试验模态分析实验报告.docx

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试验模态分析实验报告

实验模态分析技术实验报告

一、实验内容

用锤击激振法测量传递函数，求取驱动桥壳的模态参数。

二、实验目的

（1）掌握测量传递函数常用的锤击激振法；

（2）测量激振力和加速度响应的时间记录曲线和传递函数；

（3）比较原点传递函数和跨点传递函数的特征；

（4）识别驱动桥壳的模态参数。

三、实验仪器

实验仪器包括力锤、加速度计、电荷放大器、信号采集卡、信号分析记录系统。

其中：

（1）力锤用于激励实验对象，本实验使用钢制锤头进行激励；

（2）加速度计用于拾取响应信号并转换成为电荷信号；

（3）电荷放大器用于将电荷信号放大成电为适合测量的压信号，本实验采用SINOCERA公司生产的YE3822A信号放大器；

（4）信号采集卡用于对传感器采集得到的数字信号进行采样，并转化为数字信号，本试样采用DT公司产的DT9837A采集卡；

（5）信号分析记录系统包括一台笔记本电脑和相应的应用程序，本实验采用DEWESoft7.0软件进行振动信号的时间历程测量。

各个仪器与实验对象的安装位置、连接关系如图1所示。

图2~5为实验现场的仪器安装实物图。

图1

图2

图3

图4

图5

四、实验数据采集过程

用安装有加速度传感器的力锤敲击实验对象上的某一点。

加速度传感器拾取激励力的信号。

安装在实验对象的某一观测点上的加速度计拾取响应信号，经电荷放大器后输入信号采集系统。

（1）仪器操作要点如下：

a）锤子上的加速度传感器信号必须接入信号采集器的第一通道，响应信号依次接入信号采集器的其他通道；

b）在信号采集分析系统上设置适当的参数，首先设置采集参数，如实验名（ASCⅡ码）、试验号（数字）、数据路径、结果路径、采样类型（多次触发）、单位类型（可变）、设置工程单位和标定值；

c）采样菜单中选用多次触发，设置相应的参数，开始采样。

（2）敲击传感器附近的测点，测量原点传递函数；

（3）敲击远离传感器的其他测点，测量跨点传递函数。

图6为时间历程采集实拍图。

图6

五、实验数据分析

1激励力和响应的时间记录

将实验系统搭建完成后，用力锤锤击激励点，即可利用DEWESoft记录振动信号的时间历程。

实验时，应多次锤击同一个激励位置，以获得其多组时间历程数据，以便后续数据处理时进行频谱平均。

各通道传感器测得的时间历程数据如下：

图7

图8

图9

2原点（驱动点）传递函数

在加速度传感器1附近锤击驱动桥壳，并对传感器1和力锤上的传感器测得的时间历程数据进行处理后，可以得到原点（驱动点）的传递函数。

由于实验系统测得的数据容易受到外界或其内部各种因素的干扰，可以将力锤施加的激励视为随机激励。

此时，传递函数不能直接使用傅里叶积分进行计算，但可利用等式

可以求出此时原点的传递函数。

其中，

为激励与响应的互谱，

为响应的自谱。

此外，应该注意在计算传递函数前，应对采集的时间历程数据进行去趋势。

本次实验采用的采集卡采样频率为

。

由于本实验测得的响应为瞬态响应，响应持续时间短，为了保证在计算传递函数时截取的信号包含了完整的响应情况，因此采用矩形窗比较来截取时间历程数据。

本实验取参与传递函数计算的数据点数nfft=4096，因此根据采样率定理

可知此时信号分辨率约为0.02Hz。

式中，

为参与计算的数据点数，

为原始信号的采样频率，

为频域信号的分辨率。

在MATLAB2014中，可以直接调用函数tfe来估计传递函数。

由于本实验中的激励是各态厉均的，因此可通过对多组时间历程数据求取传递函数后，得到平均后的传递函数曲线。

以下为进过平均后的原点传递函数的实频、虚频、幅频图和相频图。

图10

图11

图12

图13

3跨点传递函数

跨点传递函数的测量原理与原点传递函数计算原理相同。

以下为计算得到的跨点传递函数曲线。

图14

图15

图16

图17

六、实验分析

本实验采用采用分量分析法来进行模态参数识别。

当激励频率接近第

阶模态的自然频率时，则该阶模态在传递函数中起主导作用，称为主导模态，而主模态领域内的其他模态影响不大，可以用一个复常数

来代替。

因此，当激励频率在自然频率附近时，可以把传递函数写成

其中，

对于自然频率，可由频现函数的虚频曲线峰值对应的频率点得到，峰值频率为

对于模态阻尼，可由频响函数的半功率带宽得到。

设

、

为实频图上的两个峰值点对应的频率点，则第

阶模态阻尼为

对于模态向量，由于虚频图曲线的峰值为

因此，可以根据测得的传递函数矩阵（3）中的任意一列来求取第

阶的模态向量

其中，

可以视为常数。

从图10~17中可以观察出，驱动桥壳在0-10Hz的频段内隐藏着至少两阶模态，在200-250Hz的频段内有一个很明显的模态。

各阶模态的参数下表所示。

第一阶

第二阶

第三阶

第四阶

自然频率

0.7324Hz

1.465Hz

5.371Hz

221.4Hz

模态阻尼系数

0.3333

0.1666

0.0454

模态向量