中文版-实验模态分析会议版

模态分析B&KChinaB&KChina褚志刚褚志刚BA7679-16,1引言当今需求：运行的速度越来越快运行的速度越来越快对燃油经济性要求越来越高结构越来越轻量化这些需求要求降低结构重量结果：结构变得越来越“弱”结构变得越来越“弱”共振频率向激励得频率范围移动，NVH问题变得突出由于动态载荷得存在结构将更容易“失效”BA7679-16,2模态测试什么是模态分析什么是模态分析为什么做模态测试怎么做模态测试Brüel&Kjær的解决方案BA7679-16,3模态参数理论分析人员利用有限元建模来获得特征值实验分析人员利用模态测试来获得:固有频率–特征值–(阻尼)–特征向量–固有频率–阻尼比–模态振型–特征向量–模态振型AmplitudeFirstModeSecondModeThirdThirdModeBeamForceBA7679-16,4Force有限元vs测试模型MACBA7679-16,5在模态测试的基础上。。。有限元建模FEM模态测试预测测试模型阻尼数据模态模型的测试有效性曲线结果模态模型的对比和验证有效性验证曲线拟合结果验证更新最终模型仿真预测:“假如。那么。。”故障诊断最终模型BA7679-16,6模态测试什么是模态分析什么是模态分析为什么做模态测试怎么做模态测试做模测试Brüel&Kjær的解决方案Brüel&Kjær的解决方案BA7679-16,7为什么做模态测试改进有限元模型–在原形样机上通过测试进行验证通过引入阻尼来改进有限元模型–通过引入阻尼来改进有限元模型故障诊断–降低过大的振动水平降低大的振动水平–确保共振远离激励频率仿真“假如。则。。”确定载荷–确定载荷–复杂激励下结构的响应–结构动力学修改结构综合分析–预测组装子部件或总成的动力学行为模态测试首先利用在飞机工业今天也广泛的应用于汽车工业和许多其他工业BA7679-16,8今天也广泛的应用于汽车工业和许多其他工业故障诊断频率响应函数频率响应函数Highresponses运行时的振动响应HighresponsesBA7679-16,9SDMandFRS(基于验证的模态模型)仿真“假如。则。”结构动力学修改（StructuralDynamicsModification）质量修改质量修改刚度修改动力吸振器移动共振频率HighresponseLowresponse强迫响应仿真分析当结构受到一个或者多个激励时动力学行为会怎样？HighresponseLowresponsePreviousresponse学行为会怎样BA7679-16,10模态测试什么是模态分析什么是模态分析为什么做模态测试为什么做模态测试怎么做模态测试的解决方案Brüel&Kjær的解决方案BA7679-16,11怎么做模态测试1.建模建立几何模型定义自由度定义自由度确定测量方向2.测量频率响应函数频率响应函数力锤或者激振器激励定义相干函数,自谱等用于验证3.曲线拟合频率阻尼阻尼留数(模态振型)4.验证MAC(模态置信准则)MAC(模态置信准则)模态置信因子相位分布模态参与因子BA7679-16,12模态参与因子........频率响应函数Time(Response)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer04080[m/s瞉Time(Response)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer04080[m/s瞉OutputTimeDomainFrequencyDomain040m80m120m160m200m240m-80-40[s]040m80m120m160m200m240m-80-40[s]FFTFrequencyResponseH1(Response,Excitation)-Input(Magnitude)Working:Input:Input:FFTAnalyzer10[(m/s?/N]FrequencyResponseH1(Response,Excitation)-Input(Magnitude)Working:Input:Input:FFTAnalyzer10[(m/s?/N]Autospectrum(Response)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer02004006008001k1,2k1,4k1,6k1m10m100m110[Hz][m/s瞉Autospectrum(Response)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer02004006008001k1,2k1,4k1,6k1m10m100m110[Hz][m/s瞉ImpulseResponseh1(Response,Excitation)-Input(RealPart)Working:Input:Input:FFTAnalyzer01k2k[(m/s?/N/s]ImpulseResponseh1(Response,Excitation)-Input(RealPart)Working:Input:Input:FFTAnalyzer01k2k[(m/s?/N/s]InverseFFTInput02004006008001k1,2k1,4k1,6k100m[Hz]02004006008001k1,2k1,4k1,6k100m[Hz]Autospectrum(Excitation)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer02004006008001k1,2k1,4k1,6k100u1m10m100m1[Hz][N]Autospectrum(Excitation)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer02004006008001k1,2k1,4k1,6k100u1m10m100m1[Hz][N][][]040m80m120m160m200m240m-2k-1k0[s]040m80m120m160m200m240m-2k-1k0[s]FrequencyResponseImpulseResponseTime(Excitation)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer[N]Time(Excitation)-InputWorking:Input:Input:FFTAnalyzer[N]FFTResponseFunctionResponseFunctionWorking:Input:Input:FFTAnalyzer040m80m120m160m200m240m-200-1000100200[s]Working:Input:Input:FFTAnalyzer040m80m120m160m200m240m-200-1000100200[s]FFTExcitationResponseForceMotionInputOutputH()===BA7679-16,13激励技术激振器激励一般用于多通道响应或者响应点可以移动的情况力锤激励一般激励移动力锤InOut或者响应点可以移动的情况In小的各向同性结构Out大结构或者复杂结构支持快速的多参考技术快速的方法–不需要固定设备HHHH可以使用各种各样的激励信号费时-需要进行安装工作...............................................H......HHHn11211H................................H.............HH2111BA7679-16,14...................................H1n模态模型–全局参数固有频率和模态阻尼是动力学模型所有自由度的共同特征(全局)频域时域3dB3dBbandwidth=2DecayRate=1FrequencyTTime02f固有频率固有频率1f0=2f0阻尼比:固有频率:固有频率:阻尼比:0Tf00BA7679-16,1500模态模型–局部参数留数在每一个DOF被单独描述(局部)留数:模态的“强度”2H0AmplitudeFirstModeSecondModeThirdFThirdMode留数:R=H(0)·般的留数R0FrequencyForceBeam原点（驱动点）留数:Riir=a·ir2一般的留数:Rijr=a·ir·jrForce原点留数用于缩放模态模型BA7679-16,16曲线拟合提取模态参数单自由度方法(SDOF)简单结构少数且分隔较开的模态多自由度方法(MDOF)多个模态大量且频率接近的模态0局部基于单一自由度FrequencyResponseH1(Response,Excitation)-Input(Magnitude)Working:Input:Input:FFTAnalyzer10[(m/s?/N]FrequencyResponseH1(Response,Excitation)-Input(Magnitude)Working:Input:Input:FFTAnalyzer10[(m/s?/N]全局基于多个自由度02004006008001k1,2k1,4k1,6k100m[Hz]02004006008001k1,2k1,4k1,6k100m[Hz]单参考基于频响函数矩阵的一行或者一列多参考多参考基于频响函数矩阵的多行或者多列对称结构在同一频率呈现多个模态BA7679-16,17一个峰值不一定只意味着一个模态模态测试什么是模态测试什么是模态测试为什么做模态测试怎么做模态测试Bül&Kj的解决方案Brüel&Kjær的解决方案BA7679-16,18怎么做模态测试1.建模建立几何模型定义自由度PULSE™MTC定义自由度确定测量方向2.测量频率响应函数MTC频率响应函数力锤或者激振器激励定义相干函数,自谱等用于验证3.曲线拟合频率阻尼PULSE™阻尼留数(模态振型)4.验证MAC(模态置信准则)PULSEReflexModeMAC(模态置信准则)模态置信因子相位分布模态参与因子BA7679-16,19模态参与因子........PULSE模态测试顾问特征和优点导引化测量SetupCalibrationMeasurement导引化测量几何驱动的测量–可以使用从CAD输入几何选项可以使用从CAD输入几何选项分析仪参数的直观图形控制显著降低了设置和测量时间降低了人为错误风险自定义能力BA7679-16,20几何模型用于创建、输入几何模型和进行模态结果动画显示的软件包几何模型创建功能–使用一些基本的几何形状几何浏览器–几何浏览器支持的几何模型文件格式支持的几何模文件格式–BKG,UFF,STR,CSV,DXF…–NASTRAN、ANSYS、ABQUAS有限元软件动画–Deformed/Undeformed–Wireframe,Arrow,Contour...–SingleorQuadView–Single,Overlaid,Diffence,Side-by-Side...BA7679-16,21D有限元（FEA）接口–8718-A/B型软件接口从最主流的有限元软件输入有限元模型8718-A型NASTRAN®软件接口NXNASTRAN和MSCNASTRAN–NXNASTRAN和MSCNASTRAN8718-B型ANSYS®软件接口输入包括输入包括几何模型(点，单元和坐标系统)模态数据(频率，阻尼和振形)模态数据(频率，阻尼和振形)缩减质量矩阵,用于正交性计算(仅限于NASTRAN)支持的格式NASTRANDATBLKBDF几何模型ANSYSCDB几何DAT,BLK,BDF–几何模型