模態(tài)分析意義

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1、模態(tài)分析意義FFT分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到了很快的發(fā)展，受到了機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。已有多種檔次、各種原理的模態(tài)分析硬件與軟件問(wèn)世。在各種各樣的模態(tài)分析方法中，大致均可分為四個(gè)基本過(guò)程：（1）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集及頻響函數(shù)或脈沖響應(yīng)函數(shù)分析1）激勵(lì)方法。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是人為地對(duì)結(jié)構(gòu)物施加一定動(dòng)態(tài)激勵(lì)，采集各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)及激振力信號(hào)，根據(jù)力及響應(yīng)信號(hào)，用各種參數(shù)識(shí)別方法獲取模態(tài)參數(shù)。激勵(lì)方法不同，相應(yīng)識(shí)別方法也不同。冃前主耍由單輸入單輸出（SISO）、單輸入多輸出（SIMO）多輸入

2、多輸出（MIMO）三種方法。以輸入力的信號(hào)特征還可分為正弦慢掃描、正弦快掃描、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)（包括白噪聲、寬帶噪聲或偽隨機(jī)）、瞬態(tài)激勵(lì)（包括隨機(jī)脈沖激勵(lì)）等。2）數(shù)據(jù)采集。SISO方法要求同吋高速采集輸入與輸出兩個(gè)點(diǎn)的信號(hào)，用不斷移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的辦法取得振形數(shù)據(jù)。SIMO及MIMO的方法則要求大量通道數(shù)據(jù)的高速并行采集，因此要求大量的振動(dòng)測(cè)量傳感器或激振器，試驗(yàn)成本較高。3）時(shí)域或頻域信號(hào)處理。例如譜分析、傳遞函數(shù)估計(jì)、脈沖響應(yīng)測(cè)量以及濾波、相關(guān)分析等。（2）建立結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型根據(jù)已知條件，建立一種描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)及特性的模型,作為計(jì)算及識(shí)別參數(shù)依據(jù)。冃前一般假定

3、系統(tǒng)為線性的。由于采用的識(shí)別方法不同，也分為頻域建模和時(shí)域建模。根據(jù)阻尼特性及頻率耦合程度分為實(shí)模態(tài)或復(fù)模態(tài)模型等。（3）參數(shù)識(shí)別按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混合域法，后者是指在時(shí)域識(shí)別復(fù)特征值，再回到頻域屮識(shí)別振型，激勵(lì)方式不同（SISO、SIMO、MIMO）,相應(yīng)的參數(shù)識(shí)別方法也不盡相同。并非越復(fù)雜的方法識(shí)別的結(jié)果越可靠。對(duì)于目前能夠進(jìn)行的大多數(shù)不是十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只耍取得了可靠的頻響數(shù)據(jù)，即使用較簡(jiǎn)單的識(shí)別方法也可能獲得良好的模態(tài)參數(shù)；反之，即使用最復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、最高級(jí)的擬合方法，如果頻響測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠，則識(shí)別的結(jié)果一定不會(huì)理想。（4）振形動(dòng)畫參數(shù)

4、識(shí)別的結(jié)果得到了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)模型，即一組固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應(yīng)各階模態(tài)的振形。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多自由度組成的振形也相當(dāng)復(fù)雜，必須采用動(dòng)畫的方法，將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。以上四個(gè)步驟是模態(tài)試驗(yàn)及分析的主要過(guò)程。而支持這個(gè)過(guò)程的除了激振拾振裝置、雙通道FFT分析儀、臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)等硬件外，還要有一個(gè)完善的模態(tài)分析軟件包。通用的模態(tài)分析軟件包必須適合各種結(jié)構(gòu)物的幾何物征，設(shè)置多種坐標(biāo)系，劃分多個(gè)子結(jié)構(gòu)，具冇多種擬合方法，并能將結(jié)構(gòu)的模態(tài)振動(dòng)在屏幕上三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示。2?結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改與靈敏度分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改（StructureDynamicMod

5、ifySDM）有兩個(gè)含義：①如果機(jī)器作了某種設(shè)計(jì)上的修改，它的動(dòng)力學(xué)特性將會(huì)有何種變化？這個(gè)問(wèn)題被稱為SDM的止問(wèn)題。②如果要求結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)作某種改變，應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)作何種修改？這是SDM的反問(wèn)題。上述兩個(gè)問(wèn)題，如果局限在有限元計(jì)算模型內(nèi)解決，其正問(wèn)題是比較簡(jiǎn)單的，即只要改變參數(shù)重新計(jì)算一次就可以。其反問(wèn)題就是特征值的反問(wèn)題，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和數(shù)學(xué)處理的難度較大，目前在理論上還不完善。只有涉及雅可比矩陣的問(wèn)題得到了比較完善的解決，相應(yīng)的力學(xué)模型是彈簧質(zhì)量單向串聯(lián)系統(tǒng)或桿件經(jīng)過(guò)有限元或差分法離散的系統(tǒng)。此外，特征值反問(wèn)題的解決要求未修改系統(tǒng)計(jì)算的特征值及特征向量是精確

6、的。因此，現(xiàn)在通常所指的SDM是指在試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析基礎(chǔ)上的。不論是結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改的正問(wèn)題還是反問(wèn)題,都要涉及針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。為了避免修改的盲目性，人們自然要問(wèn)，如何修改才是最見成效的？換而言之，對(duì)一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，是進(jìn)行質(zhì)量修改，還是進(jìn)行剛度修改？質(zhì)量或剛度修改時(shí)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上何處修改才是最靈敏部位，使得以較少的修改量得到較大的收獲？由此，引出了結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改中的靈敏度分析技術(shù)。目前較為常見的是基于攝動(dòng)的靈敏度分析。模態(tài)分析技術(shù)從20世紀(jì)60年代后期發(fā)展至今已趨成熟，它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的兩大支柱模態(tài)分析作為一種“逆問(wèn)題”分析方法，是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，采

7、用實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法來(lái)處理工程中的振動(dòng)問(wèn)題。1?什么是模態(tài)分析？模態(tài)分析的經(jīng)典定義：將線性定常系統(tǒng)振動(dòng)微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解耦，成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模態(tài)參數(shù)描述的獨(dú)立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。坐標(biāo)變換的變換矩陣為模態(tài)矩陣，英每列為模態(tài)振型。2?模態(tài)分析有什么用處？模態(tài)分析所的最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸結(jié)為一下幾個(gè)方面：1）評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；2）在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)；3）診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

8、的故障；4