机械结构实验模态分析实验报告书dhaq.docx

机械结结构实验验模态分分析实实验报告告开课实验验室：汽汽车结构实验室室20100年月日日学院姓名成绩课程名称机械结构构实验模模态分析析实验项目目名称机械结构构实验模模态分析析指导教师师教师评语语教师签名名：年月日机械结构构实验模模态分析析实验报报告一、实验验目的和和意义模态分析析技术是是近年来来在国内内外得到到迅速发发展的一一门新兴兴科学技技术，广广泛应用于航空空、航天天、机械械制造、建建筑、汽汽车等许许多领域域，在识识别系统统的动力力学参数数、动态态优化设设计、设设备故障障诊断等等许多方方面发挥挥了日益益重要的的作用。本实验采采用CCDDS-11模态分分析微机机系统，对对图1所示的的框架结结构进行行分析。通通过该实实验达到到如下目目的：图1框架架结构图图详细了解解CCDDAS-1模态分分析微机机系统，并并熟练掌掌握使用用本系统统的全过过程，包包括了解测量量点和激激振点的的选择。了解模态态分析实实验采用用的仪器器，实验的连连接、安安装和调调整。1、 激励振时时各测点点力信号号和响应应信号的的测量及及利用这这些测量量信号求求取传递递函数，并并分析影影响传递递函数精精度的因因素。2、 SSDAAS-11系统由由各测点点识别出出系统的的模态参参数的步步骤。3、 动画显示示。4、 灵敏度分分析及含含义。通过CCCDASS-1模态分分析的全全部过程程及有关关学习，能能祥述实实验模态态的一般般步骤。通过实验验和分析析，大大大提高综综合分析析能力和和动手能能力。 CCDDAS-1系统模模态分析析的优缺缺点讨论论并提出出改进实实验的意意见。二、测试试及数据据处理框框图图2测量量及数据据处理系统框框图三、实验验模态分分析的基基本原理理对于一个个机构系系统，其其动态特特性可用用系统的的固有频频率、阻阻尼和振振型来描描述，与与模态质质量和模模态刚度度一起通通称为机机械系统统的模态态参数。模模态参数数既可以以用有限限元的方方法对结结构进行行简化得得到，也也可以通通过激振振实验对对采集的的振动数数据进行行处理识识别得到到。通过过实验数数据求取取模态参参数的方方法就是是实验模模态分析析。只要要保证测测试仪器器的精度度、实验验条件和和数据分分析处理理的精度度就能获获得高质质量的模模态参数数。一个线性性系统，若若在某一一点j施加激激振力，系系统各点点的振动动响应为为，系统统任意两两点的传传递函数数之间的的关系可可用矩阵阵表示如如下： (11-1)可记为：称为传递递函数矩矩阵。其其中的任任意元素素可以通通过激振振实验得得到，分别表表示响应应与激振振力的傅傅立叶变变换。测量方法法是给系系统施加加一有限限带宽频频率的激激振力(冲击也也是一有有限带宽宽激振力力)，同时时测量系系统的响响应，将将力和响响应信号号进行滤滤波，A/D转换并并离散采采样，进进行双通通道FFT变换，计算算出激振振力与响响应之间间的传递递函数。对测量的的传递函函数进行行曲线拟拟和得到到模态参参数，一一个多自自由度系系统曲线线拟和传传递函数数的解析析式为： (1-33)式中：，第K阶阶的模态态阻尼第K阶的固固有频率率第K阶阶留数表示复复数共轭轭由上式可可知，各各点传递递函数的的分母相相同，都都包含固固有频率率和模态态阻尼，由任意点点传递函函数曲线线拟和可可以识别别出系统统的固有有频率和和阻尼，考考虑到传传递函数数的测量量和计算算误差，将将多测点点传递函函数相加加合成一一系列的的传递函函数，并并由系统统传递函函数识别别系统的的固有频频率和模态阻阻尼。由式(11-3)可知，每每一测点点的传递递函数曲曲线拟和和得到的的留数是是不同的的，留数数矩阵与与对应的的固有频频率振型型的关系系为： (11-4)是对称矩矩阵，其其中每一一行，每每一列都都是线性性相关的的。其中中任意元元素为 (1-55)称为系统统的模态态向量，即即固有振振型。只只要利用用留数矩矩阵的某某一行或某一一列，先先将对应应角元素素包含的的振型元元素求出出： (1-66)然后，即即可求出出任一点点的振型型元素： (1-7)CCDAAS-11模态分分析微机机系统要要求采用用某一点点固定激激振，逐逐点拾振振，求出出留数矩矩阵之一一列的测测量方法法，或在在某一固固定点拾拾振，求求出留数数矩阵之之一行的的方法。本本实验采采用后一一种方法法。识别出系系统的固固有频率率、阻尼尼和振型型后，系系统的模模态阻尼尼和模态态刚度由由下式决决定： (11-8) (11-9)模态质质量模态刚刚度模态阻阻尼比至此整个个系统的的模态参参数全部部确定，其其中最重重要的参参数是频频率，阻阻尼和振振型。振振型代表表了再系系统的第第K阶固有有频率下下，各测测点位移移振幅之之间的比比例关系系。设，则系系统对结结构物理理参数的的微分灵灵敏度为为： (11-100)、分别为为系统的的刚度矩矩阵和质质量矩阵阵，为物物理参数数，可为为刚度和和质量。振振型的微微分灵敏敏度可表表示为： (1-111) (1-112)灵敏度分分析的意意义在于于，若你你想改变变系统的的动态特特性，对对每阶振振型来说说，改变变哪一点点的质量量或刚度度，其频频率和振振型的变变化率最最大；同同样，若若维持系系统动态态特性不不变，改改变哪一一点的质质量或刚刚度，其其频率和和振型的的变化率率最小。四、用CCCDAS-1系统对框框架进行行实验模模态分析析的内容容和步骤骤模态分析析步骤：1、连接接仪器，并并调整好好各仪器器的开关关档位，传传递函数数频率分分析范围围为5000Hz以内，低低通可取取截止频频率为3000Hz档。2、选择择测点，建建立被测测结构的的几何模模型。3、测量量信号的的数据采采集及双双通道谱谱分析。4、调用用十个传传递函数数同时显显示功能能确定系系统的前前五阶固固有频率率。5、求取取系统多多测点加加权传递递函数幅幅频特性性并产生生频率阻阻尼识别别文件。6、识别别系统的的频率阻阻尼产生生频率阻阻尼数据据文件。7、识别别系统振振型，产产生振型型数据文文件。8、可以以显示打打印系统统的频率率阻尼表表及振型型表。9、模态态的动画画显示观观察各阶阶振型的的特点，复复模态和和实模态态的区别别。10、灵灵敏度分分析在进行框框架模态态分析中中应注意意以下问问题：1、结构构测量点点的选择择及布置置：模态态分析布布点的基基本原则则是结构构的重要要部分密密布，次次要部分分稀疏，为为了使活活动振型型的显示示更直观观，整个个测点的的连线构构成的图图形要保保持测试试系统的的基本几几何特点点。2、不变变激振点点或不变变拾振点点(以下简简称为基基本点)的选取取：实验验模态分分析常采采用单点点激振，逐逐点拾振振的方法法或固定定拾振点点的方法法。本实实验采用用后者。固固定的激激振点和和固定的的拾振点点是非常常重要的的，我们们应当选选择能反反映系统统最多固固有频率率成分的的点作为为这种激激振点或拾振振点。用用这点激激振或拾拾振，共共振频率率的峰值值较大，噪噪声对共共振频率率的影响响较小，峰峰值附近近相干函函数值较较高，另另外基本本点的选选择不能能在感兴兴趣的模模态的振振型节点点处，否否则这阶阶模态无无法识别别出来。3、系统统悬置问问题：一一般来说说，测试试系统的的悬置方方法有两两种。一一种是软软连接，就就是用橡橡皮绳、弹弹簧之类类的弹性性元件将将测试系系统悬置置在某一一刚性较较好的支支架上。测测试系统统自由状状态下的的另一种种方式一一般是用用小功率率的激振振较重的的系统，但在实际工作情况下，激振有时需要更大的功率，但测量的模态参数实用意义更大一些。本实验采用软连接方法，用四根橡胶绳把测试框架结构悬置在支架上(如图2所示)。五、实验验结果及及其分析析图3 第第一阶扭扭转振型型图4 第一一阶弯曲曲振型图5 第第二阶扭扭转振型型图6 第二二阶弯曲曲振型图7 第第三阶扭扭转振型型图8 第三三阶弯曲曲振型图9 第第四阶扭扭转振型型图10 第四阶阶弯曲振振型图11 传递函函数图