结构模态实验Word文件下载.docx
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课程
名称
结构模态分析
实验项目
名称
指导教师
开课实验室：
机械工程学院汽车结构实验室
教师签名:
实验目的
实验原理
械系统的模态参数。
通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。
模态分析关键在于
得到振动系统的特征向量。
两边进行拉氏变换可得传递函数:
式中
2（A——
kr
cr
-'
r,kr,；
分
r
mr'
r，mr,kr分力别为第r阶模态质量与模态刚度，
2mrcor
别为第
r阶模态频率、模态阻尼比及模态振型。
1）模态分析的建模途径有两条：
一是基于有限元分析理论的解析模型；
二是基于系统频响函数
（或传递函数）测试的实验建模。
实验模态分析技术是通过实验的方法来寻求模态振型以及描述响应向量的各个模态坐标。
2）实验模态分析采用的方法有主模态法、频响函数法等。
主模态法是利用多点正弦激励，使系统作纯模态振动，由此求得模态参数。
频响函数法一般是利用单点激振，先求出结构的频响函数，再确定模态参数。
3）模态参数主要包括固有频率，固有振型{}r，模态质量mr，模态刚度kr和模态阻尼cr。
其中固有频率和固有振型能直接反映系统的振动特性。
在工程应用中尤为重要。
4）由实验模态分析得到的模态参数及模态振型图可用于实验对象的运动精度分析、结构的稳定性分析、结构疲劳强度分析以及结构动态特性的优化设计。
激振点或不变拾振点的选取。
实验模态分析常采用单点激振，逐点拾振的方法或固振点的方法，本实验采用后一种方法。
三、实验内容
该实验是利用B&
KPLUSE模态分析微机系统，对框架结构进行模态分析。
通过激振实验，了
解B&
KPLUSE模态分析微机系统，对采集的振动数据进行处理识别，从而得到机械系统的模态
参数。
实验的主要内容包括：
1、结构测量点和激振点的选择；
2、了解模态分析试验采用的仪器：
试验仪器的连接、安装、调整；
3、激振时各测点力信号和响应信号的测量及利用这些测量信号求取传递函数，并分析影响传递函数精度的因素；
4、B&
KPLUSE系统由各测点识别出系统的模态参数的步骤；
5、动画显示；
6、灵敏度分析及含义。
四、使用仪器、材料
实验用对象（平板）、悬挂或支撑系统、传感器和预处理器、力锤、电荷放大器、多通道滤波器、数据采集卡、模态分析和处理软件、计算机等。
五、实验步骤
1）按下图要求连接仪器，然后调整好各仪器的开关档位，传递函数灵敏频率分析范围为500HZ以内，低通可取截止频率为300档。
四个点由橡胶绳悬挂
2）选择测点建立被测结构的几何模型。
3）测量信号的数据采集和双通谱分析，主要求各测点传递函数，频率分析范围为0—
500HZ，低通滤波截止频率为300HZ，设置冲击激励测量参数，采用8—10段平均，并
将数据保存。
4）用十个传递函数同时显示功能确定系统的前六阶共有频率。
5）求取系统多测点加权传递函数虚频特性。
6）产生频率阻尼识别文件。
7）识别系统的频率阻尼，产生频率阻尼数据文件。
8）显示打印系统的频率阻尼表及振型图。
9）模态的动画显示，观察各阶振型的特点，复模态和实模态的区别。
10）灵敏度分析。
六、实验过程原始记录
图1传递函数
图2实验用平板一阶弯振图f=110Hz
IVladQm二
30-4,.579-40IN
口
■n
0Ijzzj
1”3
M壬
=
snn
图3实验用平板二阶弯振图f=305Hz
h/loclv■:
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图4实验用平板三阶弯振图f=597Hz
图5实验用平板一阶扭振图f=244Hz
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0厂口&
K|ser・”
图6实验用平板二阶扭振图f=505Hz
图7实验用平板三阶扭振图f=801Hz
七、实验结果及分析
1）以下参数为实测的各阶固有频率和阻尼，图1—图8为合成的模态振型图。
弯振频率（HZ）
弯振阻尼（%）
一阶
110
1.43
二阶
305
0.58
三阶
597
0.28
扭振频率（HZ）
扭振阻尼（%）
244
0.93
505
0.55
801
0.32
2）实验模态分析应该注意的问题
实验模态分析的步骤如前所示。
在实验模态分析中应注意以下几方面的问题。
a）结构测量点的选择和布置。
其基本原则是重要部分密布次要部分疏布，并尽量保持系统的基本几何特征。
b）激振点或不变拾振点的选取。
本次实验采取固定拾振点的方法，应尽量选取能反应系统最多固有频率成分的点。
不能选择感兴趣的模态的振型节点处。
c）系统悬置问题。
一般有两种方法。
一是软连接，就是用橡胶，弹簧之类的弹性元件将测试系统悬置在一刚性好的支架上。
本实验所需激振力不大，选用软连接。
3）获得高精度的模态参数，在信号采集和数据处理、模态参数识别应注意什么问题？
a）选用分析精度高的仪器，减少测量仪器误差。
b）对采集信号进行滤波处理，减少信号的干扰
c）选择合适的数据处理方法，提高信号处理的精度
d）满足实验条件，注意模态分析中的一些关键步骤和关键问题。
比如测量点和激振点的选择，激振力的大小，悬挂的布置等问题。
4）分析模态分析微机系统的特点，提出改进意见
模态分析微机系统已经是一款教学和科研中性价比非常高的结构动态分析仪。
它采用中文会话方式和菜单结构、合作简单方便、功能全、精度高、价格便宜。
由于该分析仪主要针对科研和教学应用，其功能较国外流行的工程实际运用的模态分析软件较弱，若能增加一些功能并在工程实际应用中不断改进，将会成为一款非常实用的软件。
5）结合框架模态分析过程的典型图写出框架模态分析实验，提出对实验的改进意见
在被测物体上用合适的力度敲击激振点，同时通过力传感器将脉冲信号放大并输入，在其
它测点上通过加速度传感器测得系统的响应信号。
将测得的两路信号经过低通滤波器消除噪声
后求得系统的传递函数。
如果将多测点传递函数相加测得系统的传递函数，将会大大提高其识
别精度。
识别出系统的固有频率、阻尼和振型后，可有公式求出系统的模态刚度和模态质量，
并可进行系统的灵敏度分析。
在该实验中，由于实验者每次敲击脉冲锤的力度不一样，有时会
过高有时会过低，有可能导致无法得出正确的分析结果，若能够掌握好敲击力度则会提高实验的效率和准确度。
八、心得与体会
结构模态分析作为一门研究结构动力特性的学科，为研究机器、建筑物、航天航空飞行器、
船舶、汽车等各类振动特性提供了一条有效途径。
近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、
高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，
受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。
此次实验课不仅加
深了我对于模态分析的认识以及对其重要性的理解，同时还使我具备了一定的动手能力和分析
能力。
因此，感谢老师为我们安排了这样一堂实验课以及细心的指导。
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