模态分析实验报告

1 / 8 模态分析实验报告 模 态 分 析 实 验 报 告 姓 名：学 号：任 课 教 师：实 验 时 间：指 导 老 师：实 验 地 点： 实验 1传递函数的测量 一、 实验内容 用锤击激振法测量传递函数。 二、 实验目的 1) 掌握锤击激振法测量传递函数的方法； 2) 测量激励力和加速度响应的时间记录曲线、力的自功率谱和传递函数； 3) 分析传递函数的各种显示形式及相干函 数； 4) 比较原点传递 函数和跨点传递函数的特征； 5) 考察激励点和响应点互换对传递函数的影响； 6) 比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响； 三、 实验仪器和测试系统 1、 实验仪器 主要用到的实验仪器有：冲击力锤、加速度传感器，LMS LMS-SCADAS 测试系统，具体型号和参数见表 1-1。 仪器名称 型号 序列号 3164 2 / 8 灵敏度 mV/N 100 mV/g 备注 比利时 丹麦 B&K 数据采集 和分析系统 LMS-SCADAS 2302-10 力锤 加速度传感器 表 1-1 实验仪器 2 、测试系统 利用试验测量的激励信号和响应的时 间历程信号，运用数字 信号处理技术获得频率响应函数，得到系统的非参数模型。然后利用参数识别方法得到系统的模态参数。测试系统主要完成力锤激励信号及各点响应信号时间历程的同步采集，完成数字信号的处理和参数的识别。 测量分析系统的框图如图 1-1 所示。测量系统由振动加速度传感器、力锤和比利 时 LMS 公司 SCADAS 采集前端及 Modal Impact 测量分析软件组成。力锤及加速度传感器通过信号线与 SCADAS 采集前端相连，振动传感器及力锤为ICP 型传感器，需要 SCADAS 采集前端对其供电。 SCADAS采集相应的信号和进行信号处理，所测信号通过电缆与电脑3 / 8 完成数据通讯。 图 1-1 测试分析系统框图 四、 实验数据采集 1、 振动测试实验台架 实验测量的是一段轴，在轴上安装了 3 个加速度传感器，如图 1-2所示，轴由四根弹簧悬挂起来，使得整个测试统的频率很低， 基本上不会影响到最终的测试结果。整个测试系统如下图所示： A1 A 测点 2测点 3 测点 4 图 1-2 测试系统图 2、数据采集 在 LMS 信号采集分析系统上，建立每个通道与测点的对应关系，设置激励方向和响应方向，通道传感器类型、灵敏度、测量范围等参数，力锤信号为参考信号；设置采样参数：采样频率、分析带宽、谱线数目、频率分辨率、采样触发时间、窗函数；然后用力锤敲击激励点，采集激励力的信号和每个测点的响应信号。 在 LMS 系统上分析得 到各测点的频响函数，为了消除噪声影响，提高信号信噪比，每组采用 3次平均。其中频响函数计算采用 H1方法，即 H1? 4 / 8 GfxGff 五、实验数据分析 1、原点传递函数和相干函数分析 图 1-3 力谱图 采用铝质锤帽，激励点位于测点 4 位置，力谱如图1-3 所示。由上面的力谱图可知，整个力谱的 dB值衰减量在1020dB之间，是一个理想的脉冲激励力信号。 得到的原点传递函数和相干函数如图 1-4、 1-5、 1-6所示。 图 1-4 DB 形式原点函数频响图 图 1-5 幅值形式原点频响函数图 机械结构实验模态分析实验报告 悬臂梁各阶固有频率及主振形的测定试验 一、实验目的 1、用共振法确定悬臂梁横向振动时的前五阶固有频率； 2、熟悉和了解悬臂梁振动的规律和特点； 3、观察和测试悬臂梁振动的各阶主振型，分析各阶固有频率及其主振型的实测值与理论计算值的误差。 二、仪器和设备 悬臂梁固定支座； 脉冲锤 1 个；圆形截面悬臂钢梁标准件一个；加速度传感器一个； LMS振动噪声测试系统。 5 / 8 三、实验基本原理 瞬态信号可以用三种方式产生 ,分述如下： 一是快速正弦扫频法 .将正弦信号发生器产生的正弦信号 ,在幅值保持不变的条件下 ,由低频很快地连续变化到高频 .从频谱上看 ,该情况下 ,信号的频谱已不具备单一正弦信号的特性 ,而是在一定的频率范围内接近随机信号 . 二是脉冲激励 .用脉冲锤敲击试件 ,产生近似于半正弦的脉冲信号 .信号的有效频率取决于脉冲持续时间 ,越小则频率范围越大 . 三是阶跃激励 .在拟定的激振点处 ,用一根刚度大、重量轻的弦经过力传感器对待测结构施加张力 ,使其产生初始变形 ,然后突然切断张力弦 ,相当于给该结构施加一个负的阶跃激振力 . 用脉冲锤进行脉冲激振是一种用得较多的瞬态激振方法 ,它所需要的设备较少 ,信号发生器、功率放大器、激振器等都可以不要 ,并且可以在更接近于实际工作的条件下来测定试件的机械阻抗 . 四、实验结果记录 前五阶固有频率表 实验测得的前五阶振型图如下： 1 阶振型图 2 阶振型图 6 / 8 3阶振型图 4阶振型图 5阶振型图 五、理论计算悬臂梁固有频率 113 圆截面悬臂钢梁有关参数可取：E?10Pa,?7850kg/m。用直尺测 量悬臂梁的梁长 L=1000mm、梁直径 D=12mm。计算简支梁一、二、三、四阶固有频率和相应的振型，并将理论计算结果填入表。 悬臂梁的振动属于连续弹性体的振动，它具有无限多自由度及其相应的固有频率和主振型，其振动可表示为无穷多个主振型的叠加。对于梁体振动时，仅考虑弯曲引 起的变形，而不计剪切引起的变形及其转动惯量的影响，这种力学分析 模型称为欧拉 -伯努利梁。 运用分离变量法，结合悬臂梁一端固定一端自由的边界条件，通过分析可求得均质、等截面悬臂梁的频率方程 cos? Lch? L?1 式中： L 悬臂梁的长度。 梁各阶固有频率为 ?1? ?i? 2 ?22? 7 / 8 ?3? 2 12 ?42?52? 1f? 2? *EI1