文档介绍：总成绩
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机械工程学院制
专业实验报告
实验名称
机械结构模态实验
实验时间
2014年12月11日
一、实验目的
了解模态分析的常用方法及意义。
了解并掌握实验模态分析的关键步骤:测量点和激振点的选择。
了解模态分析实验采用的仪器,实验的连接、安装和调整。
激励振动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。
了解并掌握模态分析软件。
二、实验内容
运用测试仪器测量机械结构模态。
三、实验装置
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。
测量及数据处理系统框图
四、实验过程
1、连接仪器,并调整好各仪器的开关档位,传递函数频率分析范围为500Hz以内,低通可取截止频率为300Hz。
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及双通道谱分析。
4、调用十个传递函数同时显示功能确定系统的前六阶固有频率。
5、求取系统多测点加权传递函数幅频特性并产生频率阻尼识别文件。
6、识别系统的频率阻尼产生频率阻尼数据文件。
7、识别系统振型,产生振型数据文件。
8、可以显示打印系统的频率阻尼表及振型表。
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。
实验指导教师评语:
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年月日
机械结构模态实验报告
一、实验目的和意义
模态分析技术已经成为振动系统分析与设计中广泛使用的重要手段。二十多年来,发展十分迅速。模态分析的经典含意是:将描述多自由度振动系统动力学性态的线性定常微分方程组变换为一组独立的二阶方程(单自由度)组,以便于求解系统动力响应或稳定性问题,广泛应用于航空、航天、机械制造、建筑、汽车等许多领域,在识别系统的动力学参数、动态优化设计、设备故障诊断等许多方面发挥了日益重要的作用。
本实验采用B&K公司的PULSE分析系统自带的模态分析模块,对图1所示的框架结构进行分析。
图1 框架结构图
通过该实验达到如下目的:
1、了解模态分析软件;
2、了解测量点和激振点的选择;
3、了解模态分析实验采用的仪器,实验的连接、安装和调整;
4、激励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;
5、该模态分析模块各测点识别出系统的模态参数的步骤;
6、动画显示;
7、灵敏度分析及含义。
二、实验装置
实验对象(钢板)、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以及计算机等,图2所示为实验装置系统框图。
图2 实验装置系统框图
三、实验模态分析的基本原理
对于一个机械系统,其动态特性可用系统的固有频率、阻尼和振型来描述,与模态质量和模态刚度一起通称为机械系统的模态参数。模态参数既可以用有限元的方法对结构进行简化得到,也可以通过激振实验对采集的振动数据进行处理识别得到。通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。只要保证测试仪器的精度、实验条件和数据分析处理的精度就能获得高质量的模态参数。
一个线性系统,若在某一点j施加激振力,系统各点的振动响应为,系统任意两点的传递函数之间的关系可用矩阵表示如下:
(1-1)
可记为:
称为传递函数矩阵。其中的任意元素可以通过激振实验得到
(1-2)
,分别表示响应与激振力的傅立叶变换。
测量方法是给系统施加一有限带宽频率的激振力(冲击也是一有限带宽激振力),同时测量系统的响应,将力和响应信号进行滤波,A/D转换并离散采样,进行双通道FFT变换,计算出激振力与响应之间的传递函数。
对测量的传递函数进行曲线拟和得到模态参数,一个多自由度系统曲线拟和传递函数的解析式为:
(1-3)
式中:,
—第K阶的模态阻尼; —第K阶的固有频率;
—第K阶留数; —表示复数共轭;
由式(1-3)可知,各点传递函数的分母相同,都包含固有频率和模态阻尼,由任意点传递函数曲线拟和可以识别出系统的固有频率和阻尼,考虑到传递函数的测量和计算误差,将多测点传递函数相加合成一系列的传递函数,并由系统传递函数识别系统的固有频率和模态阻尼。
由式(1-3)可知,每一测点的传递函数曲线拟和得到的留数是不同的,留数矩阵与对应的固有频率振型的关系为:
(1-4)
是对称矩阵,其中每一行,每一列都是线性相关的。其中任意元素为
(1-5)
称为系统的模态向量,即固有振型。只要利用留数矩阵的某一行或某一列,先将对应角元素包含的振型元素求出:
;