文档介绍：《机械工程测试技术》综合实验报告实验项目名称:机械结构固有模态实验班级:机械32实验小组成员姓名(学号):张豪张唯赵亮景世钊王汝之朱金格实验小组组长:张豪实验报告日期:15/12/12实验目的:针对机械结构(简支梁、悬臂梁、圆盘)的固有模态进行分析,了解几种常用的结构动态特性激励方法,掌握机械结构固有模态的测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号分析方法和技术。实验原理:模态分析方法及其应用:模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型,来进行系统的参数识别(系统识别),从而大大地简化了系统的数学运算。通过实验测得实际响应来寻示相应的模型或调整预想的模型参数,使其成为实际结构的最佳描述。主要应用有:用于振动测量和结构动力学分析。可测得比较精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正,使计算模型更趋完善和合理。用来进行结构动力学修改、灵敏度分析和反问题的计算。用来进行响应计算和载荷识别。模态分析基本原理:工程实际中的振动系统都是连续弹性体,其质量与刚度具有分布的性质,只有掌握无限多个点,在每瞬时的运动情况,才能全面描述系统的振动。因此,理论上它们都属于无限多自由度的系统,需要用连续模型才能加以描述。但实际上不可能这样做,通常采用简化的方法,归结为有限个自由度的模型来进行分析,即将系统抽象为由一些集中质块和弹性元件组成的模型。模态分析是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下,通过实验数据的处理和分析,寻求其“模态参数”,是一种参数识别的方法。模态分析的实质,是一种坐标转换。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量,放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下,振动方程是一组互无耦合的方程,分别描述振动系统的各阶振动形式,每个坐标均可单独求解,得到系统的某阶结构参数。实验内容:1、动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析(1)激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励,采集各点的振动响应信号及激振力信号,根据力及响应信号,用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同,相应识别方法也不同。目前主要有多输入单输出(MISO)、单输入多输出(SIMO)两种方法。本次试验采用多输入单输出(MISO)方式(2)数据采集。锤子端部安装压力传感器,梁上分别部署加速度传感器和电涡流传感器分别测试,传感器先经过电荷放大再接入采集系统,经过调理的信号输入计算机由软件进行处理并计算出结果显示。(3)时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。2、振形动画 :参数识别的结果得到了结构的模态参数模型,即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。由于结构复杂,由许多自由度组成的振形也相当复杂,必须采用动画的方法,将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。 数据处理:简支梁模态测试简支梁如下图所示,长(x向)680mm,宽(y向)50mm,高(z向)8mm。欲使用多点敲击、单点响应方法做其z方向的振动模态测点的确定简支梁在y、z方向尺寸和x方向(尺寸)相差较大,可以简化为杆件,所以只需在x方向顺序布置若干敲击点即可(本例采用多点移步敲击、单点响应方法),敲击点的数目视要得到的模态的阶数而定,敲击点数目要多于所要求的阶数,得出的高阶模态结果才可信。此例中在x方向把梁分成十六等份,即可以布十七个测点。选取拾振点时要尽量避免使拾振点在模态振型的节点上,此处取拾振点在第六个敲击点处(或选取第三点作为拾振点)。仪器连接仪器连接如下图所示,其中力锤上的力传感器接INV1601B实验仪第一通道的电荷输入端,压电加速度传感器接INV1601B实验仪第二通道的电荷输入端,两个通道的INV1601B实验仪的输入选择相应地调到压电加速度一端。加速度传感器测量结果:++++++++++++001电涡流传感器:++++++++++++001连续弹性体