汽车振动分析第四章 - 模态分析

1、汽车振动基础汽车振动基础汽车工程学院汽车工程学院 徐传燕徐传燕 Copy right徐传燕 2013年第三章第三章 多自由度系统振动多自由度系统振动第第2节节 多自由度系统自由振动多自由度系统自由振动第第1节节 多自由度系统振动多自由度系统振动第第3节多自由度系统强迫振动节多自由度系统强迫振动第第4节节 模态分析模态分析Copy right徐传燕 2013年Tacoma 峡谷大桥峡谷大桥 (1940.7.11940.11.07)Copy right徐传燕 2013年如何评价车身设计是否合理？如何评价车身设计是否合理？1）该白车身的安装点（如悬架安装点、座椅安装点）该白车身的安装点（如悬架安装点

2、、座椅安装点和副车架安装点）是否合理？和副车架安装点）是否合理？2）固有频率是否与激励频率相吻合？）固有频率是否与激励频率相吻合？Copy right徐传燕 2013年一、模态分析概念一、模态分析概念二、模态分析目的二、模态分析目的三、模态分析过程三、模态分析过程 四、白车身模态实验四、白车身模态实验第第4节节 模态分析模态分析Copy right徐传燕 2013年模态模态：是机械结构的固有振动特性。：是机械结构的固有振动特性。模态参数模态参数：用于反映模态特征的参数，如固有频率、：用于反映模态特征的参数，如固有频率、 阻尼和振型等。阻尼和振型等。模态分析模态分析：找出主要模态，了解结构振动的

3、实质，将：找出主要模态，了解结构振动的实质，将复杂振动分解为许多简单而独立的振动，并用一系复杂振动分解为许多简单而独立的振动，并用一系列模态参数来表征的过程。列模态参数来表征的过程。v各阶模态的叠加就是结构固有特性的全貌。各阶模态的叠加就是结构固有特性的全貌。一、模态分析概念一、模态分析概念Copy right徐传燕 2013年模态分析模态分析 解析模态分析解析模态分析（有限元计算）（有限元计算）试验模态分析试验模态分析预测预测验证验证指导指导Copy right徐传燕 2013年确定系统的振动特性确定系统的振动特性二、模态分析目的二、模态分析目的1）评价现有结构系统的动态特性）评价现有结构系

4、统的动态特性2）在新产品设计中进行结构动态特性的预估）在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计和优化设计3）诊断及预报结构系统的故障）诊断及预报结构系统的故障识别系统各阶固有频率、阻尼比与振型识别系统各阶固有频率、阻尼比与振型Copy right徐传燕 2013年三、实验模态分析过程三、实验模态分析过程 TT222112nnirprirpririprrrrrrrrpXmHmj ckjF 频响函数频响函数：直观的反映响应与外力之间的关系：直观的反映响应与外力之间的关系Hip表示表示p点激励，点激励，i点获取响应点获取响应的频响函数形式的频响函数形式 111212122212mmnnnmHH

5、HHHHXHFHHH频响函数矩阵频响函数矩阵Copy right徐传燕 2013年FrequencyDistanceAmplitudeBeam一阶模态一阶模态二阶模态二阶模态三阶模态三阶模态ForceForceForceForceForceForceForceForceForceForceForceFrequency Domain ViewForceAccelerationu实验获取频响函数实验获取频响函数（1 1）在一点测试响应）在一点测试响应（2 2）用带传感器的锤头在不同的点激励）用带传感器的锤头在不同的点激励（3 3）计算激励点和测点的频响函数）计算激励点和测点的频响函数Copy ri

6、ght徐传燕 2013年u确定结构的模态确定结构的模态第一阶振型第一阶振型（一弯）（一弯）第三阶振型第三阶振型（二弯）（二弯）第二阶振型第二阶振型（一扭）（一扭）第四阶振型（第四阶振型（二扭）二扭）Copy right徐传燕 2013年1.布置测点并建立被测对象模型布置测点并建立被测对象模型四、白车身模态试验四、白车身模态试验Copy right徐传燕 2013年2.建立测试系统建立测试系统(1)(1)确定试件安装方式确定试件安装方式准自由状态准自由状态Copy right徐传燕 2013年激振器激励激振器激励 小型结构小型结构 快速快速,无需连接无需连接 不适合阻尼太大的结构不适合阻尼太大的

7、结构OutInOutIn多通道同时响应或移动响应点多通道同时响应或移动响应点 大型复杂结构大型复杂结构 应用不同的激励信号应用不同的激励信号 费时费时,需连接安装需连接安装力锤激励力锤激励移动激励移动激励(2)(2)确定激励方式确定激励方式Copy right徐传燕 2013年激振器激励激振器激励Copy right徐传燕 2013年(3)(3)连接测连接测 试系统试系统Copy right徐传燕 2013年3.3.测试系统调试与校准测试系统调试与校准4.4.频响函数测试频响函数测试0.00220.00LinearHz0.000.41Amplitude(g/N)FRF 1: 127: +X/

8、1: +ZFRF 1: 127: - Y/ 1: +ZFRF 1: 127: +Z/ 1: +Z0.00220.00LinearHz022010020020406080120140160180Hz-180.00180.00PhaseCopy right徐传燕 2013年5.5.模态参数识别模态参数识别白车身模态白车身模态频率与阻尼比频率与阻尼比序号序号频率（频率（Hz）阻尼比阻尼比(%)125.50.413228.70.512338.10.301443.30.442548.70.5056520.305754.30.337Copy right徐传燕 2013年白车身模态振型示例白车身模态振型示例

9、28.7Hz 一阶扭转模态一阶扭转模态38.1 Hz 一阶弯曲模态一阶弯曲模态Copy right徐传燕 2013年v白车身设计评价白车身设计评价 1) 车身的一阶弯曲、扭转模态与主要激励源发动机的车身的一阶弯曲、扭转模态与主要激励源发动机的模态（模态（20Hz以内）不吻合，不会发生共振。以内）不吻合，不会发生共振。2) 从振型上来看该白车身的安装点从振型上来看该白车身的安装点(如悬架安装点、座如悬架安装点、座椅安装点和副车架安装点椅安装点和副车架安装点)基本都布置在了前几阶弯扭基本都布置在了前几阶弯扭模态的节点附近，布置较合理。模态的节点附近，布置较合理。Copy right徐传燕 2013年实验模态分析总结实验模态分析总结被测试件被测试件力锤力锤/激振器激振器振动加速度传感器振动加速度传感器力传感器力传感器数据采集器数据采集器信