模态实验报告.doc

机电工程学院 模态分析理论与试验课程实验报告 学生姓名 学 号 任课教师 完成时间 仅作参考 注意实验对象不一样 根据具体实验撰写报告结构模态实验报告 利用LMS. IMPACT软件研究铝板在锤击下的振动模态一、 实验目的1理论联系实际，通过实验，进一步理解结构模态这门课程，熟悉LMS .IMPACT软件。2 运用课堂上所学的知识，分析结构的模态模拟过程，并学会用“锤击法”测量振动系统的模态参数与振型。3 熟悉模态试验的基本方法二、实验条件1 LMS. IMPACT测量仪器一台以及其附属器件。2 电压型加速度传感器若干。3 铝板一块，大小为1400mmx1200mmx6mm。4 柔性绳索若干。三、实验原理1 输入信号：锤击激励是一种确定性暂态信号，有一个脉冲组成。由于单位冲激信号的傅立叶变换为1，故锤击激励可以激起测系统中较多的模态，锤激装置简单，快速。2 模态判定准则（MAC）：MAC是用以比较两个向量的数学工具，假定X和Y是两个长度相同的向量，那么模态判定准则为：式中W：一个加权矩阵（单位矩阵）。如果模态判定准则是1，则这两个向量在一个比例系数内是完全等同的。如果是零那么两个向量之间不存在线性关系。假设对于某一模态r存在两个估计：k和l，那么对应留数矩阵的列向量应该相等。根据振型的正交性，不同物理振型的估计的模态判定准则应该很低。四、实验步骤1 连接设备。2 将铝板用柔性绳索水平悬挂。3 布置传感器。长度方向上间隔为35mm，宽度方向上间隔40 mm，共20个4 启动测量仪器，打开LMS. IMPACT软件。 5 新建测试文件6 设置通道（channel setup）。共21个通道，其中前20个通道为传感器通道，21通道为锤子通道，传感器类型为压电式，加速度传感器，方向为Z轴正方向，如图1所示。图1通道设置7 建模（Geomotry）。首先画出节点，其坐标如图2所示，然后将点用线连接起来，并设置从属关系，从而建立如图3所示的铝板模型。图2 节点坐标图3铝板模型8 将铝板上用于测量的传感器与电脑上的通道关联，并将第24通道设为参考通道。其界面如图4所示。图4 通道关联设置9 设置量程（impact scope）。用锤子捶击平梁后软件自动设置量程，其界面如图5所示。图5 量程设置10 冲击设置（impact setup）。用锤子锤击铝板，设定带宽为256Hz，并加窗 。其界面如图68所示。图6 锤击图7带宽设定图8 加窗11 测量（measure）。用锤子在铝板同一位置敲击五次，软件自动取其平均值，其界面如图9所示 。 图9 测量12 选择模态数据（Modal date selection）。选择刚才所做的数据，以便后面进行分析。13 PolyMAX选择频带并查找稳态，选择S较多的竖线位置，其界面如图10所示 图10 稳态查找14计算固有频率。 得到前几阶固有频率和振型如下图1113和表1 所示图11 一阶振型图12 二阶振型图13三阶振型表1 前三阶固有频率阶数第一阶第一阶第三阶固有平率（Hz）10.31716.28723.35015 模态合成 Model synthesis。其界面如图14所示。图14模态合成16 模态有效性 （Model validation）。，由如图12所示的数据可知，前三阶模态的MAC值除对角线外的值均较小，估可信度较高。图15模态有效性五、实验总结通过实验，得到了铝板的前几阶固有频率，掌握了“锤击法”测量振动系统的模态参数与振型的具体方法。同时了解了模态试验的具体方法和流程。通过对铝板振动模态的研究，巩固了模态分析与试验的知识，对结构模态分析有了更深的认识。模态是振动系统的一种固有振动特性，模态一般包含频率、振型、阻尼等。从本实验结果可以看出必须具有扎实的理论功底才能理解实验过程中的每一步。本实验不需要自己计算烦琐的传递函数，而是通过传感器将待分析的实物与电脑相连，然后通过强大的LMS. IMPACT软件对实物进行振动模态的模拟与分析。在模态参数识别过程中，重要的是利用尽可能多的准确的测量数据。噪声大或靠不住的数据是收敛差、估计不好的主要原因。模态参数估计过程常常包含两个重要方面：估计系统极点和模态参预因子，估计模态向量。大部分模态参数估计方法中的主要问题是确定物理意义明确的系统极点的准确数量，频响函数的幅值求和、模态指示函数、误差图或奇异值分解图以及稳态图等对于确定极点数量都是很有帮助的工具，稳态图也是在所考虑的频带内选择系统极点的根据，再就是利用估计出来的系统极点和在各点测得的频响函数来确定相应的模态位移。在分析中涉及到频带的选择，频带一般不应选得过宽，所选频带中不应含有太多的系统极点，因此，所感兴趣的整个频带可被几个邻接的较窄频带覆盖，频响函数在所选频带的起点及终点的值应当很小，最好不处于共振频率两侧上升或下降沿上，这样做带外效应的影响最小。虽然整体参数稳态图对于估计物理极点非常有用，但它只是正确选择的物理极点的基础。图10是一种典型的稳态图，其背影是相应的“频响函数”和曲线，也可以是其他形式的曲线，由于允许从各种不同阶次的模型（即从图中不同的水平线）选择物理极点，因而常规做法是把值比较一致的s看成一个极点。此外对FRF加汉宁窗可以减少泄露误差。模态参数估计程序的最后一步是确定模态位移，得到这一消息后，模态模型便告完成。在此