线性扫频法简支梁模态分析实验报告.docx

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线性扫频法简支梁模态分析实验报告

线性扫频法简支梁模态测试

一实验目的

1、线性扫频法实验模态分析原理，

2、学习线性扫频法模态测试及分析方法。

二、实验仪器

简支梁激振器力传感器振动传感器动态分析仪（激振信号源）计算机系统分析软件

三、实验原理1、本实验对简支梁进行实验模态分析使用的是测力法模块，在简支梁线性扫频法模态实验中，激励信号为力传感器拾取的扫频信号源DH1301（内置小功率功放）控制激振器激励出来的激励信号。

2、采用单点激励法（由于移动激励比较困难）

四。

、实验步骤

有一根梁，长（X向）555mm宽（Y向）50mm欲采用线性扫频法做其Z方向的振动模态，步骤如下：

1、测点的确定

此梁在Y、Z方向和X方向（尺寸）相差较大，可以简化为杆件，所以只需在X方向顺序布置若干测点即可。

在实验中在X方向梁把粱分为16等分，布置15个测点（梁的两端不用作为测点）[测点数目要视得到的模态阶数而定，测点数目要多于测量振型的阶数，得到的高阶阵型结果才真实可靠，要注意把激振位置作为简支梁模态测试中的一个测点（测得原点频响）]。

2、连接仪器

固定好JZ-1型接触式激振器，并与DH1301连接好。

力传感器信号接入数采分析仪的第一通道，压电式加速度传感器信号接入第二通道。

3、数据采集及参数设置

打开仪器电源，启动DHDAS200控制分析软件，菜单选择分析/频响分析。

在新建的四个窗口内，分别显示频响函数数据、1-1通道的时间波形、想干函数和1-2通道的时间波形，平衡清零之后，等待采样。

打开DH1301扫频信号发生器，调节类型为线性扫频，设置起频为10，止频500，扫速1，按“确定”，然后按下“开始”，调节扫频电压，即可开始线性扫频。

点击DHDAS200软件中的采样按钮，开始采样。

注意观察频响函数变化。

系统参数设置

采样频率：

1.28KH分析频率取整，且采样频率的选取视用户希望通过扫频实验得到简支梁的频率阶数而定。

实验装置配套的简支梁选取1.28KHZ（有限元大致确定）的采样频率即可扫出简支梁的前四阶频率；如果希望得到较高的频率，则采样频率应选的较高，如5.12KHz）；采样方式：

连续触发方式：

自由采样

平均方式：

峰值保持

时域点数：

视用户选取的采样频率而灵活调整，一般情况下，保证频率分辨率的值小于1.25即可。

如选取1.28KHz的采样频率，建议选取4096或者8192通道参数设置参考通道：

1-1.

工程单位和灵敏度：

将两个传感器灵敏度输入相应的灵敏度设置栏

内。

传感器灵敏度为Kch（PC/EU表示每个工程单位输出多少PC的电荷，如是力，而且参数表中工程单位设为牛顿N,则此处为PC/N;

如是加速度，而且参数表中工程单位设为m/s^2,则此处为PC/m/sA2o量程范围：

编写测点号和方向。

如果测量1号点的频响函数数据，在1-1通道（力信号）的模态信息/节点栏内输入激振器的测点号（测点号固定），测量方向输入+Z;如果测量2号的频响函数数据，在1-1通道（力通道）的模态信息/节点栏内输入激振器的测点号（测点号固定），测量方向输入+Z;响应通道（加速度传感器信号）的模态分析/节点栏内输入2;如果测量其他点的频响函数数据，以此类推。

触发参数：

不用设置。

注意事项

移动加速度传感器测量响应信号时，当加速度移动到其他点进行测量时就必须相应的修改加速度传感器通道的模态信息/节点栏内的测点编号。

每次移动测量和加速度传感器后都要新建文件。

测量时观察有无波形，如果有一个或两个通道无波形或波形不正常，就要检查仪器连接是否正确，导线是否接通，传感器工作是否正常直至波形正确为止。

根据DH1301输出电压的大小灵活调节量程范围，

在正式测试之前可进行预采样大致观察一下信号的大小，直到力的波形和响应的波形既不过载也不过小。

4、数据预处理

调节采样数据

采样完成后，对采样数据重新检查，更改错误设置，回放重新计算频响函数数据。

5、模态分析

几何建模：

自动创建矩形模型，输入模型的长宽参数以及分段数；打开节点坐标栏，编写节点号；

导入频响函数数据：

从上述实验得到数据文件内，将每个测点的频响函数数据读入模态软件，注意选择测量类型:

单点激励法；

参数识别：

首先光标选择一个频段的数据，点击参数识别按钮，搜索峰值，计算频率阻尼及振型。

（计算方法为峰值拾取法）

6、振型编辑

模态分析完毕观察打印保存分析结果，也可以观察动画显示。

7、动画显示

打开振型表文件和几何模型窗口，在振兴表文件窗口内，按数据匹配命令，将模态参数数据分配给几何模型的的测点。

进入几何模型窗口，点击动画显示按钮，几何模型将相应模态频率的振型以动画显示出来。

在几何模型窗口内，使用相应按钮可以对动画进行控制，如更换在视图选择中选取显示方式：

单视图，多模态和三视图；改变显示色彩方式：

振幅、速度和大小，以及几何位置。

五、实验结果

1、记录模态参数

模态参数

第一阶

第二阶

第三阶

第四阶

第五阶

频率（Hz）

28.08

108.64

236.82

399.17

590.82

阻尼（%

5.69

1.71

6.53

1.78

0.96

2、打印各阶模态振型图

第一阶模态振型图

第二阶模态振型图

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第三阶模态振型图

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第四阶模态振型图

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第五阶模态振型图

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第六阶模态振型图

计算模态参数

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幅值数据叠加图

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测量幅值数据图

六、实验结果分析

用模态分析软件对实验采集数据进行模态分析发现，前四阶模态还能呈现较为良好的模态，而以后的模态就会出现很大的误差，因此应该舍去。

通过分析有一下原因：

1、采样频率低。

采样频率低就无法采集到高阶的固有振动的模态,或者是产生的误差比较大。

2、实验室环境噪音过大，对采集的数据会产生一定的影响。

这就导致了前四阶模态也产生了一定的误差，但理论上还是较为理想的。

3、选取的采样点较少。

模态测试中还应注意：

a,选择合适的量程。

在动态测试及后续处理中，测试、分析仪器易处于半量程工作状态，若量程设置过大，测试、分析信号将明显低于设置量程，信噪比将降低。

反之，若量程设置过小，在测试、分析过程中容易过载，产生信号消波，从而导致误差的产生。

b，宜多测一些频响函数的数据。

理论上识别其中的任意一组模态参数，只须测得频响函数矩阵的一列或一行元素即可。

为了增加测试的可靠度应该多测几组数据，比较选择一组较为合理的数据。

C,检查频响函数的测试质量。

影响频响函数测试质量的因素有很多种，如测量信号噪声的影响、激励点的选择、激振力过大或过小、结构非线性因素等。

我们通过对简支梁进行试验模态分析，利用分析软件识别系统的模态参数，并查阅了一些资料以及其他研究员所做的实验及其实验分析报告，一起学习并探讨了模态技术在实际应用中的一些方法、手段及影响因素。

七、参考文献【1】施琪，徐家林。

梁的模态分析实验研究。

兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070.

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