试验模态分析

1、试验模态分析刘晨阳引言Page:2/25模态分析的方法Page:3/25试验测试获得模态的思路我们所研究的对象（系统）与外界的关系一般可用如下的图来表示：系统识别问题 Page:4/25求模态问题试验模态分析系统组成Page:5/25试验模态分析系统组成Page:6/25试验模态测试系统组成信号放大器功率放大器信号发生器数据采集仪计算机加速度传感器激振器力传感器Page:7/25试验模态测试的步骤Page:8/25支撑方式Page:9/25试验准备结构激振信号采集参数识别试验准备结构激振信号采集参数识别信号信号特点特点脉冲信号对被测试件无附加质量和刚度约束，能量分散在很宽频带内，激励能量小、信

2、噪比低，纯随机信号激励能量分布在很宽的频段内，功率谱是平谱，经多次平均后可消除各种噪声信号干扰、非线性影响及畸变；但由于信号的非周期性，导致信号处理时的截断误差，引起能量的泄露正弦扫描传统的激励方法，比较成熟。它具有激励能量集中，信噪比大，测试精度高，但测试时间长Page:10/25机械式激振器利用转动时不平衡质量惯性力作为激励力能产生频率可变的常力Page:11/25电磁式激振器 将输入信号转换成 交变磁场，在磁场中放置一个线圈，利用电磁力产生激励力激励的频率和幅值彼此是独立控制的,具有较大的可控性Page:12/25电液式激振器Page:13/25冲击锤锤体力传感器锤帽锤柄附加质量锤帽材质

3、：钢，铝，塑料，橡胶，充气锤帽Page:14/25T(ms)(tF(Hz)H(f)钢、铝塑料橡胶、充气锤帽F(Hz)钢、铝塑料橡胶、充气锤帽T(ms)H(f)(t冲击锤锤击法特点及适用1、不需要信号发生器、功率放大器及激振器等精密贵重仪器2、不必考虑激励设备与试验结构的连接问题及由于连接不当对试验结果的影响3.试验速度快, 试验周期短。激励能量小、信噪比低，故测试精度不高。一般用于中小型结构的快速试验。Page:15/25Page:16/25试验准备结构激振信号采集参数识别Page:17/25试验准备结构激振信号采集参数识别频响函数频响函数模态分析模态分析) f (HFrequency曲线拟合

4、单自由度模态系统单自由度模态系统时域信号时域信号频域法频域法频域信号频域信号传递函数传递函数模态参数模态参数FFT传递函数估计参数辨识时域信号时域信号时域法时域法数学模型数学模型模态参数模态参数建模参数辨识模态测试应用实例某型洗衣机箱体模态测试滚筒洗衣机在工作时，箱体会因受到来自筒部撞击及电机的振动载荷激励而振动。对洗衣机箱体进行模态分析，识别箱体的动态性能，对机箱结构的改进、减振降噪以及洗衣机整机多体动力学分析与仿真都具有重要意义。模态分析过程Page:18/25洗衣机箱体的有限元模态分析1.建立箱体有限元模型2. 有限元离散将实体模型导入ANSYS中，用以四边形为主的壳单元对箱体进行有限元

5、离散单元数为108 741个节点数为111 123个在Pro/E中建立滚筒洗衣机箱体的三维实体的简化模型Page:19/25洗衣机箱体的有限元模态分析1阶24.474Hz2阶29.201Hz3阶42.4271Hz4阶42. 7Hz箱体的前四阶振型均发生在箱体的两侧，呈“鼓”状振动。前两阶振型相同，仅相位相差180，且频率接近于洗衣机的工作频率（洗衣机按01 600r/min计，频率在027Hz区间），是洗衣机整机产生振动噪音的主要源头之一Page:20/25洗衣机箱体的试验模态分析采用比利时LMS 公司的LMS Test.lab 测试系统，实现对箱体的试验模态试验和分析，测试系统主要由模态加速

6、度传感器、冲击力锤、LMSSCADAS采集前端、LMS Test.lab分析软件组成试验测试系统Page:21/25洗衣机箱体的试验模态分析支撑方式：自由支撑激振方式：冲击力锤（软头）测量方法：在箱体上布置127个测点，在箱体的后上部、右侧板中心这两个测点安置加速度传感器，试验过程中，移动带有力传感器的力锤，敲击其余125 个测点，为了提高信噪比，每个测点敲击4次，测得的4次响应数据进行线性平均。试验测试方法Page:22/25洗衣机箱体的试验模态分析用Test.lab软件对箱体各测点传递函数进行模态拟合，计算模态参数。试验模态测试结果固有振型完全相同有限元分析结果的各阶固有频率均低于试验结果推测为箱体在冲压成型后产生了残余应力，间接性提高了箱体刚度。比较两次模态分析的结果Page:23/25箱体有限元模型的修正和分析调整箱体材料的相关参数，重新进行有限元计算修正后的有限元计算和试验结果，各阶固有频率的相对误差在4.5 %以内，各阶振型仍然保持一致。Page:24/25结论 通过模态分析发现，该箱体前4阶模态均发生在两侧板上，固有频率相对较低。 该洗衣机整机其第1、2阶模态也发生在两侧板上，固有频率分别为21Hz和