重慶大學(xué)機(jī)械工程研究生結(jié)構(gòu)模態(tài)實驗報告

《結(jié)構(gòu)模態(tài)實驗報告》第4頁，共9頁重慶大學(xué)學(xué)生實驗報告實驗課程名稱結(jié)構(gòu)模態(tài)實驗開課實驗室汽車結(jié)構(gòu)實驗室學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院年級2014專業(yè)班機(jī)械電子1班學(xué)生姓名汶睿學(xué)號20120713094t開課時間2014至2015學(xué)年第一學(xué)期總成績教師簽名機(jī)械工程學(xué)院制《結(jié)構(gòu)模態(tài)分析》實驗報告開課實驗室：機(jī)械工程學(xué)院汽車結(jié)構(gòu)實驗室2014學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院年級、專業(yè)、班2014級機(jī)電1班姓名汶睿成績課程名稱結(jié)構(gòu)模態(tài)實驗實驗項目名稱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析指導(dǎo)教師王攀教師評語教師簽名：年月日一、實驗?zāi)康牧私饨Y(jié)構(gòu)模態(tài)分析的常用方法；掌握模態(tài)分析的過程和意義；了解并掌握實驗?zāi)B(tài)分析的關(guān)鍵步驟：結(jié)構(gòu)測量點和激振點的選擇方法：了解模態(tài)分析試驗采用的儀器：試驗儀器的連接、安裝、調(diào)整；激振時各測點力信號和響應(yīng)信號的測量及利用這些測量信號求取傳遞函數(shù)，并分析影響傳遞函數(shù)精度的因素。學(xué)習(xí)并運用常用模態(tài)分析軟件。二、實驗原理模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。振動模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性。如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)，各階主要模態(tài)的特性，就可能預(yù)知結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)，在外部或內(nèi)部各種振源作用下實際振動響應(yīng)，而且一旦通過模態(tài)分析知道模態(tài)參數(shù)并給予驗證，就可以把這些參數(shù)用于(重)設(shè)計過程，優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)特性，或者研究把該結(jié)構(gòu)連接到其他結(jié)構(gòu)上時所產(chǎn)生的影響。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計及設(shè)備故障診斷的重要方法。工程實際中的振動系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體，其質(zhì)量與剛度具有分析的性質(zhì)，只有掌握無限多個點在每瞬間時的運動情況，才能全面描述系統(tǒng)的振動。因此，理論上它們都屬于無限多自由度的系統(tǒng)，需要用連續(xù)模型才能加以描述。但實際上不可能這樣做，通常采用簡化的方法，歸結(jié)為有限個自由度的模型來進(jìn)行分析，即將系統(tǒng)抽象為由一些集中質(zhì)量塊和彈性元件組成的模型。如果簡化的系統(tǒng)模型中有n個集中質(zhì)量，一般它便是一個n自由度的系統(tǒng)，需要n個獨立坐標(biāo)來描述它們的運動，系統(tǒng)的圖2第一階彎曲振型圖3第二階扭轉(zhuǎn)振型圖4第二階彎曲振型圖5第三階扭轉(zhuǎn)振型圖6第三階彎曲振型圖7傳遞函數(shù)六、實驗結(jié)果及分析（1）以下參數(shù)為實測的各階固有頻率和阻尼，圖1－圖9為各階模態(tài)振型圖。彎振頻率（HZ）彎振阻尼（%）一階1113.89二階3051.44三階5980.781扭振頻率（HZ）扭振阻尼（%）一階2451.96二階5070.893三階8020.571（2）為獲得高精度的模態(tài)參數(shù)，在信號采集和數(shù)據(jù)處理、模態(tài)參數(shù)識別應(yīng)注意什么問題？1.選用分析精度高的儀器，減少測量儀器的系統(tǒng)誤差。2.對采集信號進(jìn)行濾波處理，減少信號的干擾3.選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法，提高信號處理的精度滿足實驗條件，注意模態(tài)分析中的一些關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵問題。比如測量點和激振點的選擇，激振力的大小，懸掛的布置等問題。（3）在進(jìn)行框架模態(tài)分析中要注意的問題：1.結(jié)構(gòu)測量點選擇和布置：模態(tài)分析布點的基本原則是結(jié)構(gòu)的重要部分密布次要部分稀疏，為了能夠使活動振型的顯示更直觀，整個測點的連線構(gòu)成的圖形要保持測試系統(tǒng)的基本幾何特點。激振點或不變拾振點（即基本點）的選取：實驗?zāi)B(tài)分析常采用單點激振，逐點拾取振的方法或固定拾振點的方法。本實驗采用后一種方法。固定的激振點和固定的拾振點是非常重要的，我們應(yīng)當(dāng)選擇能反應(yīng)系統(tǒng)最多固有的頻率成分的點作為這種激振點或拾振點。用這點激振或拾振，共振頻率的峰值較大，噪聲對共振頻率的影響小，傳遞峰值附件相干函數(shù)值較高。另外基本點的選擇不能在感興趣的模態(tài)的振型節(jié)點處，否則這階模態(tài)無法識別出來。系統(tǒng)懸置問題：一般來說測試系統(tǒng)的懸置方法有兩種。一種是軟連接，就是用橡膠繩、彈簧之類的彈性元件將測試系統(tǒng)懸置在某一剛性較好的支架上，測試系統(tǒng)自由狀態(tài)下的一種方式一般用較小功率的激振器能激振較重的系統(tǒng)，但實際工作情況下激振有時需要更大的功率，但測量的模態(tài)參數(shù)實用意義更大一些。（4）分析模態(tài)分析微機(jī)系統(tǒng)的特點，提出改進(jìn)意見模態(tài)分析微機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)是一款教學(xué)和科研中性價比非常高的結(jié)構(gòu)動態(tài)分析儀。它采用中文會話方式和菜單結(jié)構(gòu)、操作簡單方便、功能全、精度高、價格便宜。由于該分析儀主要針對科研和教學(xué)應(yīng)用，其功能較國外流行的工程實際運用的模態(tài)分析軟件較弱，若能增加一些功能并在工程實際應(yīng)用中不斷改進(jìn)，將會成為一款非常實用的軟件。（5）結(jié)合框架模態(tài)分析過程的典型圖寫出框架模態(tài)分析實驗，提出對實驗的改進(jìn)意見。在被測物體上用合適的力度敲擊激振點，同時通過力傳感器將脈沖信號放大并輸入，在其它測點上通過加速度傳感器測得系統(tǒng)的響應(yīng)信號。將測得的兩路信號經(jīng)過低通濾波器消除噪聲后求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。如果將多測點傳遞函數(shù)相加測得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，將會大大提高其識別精度。識別出系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和振型后，可有公式求出系統(tǒng)的模態(tài)剛度和模態(tài)質(zhì)量，并可進(jìn)行系統(tǒng)的靈敏度分析。在該實驗中，由于實驗者每次敲擊脈沖錘的力度不一樣，有時會過高有時會過低，有可能導(dǎo)致無法得出正確的分