模態(tài)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、機(jī)電工程學(xué)院《模態(tài)分析理論與試驗(yàn)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名學(xué)號(hào)任課教師完成時(shí)間僅作參考注意實(shí)驗(yàn)對(duì)象不一樣根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)撰寫報(bào)告結(jié)構(gòu)模態(tài)實(shí)驗(yàn)報(bào)告——利用LMS.IMPACT軟件研究鋁板在錘擊下的振動(dòng)模態(tài)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解結(jié)構(gòu)模態(tài)這門課程，熟悉LMS.IMPACT軟件。2運(yùn)用課堂上所學(xué)的知識(shí)，分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)模擬過(guò)程，并學(xué)會(huì)用“錘擊法”測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)與振型。3熟悉模態(tài)試驗(yàn)的基本方法二、實(shí)驗(yàn)條件1LMS.IMPACT測(cè)量?jī)x器一臺(tái)以及其附屬器件。2電壓型加速度傳感器若干。3鋁板一塊，大小為1400mmx1200mmx6mm。4柔性繩索若干

2、。三、實(shí)驗(yàn)原理1輸入信號(hào)：錘擊激勵(lì)是一種確定性暫態(tài)信號(hào)，有一個(gè)脈沖組成。由于單位沖激信號(hào)的傅立葉變換為1，故錘擊激勵(lì)可以激起測(cè)系統(tǒng)中較多的模態(tài)，錘激裝置簡(jiǎn)單，快速。2模態(tài)判定準(zhǔn)則（MAC）：MAC是用以比較兩個(gè)向量的數(shù)學(xué)工具，假定{X}和{Y}是兩個(gè)長(zhǎng)度相同的向量，那么模態(tài)判定準(zhǔn)則為：式中[W]：一個(gè)加權(quán)矩陣（單位矩陣）。如果模態(tài)判定準(zhǔn)則是1，則這兩個(gè)向量在一個(gè)比例系數(shù)內(nèi)是完全等同的。如果是零那么兩個(gè)向量之間不存在線性關(guān)系。假設(shè)對(duì)于某一模態(tài)r存在兩個(gè)估計(jì)：k和l，那么對(duì)應(yīng)留數(shù)矩陣的列向量應(yīng)該相等。根據(jù)振型的正交性，不同物理振型的估計(jì)的模態(tài)判定準(zhǔn)則應(yīng)該很低。四、

3、實(shí)驗(yàn)步驟1連接設(shè)備。2將鋁板用柔性繩索水平懸掛。3布置傳感器。長(zhǎng)度方向上間隔為35mm，寬度方向上間隔40mm，共20個(gè)4啟動(dòng)測(cè)量?jī)x器，打開LMS.IMPACT軟件。5新建測(cè)試文件6設(shè)置通道（channelsetup）。共21個(gè)通道，其中前20個(gè)通道為傳感器通道，21通道為錘子通道，傳感器類型為壓電式，加速度傳感器，方向?yàn)閆軸正方向，如圖1所示。7圖1通道設(shè)置7建模（Geomotry）。首先畫出節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)如圖2所示，然后將點(diǎn)用線連接起來(lái)，并設(shè)置從屬關(guān)系，從而建立如圖3所示的鋁板模型。圖2節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)圖3鋁板模型8將鋁板上用于測(cè)量的傳感器與電腦上的通道關(guān)聯(lián)，并將第

4、24通道設(shè)為參考通道。其界面如圖4所示。7·圖4通道關(guān)聯(lián)設(shè)置9設(shè)置量程（impactscope）。用錘子捶擊平梁后軟件自動(dòng)設(shè)置量程，其界面如圖5所示。圖5量程設(shè)置10沖擊設(shè)置（impactsetup）。用錘子錘擊鋁板，設(shè)定帶寬為256Hz，并加窗。其界面如圖6~8所示。圖6錘擊7圖7帶寬設(shè)定圖8加窗11測(cè)量（measure）。用錘子在鋁板同一位置敲擊五次，軟件自動(dòng)取其平均值，其界面如圖9所示。圖9測(cè)量12選擇模態(tài)數(shù)據(jù)（Modaldateselection）。選擇剛才所做的數(shù)據(jù)，以便后面進(jìn)行分析。13PolyMAX選擇頻帶并查找穩(wěn)態(tài)，選擇S較多的豎線位置，其界面

5、如圖10所示7圖10穩(wěn)態(tài)查找14計(jì)算固有頻率。得到前幾階固有頻率和振型如下圖11~13和表1所示圖11一階振型圖12二階振型圖13三階振型7表1前三階固有頻率階數(shù)第一階第一階第三階固有平率（Hz）10.31716.28723.35015模態(tài)合成Modelsynthesis。其界面如圖14所示。圖14模態(tài)合成16模態(tài)有效性（Modelvalidation）。，由如圖12所示的數(shù)據(jù)可知，前三階模態(tài)的MAC值除對(duì)角線外的值均較小，估可信度較高。圖15模態(tài)有效性五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到了鋁板的前幾階固有頻率，掌握了“錘擊法”測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)與振型的具體方法。同

6、時(shí)了解了模態(tài)試驗(yàn)的具體方法和流程。通過(guò)對(duì)鋁板振動(dòng)模態(tài)的研究，鞏固了《模態(tài)分析與試驗(yàn)》的知識(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析有了更深的認(rèn)識(shí)。模態(tài)是振動(dòng)系統(tǒng)的一種固有振動(dòng)特性，模態(tài)一般包含頻率、振型、阻尼等。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出必須具有扎實(shí)的理論功底才能理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的每一步。本實(shí)驗(yàn)不需要自己計(jì)算煩瑣的傳遞函數(shù)，而是通過(guò)傳感器將待分析的實(shí)物與電腦相連，然后通過(guò)強(qiáng)大的LMS.7IMPACT軟件對(duì)實(shí)物進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)的模擬與分析。在模態(tài)參數(shù)識(shí)別過(guò)程中，重要的是利用盡可能多的準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。噪聲大或靠不住的數(shù)據(jù)是收斂差、估計(jì)不好的主要原因。模態(tài)參數(shù)估計(jì)過(guò)程常常包含兩個(gè)重要方面：估計(jì)系統(tǒng)極點(diǎn)

7、和模態(tài)參預(yù)因子，估計(jì)模態(tài)向量。大部分模態(tài)參數(shù)估計(jì)方法中的主要問(wèn)題是確定物理意義明確的系統(tǒng)極點(diǎn)的準(zhǔn)確數(shù)量，頻響函數(shù)的幅值求和、模態(tài)指示函數(shù)、誤差圖或奇異值分解圖以及穩(wěn)態(tài)圖等對(duì)于確定極點(diǎn)數(shù)量都是很有幫助的工具，穩(wěn)態(tài)圖也是在所考慮的頻帶內(nèi)選擇系統(tǒng)極點(diǎn)的根據(jù)，再就是利用估計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)極點(diǎn)和在各點(diǎn)測(cè)得的頻響函數(shù)來(lái)確定相應(yīng)的模態(tài)位移。在分析中涉及到頻帶的選擇，頻帶一般不應(yīng)選得過(guò)寬，所選頻帶中不應(yīng)含有太多的系統(tǒng)極點(diǎn)，因此，所感興趣的整個(gè)頻帶可被幾個(gè)鄰接的較窄頻帶覆蓋，頻響函數(shù)在所選頻帶的起點(diǎn)及終點(diǎn)的值應(yīng)當(dāng)很小，最好不處于共振頻率兩側(cè)上升或下降沿上，這樣做帶外效應(yīng)的影響最小。

8、雖然整體參數(shù)穩(wěn)態(tài)圖對(duì)于估計(jì)物理極點(diǎn)非常