车桥模态试验试验数据处理及分析

1、车桥模态试验试验数据处理及分析对前期得到的车桥的整体模态分析数据，首先在LMS Test.Lab10A软件的PolyMAX模块中进行处理。该模块采用的是PolyMAX方法来进行模态参数的识别。PolyMAX方法称为最小二乘复频域法，它是一种非迭代频域参数估计算法，因为PolyMAX方法能够很容易得到系统的极点，并且能够准确的稳态图，所以得到了广泛的应用。PolyMAX模块在进行数据处理时，一般有三个步骤:带宽的选择(Band)、极点的选择(Stablilization)和计算模态振型(Shapes)。1）选择带宽本文选择0-1024Hz的频率范围来分析。2）选择极点稳态图不但给出了所存在模态数

2、的强烈指示，而且是确定物理极点“最佳”估计的最强有力工具。假定极点数继续增加，每次增加，稳态图都指明在频率轴的什么位置发现极点。物理极点总是作为“稳定极点”出现，几乎与假定模态数无关，即极点不随极点假定数增加而改变。 本次模态分析的模态提取稳态图如图3-21所示：图3-21 模态提取稳态图PolyMAX模块的稳态图下方的Type共有5 种状态，Pole, frequency, damp, vector, stable。它们分别对应稳态图中的o、f 、d、v、s这五种符号。它们各自的意义如表3-1所示：表3-1稳态图中符号含义符号含义o极点不稳定f极点的频率在公差范围内稳定d极点的阻尼和频率在公

3、差范围内稳定v极点向量在公差范围内稳定s极点的频率、阻尼、向量在公差范围内都稳定在选择极点的时候，应选取s最多的波峰，这样的模态更加的稳定，更能真实的反映出模态频率。3）计算模态振型：极点选择以后，进入shapes界面进行桥壳振型的比对，确定了桥壳的前六阶振型。由于试验条件的限制和试验仪器存在着一定精度误差，所以本次试验的低阶模态具有参考价值。试验结果如表3-2所示：表3-2 桥壳自由状态下的实际的各阶固有频率和振型描述阶数固有频率(Hz)桥壳振型描述1101.581桥壳在XOZ平面内的局部一阶弯曲2307.473桥壳在XOY平面内的局部一阶弯曲3327.514桥壳在XOZ平面内的局部二阶弯曲

4、4409.217车桥在XOZ平面内的局部三阶弯曲5696.339桥壳在XOZ平面内的整体弯曲扭转6899.739桥壳在XOY平面内的整体弯曲扭转识别出的桥壳前六阶振型图如图3-22（a）-（f）所示：图3-22 (a)车桥在XOZ平面内的局部一阶弯曲图3-22 (b) 车桥在XOY平面内的局部一阶弯曲图3-22 (c) 车桥在XOZ平面内的局部二阶弯曲图3-22 (d) 车桥在XOZ平面内的局部三阶弯曲图3-22（e）车桥在XOZ平面内的整体弯曲扭转图3-22（f）车桥在XOY平面内的整体弯曲扭转然后进入模态验证（Modal Validation）模块进行模态验证。该界面主要功能是用来进行模态

5、分析结果（模态模型）的精度，有多种手段可供验证模态模型的精度。模态模型的参数包括：固有频率、阻尼比、模态振型和模态参预因子。验证工具包括： 模态比例因子（MCF）和模态置信判据（MAC）、输入与输出之间的互易性、广义模态参数（定标尺）、模态复杂性、模态共线性和平均相位偏差、模态模型的比较、模态指示函数、FRF 累加等。这里先简单介绍一下模态置信判据（MAC）。模态比例因子(MSF)： （3-4）模态判定准则(MAC)： （3-5）MSF ：是指两个向量之比值的最小二乘估计。MAC：可当作一个工具比较不同组的估计振型。如果MAC=1，表示两个向量在一个MSF内，是完全等同的。如果MAC=0，表示

6、两个向量之间不存在线性关系，估计出的MSF无意义。模态判定准则如下:如果同一物理模态的两个估计的MAC值低(例如<90%)，则至少其中一种估计不良。此时要检查一下估计的某一阶模态是不是由于试验中因激励不良而出现的或由于参数估计方案不同。如果两个模态频率相近，其MAC值高(例如大于35%)：至少结构上有两部分其模态很相似。此时要检查结构和响应传感器安装位置。如果频率相差悬殊的两个不同模态的估计之间的MAC值高(例如大于35%)，则强烈表明试验设置破坏了可观性。而感器数量不足或安装位置不当致使产生两个相似模态。MAC的第二个应用是检验模态振型被质量矩阵加权时的正交性，即 （3-6）其中，表示

7、第k阶模态的模态质量。 甚至在质量矩阵不知道的情况下，上式也是可利用的，通常假定其为有大致相等元素的对角线矩阵。在这一前提下，计算两个不同模态之间的 MAC值，也就等于近似地检验它们之间的正交性。点击Auto-MAC按钮，在右边会以表格和矩阵形式显示桥壳前六阶模态的MAC值。如图3-24和表3-3所示。图3-23 Auto-MAC按钮 图3-24 MAC矩阵表3-3 前六阶模态的MAC值模态阶数固有频率（Hz）一阶模态101.581二阶模态307.473三阶模态327.514四阶模态409.217五阶模态696.339六阶模态899.73911101.581100.0000.0541.08113.5110.1161.84622307.4730.054100.0000.05913.1131.64823.31333327.5141.0810.059100.00024.5282.5200.34844409.21713.51113.11324.528100.0003.17715.42655696.3390