模態(tài)試驗(yàn)及分析的基本步驟

1、模態(tài)試驗(yàn)及分析的基本步驟1.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集及響應(yīng)函數(shù)分析首先應(yīng)選取適當(dāng)?shù)募?lì)方式。激勵(lì)方式可以是正弦、隨機(jī)或瞬態(tài)中的任何一種。激勵(lì)方式不同，相應(yīng)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法也不同。目前主要有單輸入單輸出、單輸入多輸出和多輸入多輸出三種方法。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。對(duì)于單輸入單輸出方法要求同時(shí)高速采集輸入與輸出兩個(gè)點(diǎn)的信號(hào)，用不斷移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的辦法取得振型數(shù)據(jù);單輸入多輸出及多輸入多輸出的方法要求大量通道數(shù)據(jù)的高速采集，因此要求大量的振動(dòng)測(cè)量傳感器或激振器，試驗(yàn)成本極高。在采集信號(hào)數(shù)據(jù)以后，還要在時(shí)域或頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，例如譜分析、傳遞函數(shù)估計(jì)、脈沖響應(yīng)測(cè)量以及濾波、相關(guān)分析等。2.建立結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)

2、模型根據(jù)己知條件，建立一種描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)及特性的模型，作為計(jì)算及參數(shù)識(shí)別的依據(jù)，目前一般假定系統(tǒng)為線性的。由于采用的識(shí)別方法不同，數(shù)學(xué)建?？煞譃轭l域建模和時(shí)域建模。根據(jù)阻尼特性及頻率藕合程度又可分為實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)等。3.參數(shù)識(shí)別按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混合域法。激勵(lì)方式不同，相應(yīng)的識(shí)別參數(shù)方法也不盡相同。并非越復(fù)雜的方法識(shí)別的結(jié)果越可靠。對(duì)于目前能夠進(jìn)行的大多數(shù)不是十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只要取得了可靠的頻響數(shù)據(jù)，用簡(jiǎn)單的識(shí)別方法也可能獲得良好的模態(tài)參數(shù);反之，即使用最復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、最高級(jí)的擬合方法，如果頻響測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠，識(shí)別的結(jié)果也不會(huì)理想。4.振型動(dòng)畫參數(shù)識(shí)別的結(jié)果得到了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參

3、數(shù)模型，即一組固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應(yīng)各階模態(tài)的振型。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多自由度組成的振型的數(shù)組難以引起對(duì)振動(dòng)直觀的想象，所以必須采用振型動(dòng)畫的辦法，將放大的振型疊加到原始的幾何形狀上。車身部件的模態(tài)試驗(yàn)1.測(cè)點(diǎn)選擇和傳感器布置為提高模態(tài)參數(shù)的識(shí)別精度，必須合理布置激勵(lì)點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)的位置，最大限度地減少模態(tài)丟失。激勵(lì)點(diǎn)的選擇方法是選擇幾個(gè)不同的點(diǎn)分別激勵(lì)，測(cè)得幾個(gè)頻響函數(shù)，比較這些頻率響應(yīng)函數(shù)，選擇函數(shù)曲線清晰、光滑，在感興趣的頻率范圍內(nèi)相干函數(shù)均達(dá)到0. 9以上的點(diǎn)作為激勵(lì)點(diǎn)。對(duì)于單點(diǎn)激勵(lì)的情況，應(yīng)該確保激勵(lì)信號(hào)能向車身部件的三個(gè)方向有效傳遞。為了盡可能準(zhǔn)確的求解車身部件的動(dòng)態(tài)特性，所有

4、外力作用點(diǎn)，部件和結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)，重要的響應(yīng)點(diǎn)和質(zhì)量集中點(diǎn)均應(yīng)作為測(cè)點(diǎn)，某些測(cè)點(diǎn)的三個(gè)方向都應(yīng)作為測(cè)量點(diǎn)，對(duì)于剛度較弱，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射噪聲的部位測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)適當(dāng)密集。測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)該能夠明確顯示研究頻率范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)模態(tài)振型，保證研究的關(guān)鍵點(diǎn)在測(cè)點(diǎn)范圍內(nèi)。由于模態(tài)試驗(yàn)的特殊要求，選擇加速度傳感器時(shí)有遵循以下原則:傳感器的動(dòng)態(tài)范圍寬、工作頻段寬、低頻性能好、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度好、線性度好、體積小、質(zhì)量小。傳感器的選擇和傳感器的安裝對(duì)測(cè)量結(jié)果都具有很重要的影響，安裝傳感器時(shí)應(yīng)確保在具有足夠剛性且不增加結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，測(cè)量規(guī)定方向的真實(shí)振動(dòng)信號(hào)。本試驗(yàn)采用的是帶永久磁鐵基座的壓電式加速度傳感器。2

5、.確定激勵(lì)方式模態(tài)試驗(yàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)有以下要求:包含足夠的激勵(lì)成分;有足夠的幅值水平;在結(jié)構(gòu)存在微小非線性因素時(shí)，具有一定的抗干擾能力。常用的激勵(lì)信號(hào)是正弦激勵(lì)信號(hào)(掃頻和步進(jìn))、隨機(jī)激勵(lì)信號(hào)(寬帶、周期和瞬態(tài))與脈沖信號(hào)。脈沖激勵(lì)是一種寬頻帶激勵(lì)，其力信號(hào)的頻譜較寬，一次激勵(lì)可以同時(shí)激出多階模態(tài)，而且試驗(yàn)時(shí)不會(huì)對(duì)試件產(chǎn)生附加質(zhì)量、附加剛度等副作用，同時(shí)所需測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，靈活性較大，特別適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，因此本次模態(tài)試驗(yàn)的激勵(lì)方式采用錘擊法(脈沖激勵(lì)法)。激勵(lì)點(diǎn)的選擇主要考慮:首先，激勵(lì)點(diǎn)的位置應(yīng)避開系統(tǒng)任一階振型的節(jié)點(diǎn)，以保證采集的測(cè)點(diǎn)信號(hào)有較高的信噪比，避免模態(tài)遺漏;其次，激勵(lì)點(diǎn)應(yīng)選擇在便于激勵(lì)

6、能量傳遞的位置，一般該位置的剛度應(yīng)盡量大。響應(yīng)點(diǎn)(或測(cè)點(diǎn))的選擇主要考慮:基本反應(yīng)車身結(jié)構(gòu)輪廓;避開各階振型的節(jié)點(diǎn);能明確顯示模態(tài)振型的特征;對(duì)于模態(tài)可能較多的局部區(qū)域可增加測(cè)點(diǎn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，由于車身部件模型飯金沖壓件，各飯件之間通過(guò)翻邊或點(diǎn)焊聯(lián)結(jié)。倘若采用多點(diǎn)激勵(lì)、單點(diǎn)拾振(移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)、固定響應(yīng)點(diǎn))的測(cè)試方法，雖然便于試驗(yàn)的進(jìn)行，但是當(dāng)敲擊車身部件中部時(shí)，由于在此處剛度較弱，很容易導(dǎo)致激勵(lì)信號(hào)失真，從而增加了敲擊的難度。因此，試驗(yàn)過(guò)程中采用了單點(diǎn)激勵(lì)、多點(diǎn)拾振的方法。應(yīng)該指出，根據(jù)動(dòng)力互易定理，單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)拾振和多點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)拾振所得到的結(jié)果相同。3.支承方式被測(cè)車身部件實(shí)際工作過(guò)程總是處于

7、一定的約束狀態(tài)中，理論上試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該重現(xiàn)這種實(shí)際的約束狀態(tài)，但這種要求在實(shí)際操作上很難達(dá)到，因此試驗(yàn)過(guò)程中總是考慮替代的支承方式。替代的支承方式一般有兩種:自由支承和地面支承。自由支承也叫軟支承，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自由支承只是一種近似，但當(dāng)我們把支承系統(tǒng)的最高剛體模態(tài)頻率控制在被測(cè)車身部件的最低彈性模態(tài)頻率的1/5到1/10以內(nèi)時(shí)，那么這種支承系統(tǒng)的近似引起的誤差就可以忽略不計(jì)，此時(shí)的支承就可以近似為自由支承。地面支承也叫硬支承，理論上要求被測(cè)車身部件與地面之間的加速度導(dǎo)納為零，其振動(dòng)響應(yīng)只應(yīng)包括幾萬(wàn)赫茲以上的頻率成分。實(shí)際上這種替代的支承方式也很難實(shí)現(xiàn)，實(shí)際過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與地面連接點(diǎn)處的導(dǎo)納比其它點(diǎn)的導(dǎo)納小很多。本次模態(tài)試驗(yàn)采用自由支承即軟支承，用幾根彈簧軟繩將車身部件懸掛起來(lái)近似模擬自由狀態(tài)，通過(guò)測(cè)試的支承系統(tǒng)的最高剛體模態(tài)頻率和粗略測(cè)試出的車身部件的最低彈性模態(tài)頻率來(lái)驗(yàn)證所選擇的彈簧是否滿足要求，測(cè)試結(jié)果表明這種支承滿足試驗(yàn)的精度要求，最終的試驗(yàn)結(jié)果表明這種近似對(duì)分析結(jié)果的影響可