汽车摩托车零部件结构模态分析实验课件.ppt

汽车摩托车零部件结构模态分析实验
机械工程实验教学中心
实验目的
通过实验模态分析实验的全过程,了解实验模态分析的基本方法。
了解模态分析软件的使用方法。
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实验设备
力锤、力传感器、加速度计、电荷放大器、信号采集分析系统。
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实验原理
模态分析是一种参数识别的方法,因为模态分析法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”。模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量(或称特征振型、模态振型)。
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实验原理
试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号,经过参数识别获得模态参数。具体做法是:首先将结构物在静止状态下进行人为激振(或者环境激励),通过测量激振力与振动响应,找出激励点与各测点之间的“传递函数”,建立传递函数矩阵,用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合,识别出结构的模态参数,从而建立起结构物的模态模型。
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实验原理
图1为典型的模态分析试验基本测试系统框图,它包含激励系统、传感放大系统、分析仪及计算机。激励系统主要包括信号源、功率放大器和激振器,常用的激励信号有正弦、随机、瞬态和周期等。当激励结构时,激励信号经功率放大器放大,推动激振器,功率放大器必须和激振器相匹配。常用的激励方法有激振器激励及锤击两种,此外,还有阶跃释放和环境激励(如路面及风动激励)等方法。传感放大系统包括传感器、适调放大器及有关连接部分,最常用的传感器为压电式传感器。在载荷识别时,也常用应变片测定应变,预估载荷。最常用的是数字信号分析仪,大多数信号分析仪均带有某种类型的信号源。进一步进行模态分析与结构动力修改往往是在与分析仪联用的计算机上实现的。
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实验原理
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模态试验可获得完整的导纳曲线,获得诸如固有频率、阻尼比、固有振型等重要信息。这些信息往往足以对工程实际问题作出判断,并可能以此作为改进机械设备动态性能的出发点。有些问题并不尝求做整套的模态试验,个别点的导纳特性的测试有时便能说明问题。因此,工程上广泛利用模态试验结果直接判断产品质昼,提供动态信息,指出产品动态性能的改进方向。
实验原理
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模态分析实验的步骤
1、确定分析的方法
模态分析的关键问题之一是如何获得准确的频响函数(机械导纳)数据。只有在此基础之上,才能准确地识别出模态参数。
频响函数测试的目的是:
①提供材料(如粘弹性材料和复合材料)和元件(如轮胎、减振器、隔振垫)的刚度和阻尼特性。
⑦验证理论计算的动力特性。包括动态响应、原点、跨点导纳和振动分析中系统或部件的振动模态参数。
提供结构的动力特性,建立系统或部件的动力学模型。包括原点、跨点导纳、主坐标下的数学模型(模态模型)和物理坐标下的数学模型。
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模态分析实验的步骤
2、频响函数的激励信号与激励方法
目前频响函数测试技术正沿着两条道路发展。一条道路是单点激振多点测量(或一点测量,逐点激振)技术;另一条道路是多点激振多点测量技术。多点激振技术适用于大型复杂结构,如船体、机体或大型车辆结构等。它采用多个激振器,以相同的频率和不同的力幅和相位差,在结构的多个选定点上,实施激励,使结构发生接近于实际振动烈度的振动。它能够激励出系统的各阶纯模态来,从而提高了模态参数曲识别精度。但是这种技术要求配备复杂昂贵的仪器设备,测试周期也比较长。目前世界上少数国家生产这类设备尚未得到广泛应用。
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