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1、重慶大學機械工程研究生結構模態(tài)實驗報告記錄————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2《結構模態(tài)實驗報告》第11頁，共11頁重慶大學學生實驗報告實驗課程名稱結構模態(tài)實驗開課實驗室汽車結構實驗室學院機械工程學院年級2014專業(yè)班機械電子1班學生姓名汶睿學號20120713094t開課時間2014至2015學年第一學期總成績教師簽名機械工程學院制《結構模態(tài)實驗報告》第11頁，共11頁《結構模態(tài)分析》實驗報告開課實驗室：機械工程
2、學院汽車結構實驗室2014年12月11日學院機械工程學院年級、專業(yè)、班2014級機電1班姓名汶睿成績課程名稱結構模態(tài)實驗實驗項目名稱結構模態(tài)分析指導教師王攀教師評語教師簽名：年月日一、實驗目的1.了解結構模態(tài)分析的常用方法；2.掌握模態(tài)分析的過程和意義；3.了解并掌握實驗模態(tài)分析的關鍵步驟：(1).結構測量點和激振點的選擇方法：(2).了解模態(tài)分析試驗采用的儀器：試驗儀器的連接、安裝、調整；(3).激振時各測點力信號和響應信號的測量及利用這些測量信號求取傳遞函數(shù)，并分析影響傳遞函數(shù)精度的因素。4.學習并運用常用模態(tài)分析
3、軟件。二、實驗原理模態(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，各階主要模態(tài)的特性，就可能預知結構在此頻段內，在外部或內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
4、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，其質量與剛度具有分析的性質，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個集中質量，一般它便是一個n自由度的系統(tǒng)，需要n《結構模
5、態(tài)實驗報告》第11頁，共11頁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，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
6、，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)主要包括固有頻率，固有振型，模態(tài)質量，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。由實驗模態(tài)分析得到的模態(tài)參數(shù)及模態(tài)振型圖可用于實驗對象的運動精度分析、結構的穩(wěn)定性分析、結構疲勞強度分析以及結構動態(tài)特性的優(yōu)化設計。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、
7、阻尼和振型來描述，與模態(tài)質量和模態(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)，可以通過兩個方法：一是運用三維軟件建立動力學模型進行模態(tài)分析；二是通過實驗數(shù)據(jù)求取模態(tài)參數(shù)即實驗模態(tài)分析。對于一個線性系統(tǒng)，若在某一點施加激振力，系統(tǒng)各點的振動響應為，則（1-1）為傳遞函數(shù)矩陣，任意元素，可以通過激振試驗得到：（1-2）測量方法是給系統(tǒng)施加一有限寬頻率的激振力（沖擊也是一有限帶寬激振力），同時測量系統(tǒng)的響應，將力和響應信號進行濾波，A/D轉換并離散采樣，進行雙通道FFT變換，計算激振力與響應之間的傳遞函數(shù)。對測量的傳遞
8、函數(shù)進行曲線擬合得到模態(tài)參數(shù)。本實驗采用脈沖錘（力錘）對平板試件進行敲擊，激勵出各種模態(tài)。實驗原理圖如圖1所示?！督Y構模態(tài)實驗報告》第11頁，共11頁圖1試驗模態(tài)分析原理框圖三、使用儀器、材料1)實驗用平板、懸掛或支撐系統(tǒng)；2)力錘；3)預處理器和力傳感器，加速度傳感器，雙通道低通濾波器；4)電荷放大器；5)數(shù)據(jù)采集卡；6)B&K
