模态分析实验报告0002.docx
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模态分析实验报告0002
模态分析实验报告
《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2130101047张唯2130101048
赵亮2130101049景世钊2130101033
王汝之2130101042朱金格2130101028
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:
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率
40.335Hz
161.190Hz
361.179Hz
635.251Hz
质量
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
刚度
6.423e+003
1.026e+006
5.150e+006
1.593e+007
阻尼
1.059e+001
7.848e+000
1.192e+001
1.065e+001
电涡流传感器:
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率
40.738Hz
161.134Hz
360.696Hz
635.306Hz
质量
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
刚度
6.552e+004
1.025e+006
5.136e+006
1.593e+007
阻尼
9.073e+000
7.322e+000
1.592e+001
1.148e+001
连续弹性体悬臂梁模态测试
加速度传感器:
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率
25.173Hz
12.991Hz
298.611Hz
482.014Hz
质量
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
刚度
2.502e+004
5.040e+005
3.520e+006
9.172e+006
阻尼
3.261e+001
2.400e+000
1.416e+001
2.855e+001
电涡流传感器:
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率
25.542Hz
125.447Hz
326.446Hz
649.200Hz
质量
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
刚度
2.572e+004
6.213e+005
4.207e+006
1.664e+007
阻尼
8.203e-001
3.689e+000
1.048e+001
4.071e+001
圆板模态测试
加速度传感器:
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率
50.433Hz
81.976Hz
100.568Hz
136.610Hz
质量
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
刚度
1.004e+005
2.653e+005
3.993e+005
7.368e+005
阻尼
3.135e+000
6.361e+000
4.468e+001
4.007e+000
电涡流传感器:
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率
57.393Hz
82.171Hz
114.462Hz
148.390Hz
质量
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
1.000e+000
刚度
1.300e+005
2.666e+005
5.172e+005
8.693e+005
阻尼
3.823e+000
5.402e+000
9.408e+000
2.210e+000
总结:
(1)数据处理过程直接影响测试结果,分析选定测点波形时对干扰信号的力窗屏蔽直接影响动画效果,分析过程应注意屏蔽干扰。
(2)多测点能有效使振动动画平滑,进行测试必要时可加大采样密度。
(3)加速度传感器自身质量对测试结果影响较大,不可忽略,选传感器要综合考虑其自身性能和对测试系统的影响。
(4)通过结构模态测试可确定其固有频率阻尼等模态,在设计中可避免共振优化设计。
(5)可综合比较CAE模态分析结果与实验测试结果,避免单一分析方式出错。
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- 分析 实验 报告 0002
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