助于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存在的问题，确保工程结构能安全可靠及有效的工作；在于根据现场测试的数据来诊断及预报诊断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指导。 模态分析技术的应用可归结为一下几个方面： 1. 评价现有结构系统的动态特性；

2. 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3. 诊断及预报结构系统的故障； 4. 控制结构的辐射噪声； 5. 识别结构系统的载荷。

模态分析漫谈之五——振型与结构设计

问题：演示一个结构的振型给别人看，但他们却问结构设计是否合理。该怎么回答呢？

如果每一次听到这个问题我能得到1元钱，那我将已经很富有了。最基本的回答就是你没有足够的信息去回答这个问题。问这个问题的人并不清楚自己在问什么。你只能用十分外交的语言告诉他们这是一个十分愚蠢的问题。

他们问这个问题的一个可能的原因就是因为你演示了振型的动画给他们看而他们以为这就是结构的真实振动。有时有人甚至会说，好，让我们加大振幅看结构会不会断裂。这是多么荒唐。 一般结构的运动可以用下式描述：

在求解结构特征方程时，我们是假设没有力作用的，也就是方程右边的力是等于零的。而真实结构的振动是取决于施加于其上的作用力。

模态分析漫谈之四——脉冲锤锤头材料选择

问题：锤击法模态实验时，是不是要选最硬的锤头以使得力信号具有较大频率范围内的平滑曲线？ 答：并不总是这样。

我们首先看一个用软锤头测试的结果，发现在频率后半段力的频谱曲线已经大幅下滑，此时显然已经不满足要求，所以太软的锤头材料不合适。

软的不行，那我们再来看看硬锤头材料的测试结果。从下图可以看出，在整个频率范围内力信号非常好几乎就是一条平直线。但我们必须注意到，此时的相干性不好，这样的FRF也不是最理想的。造成这种现象的原因是因为硬锤头激起了很多的高频振动从而造成的。

最后再来看看用合适锤头材料的测试结果。力信号频谱曲线有一定程度的下降，但在整个频段上相干性非常好，这才是最好的FRF测试结果。

还有一个需要注意的问题。如下图所失，如果我们感兴趣的频率范围是128Hz以内，但是我们测试时脉冲锤会同时激起高频的振动，有时这些高频的振动还很大，所以在设置量程的时候需要注意，一不小心就会超出量程。

图片:outside band.JPG

模态测试的一个典型应用

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