機械結構模態(tài)分析實驗報告

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1、重慶大學學生實驗報告實驗課程名稱機械結構模態(tài)分析實驗開課實驗室汽車振動實驗室學院機械工程學院年級2016級專業(yè)班學生姓名學號開課時間2016至2017學年第二學期總成績教師簽名《機械結構模態(tài)分析》實驗報告開課實驗室：汽車振動實驗室時間：2016年2月28日學院機械工程學院年級、專業(yè)、班姓名成績課程名稱結構模態(tài)分析實驗實驗項目名稱結構模態(tài)分析指導教師教師評語教師簽名：年月日一、實驗目的1、掌握實驗模態(tài)分析的基本原理；2、熟悉掌握實驗模態(tài)分析的基本步驟；（1）測量系統(tǒng)建立；（2）頻響函數(shù)測量；（3）模態(tài)參數(shù)估計；3、熟悉實驗模態(tài)分析儀

2、器及軟件；4、了解結構模態(tài)分析的常用方法。二、實驗原理模態(tài)是機械結構所固有的動態(tài)特性，而且每個模態(tài)都有一定的固有頻率及模態(tài)振型。模態(tài)參數(shù)的值能通過有限元計算或試驗分析獲得，模態(tài)分析實驗就是通過實驗分析獲得模態(tài)參數(shù)的方法。因為結構的每個自由振動模態(tài)都會有一個固有頻率與之對應，且每個振動模態(tài)之間又是互相獨立的，所以自由振動模態(tài)的線性組合能夠表示任意的結構運動，基于這一性質(zhì)，模態(tài)分析方法被稱為最基本的動態(tài)分析方法。進行模態(tài)分析可以得到每一階的固有頻率和振型，使設計者準確的了解機械結構在不同的激勵載荷下是怎樣響應的，避免結構發(fā)生共振，而且

3、模態(tài)分析還是其它動態(tài)分析的基礎，如諧響應分析、瞬態(tài)動力學分析等，其結果有助于在其它動態(tài)分析方法中選擇控制參數(shù)。如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)，各階主要模態(tài)的特性，就可能預知結構在此頻段內(nèi)，在外部或內(nèi)部各種振源作用下實際振動響應，而且一旦通過模態(tài)分析知道模態(tài)參數(shù)并給予驗證，就可以把這些參數(shù)用于(重)設計過程，優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)特性，或者研究把該結構連接到其他結構上時所產(chǎn)生的影響。因此，模態(tài)分析是解決結構動態(tài)設計及設備局部損傷檢測，控制結構噪聲等問題的重要方法。-8-模態(tài)分析包括理論模態(tài)分析和實驗模態(tài)分析：理論

4、模態(tài)分析，主要指結構有限元分析，主要以線性振動理論為基礎，研究激勵、系統(tǒng)、響應三者關系的結構動力學過程，是一種理論建模過程，屬于動力學的正問題；實驗模態(tài)分析是指綜合運用結構振動理論、信號測試技術、數(shù)字信號處理和模態(tài)參數(shù)識別等技術識別結構模態(tài)參數(shù)（固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型），是一種試驗建模分析結構特性過程，屬于動力學逆問題。本實驗是通過實驗模態(tài)分析方法，計算零件1～6階的固有頻率、阻尼和振型特征。模態(tài)分析是研究結構動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領域中的應用。模態(tài)是機械結構的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻

5、率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。振動模態(tài)是彈性結構固有的、整體的特性。如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)，各階主要模態(tài)的特性，就可能預知結構在此頻段內(nèi)，在外部或內(nèi)部各種振源作用下實際振動響應，而且一旦通過模態(tài)分析知道模態(tài)參數(shù)并給予驗證，就可以把這些參數(shù)用于(重)設計過程，優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)特性，或者研究把該結構連接到其他結構上時所產(chǎn)生的影響。因此，模態(tài)分析是結構動態(tài)設計及設備故障診斷的重要方法。工程實際中的振動系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體，其質(zhì)量與剛度具

6、有分析的性質(zhì)，只有掌握無限多個點在每瞬間時的運動情況，才能全面描述系統(tǒng)的振動。因此，理論上它們都屬于無限多自由度的系統(tǒng)，需要用連續(xù)模型才能加以描述。但實際上不可能這樣做，通常采用簡化的方法，歸結為有限個自由度的模型來進行分析，即將系統(tǒng)抽象為由一些集中質(zhì)量塊和彈性元件組成的模型。如果簡化的系統(tǒng)模型中有n個集中質(zhì)量，一般它便是一個n自由度的系統(tǒng)，需要n個獨立坐標來描述它們的運動，系統(tǒng)的運動方程是n個二階互相耦合（聯(lián)立）的常微分方程。模態(tài)分析是在承認實際結構可以運用所謂“模態(tài)模型”來描述其動態(tài)響應的條件下，通過實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，尋求

7、其“模態(tài)參數(shù)”，是一種參數(shù)識別的方法。模態(tài)分析的實質(zhì)，是一種坐標轉換。其目的在于把原在物理坐標系統(tǒng)中描述的響應向量，放到所謂“模態(tài)坐標系統(tǒng)”中來描述。這一坐標系統(tǒng)的每一個基向量恰是振動系統(tǒng)的一個特征向量。也就是說在這個坐標下，振動方程是一組互無耦合的方程，分別描述振動系統(tǒng)的各階振動形式，每個坐標均可單獨求解，得到系統(tǒng)的某階結構參數(shù)。實驗模態(tài)分析采用的方法有主模態(tài)法、頻響函數(shù)法等。主模態(tài)法是利用多點正弦激勵，使系統(tǒng)作純模態(tài)振動，由此求得模態(tài)參數(shù)。頻響函數(shù)法一般是利用單點激振，先求出結構的頻響函數(shù)，再確定模態(tài)參數(shù)。模態(tài)參數(shù)主要包括固有

8、頻率，固有振型，模態(tài)質(zhì)量，模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼。其中固有頻率和固有振型能直接反映系統(tǒng)的振動特性。在工程應用中尤為重要。對于一個機構系統(tǒng)，其動態(tài)特性可用系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和振型來描述，與模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度一起統(tǒng)稱為機械系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。要求取模態(tài)參數(shù)，