专业小程序设计开发——助力新电商新零售

电话+V：159999-78052，欢迎咨询模态激振器实验仪器，[小程序设计与开发]，[小程序投流与推广]，[小程序后台搭建]，[小程序整套源码打包]，[为个体及小微企业助力]，[电商新零售模式]，[小程序运营推广及维护]

一、悬索桥相似模型的模态试验技术?

一、前言

试验模态技术发展已将近20年，工程应用亦十分普遍。一般桥梁结构模型的模态试验，和大多数结构模型一样，因都是在线性小振幅范围内进行，且频率范围适中，所以都比较容易做。但特大跨径悬索桥相似模型的模态试验却不是这样。

如全桥风洞模型，因要求与原型相似，模型本身就是一座既柔又轻的结构物。加上实际模型设计过程中，原桥结构的刚度相似往往以脊骨形式满足，质量分布相似则以加集中质量满足，而加劲梁斯塔等又都要求气动外型相似，故整个结构质地轻柔、形？quot；松散“。悬索桥相似模型的这些特点，使传统的模态试验方法产生如下几个问题：

1.激励锤作用在轻柔的模型上，出力大小不易掌握。太重，模型不能承受：轻了，能量不够，远离激励点的测点的传递函数（由于信躁比低）质量会很差。

2.用随机信号发生器驱动连接在模型上的电磁激振器，因为激励模型的力是有一定周期的随机躁声且大小是可调的，所以能激发出模型比较理想的多阶模态。但这里：①激振器与模型的连接杆对模型有一个附加质量，当模型本身的质量贡献不能忽略这个附加质量的影响时，就不能用这种方法。②悬索桥桥塔和加劲梁（包括主缆）的低阶振动模态是分开的，在桥塔上安装激振器，基本不能激励出加劲梁的模态。

3.模拟实桥环境随机振动方法，对模型进行随机激励，以能使全模型保持随机振动状态，测定模型各测点的响应，用这些响应的线性谱和（响应对响应的）传递函数确定模态参数。实测表明，由此得到的传递函数质量比较差也难以满足要求。

针对上述问题，笔者凭籍对模态试验技术原理的深刻理解以及在各种结构模态试验方面丰富的实践经验，采用一种“准周期脉冲激？quot；（介于上述1，2之间）的方法，使特大跨径悬索桥相似模型的模态试验这个难题得到了解决。

二、模态试验分析的基本原理

结构模型可离散为某种具有N个自由度的线弹性系数，其运动微分方程为：

给定输入{f（x）}（可以是激励锤产生的脉冲力，也可以是小型电磁激振器产生的随机激励力），测出模型的响应信号（输出）{x（t）}，就可以得到该模型的传递函数。用公式表示：

｛X（w）｝＝[H（w）]{F（w）}

对系统p点的激励并在l点措振，可得到传递函数矩阵中的第p行l元素

式中，φliφpi为l，p点的振型元素，从而对结构上一（或多）点激励，多（或一）点拾振，即可得到传递函数矩阵的某一列（或行），进而计算出模态参数。

具体做起来，对锤击法，单点激励、多点措振或多点激励、单点措振都是一样的；而激振器激励一般采取单点激励、多点拾振方法。

三、模态试验分析方法

“准周期脉冲激励”方法的思路是针对普通脉冲力出力偏大偏小都不妥而激振器激励会产生附加质量的影响提出来的。考虑用一个大小适中的脉冲力，按一定的周期连续地对模型进行激励，使模型始终保持振动状（当然，这种振动绝对是与锤击力有关的）。同时测量，记录输入力和输出加速度的时域信号，再进行传递函数分析。

下面通过某长江公路大桥的例子介绍具体做法。

1.测点布置

把模型纵向分成10个断面，每个断面加劲梁和缆索上各两个测点，所有测点都是二维的，整个模型试验共60个测点。

2.几项关键技术

实测、分析过程中，主要把握以下几点：

（1）激振。在激励锤上安装橡皮缓冲头，既保护模型免遭硬物冲击，又使脉冲力的作用时间加长，并且增强低频段的能量。脉冲力作用周期为3～5s，视具体模型频响特性而定。

（2）多点拾振。同时测量几个测点的二维振动，一方面节省试验时间，另一方面尽可能减少对（纤弱的）模型的敲击次数。

（3）信号采样和分析。悬索桥模型的感兴趣频率最高一般不超过10Hz，为此：①采用30～50Hz的采样频率，至少采满51200个数据点；②做传递函数时，对力和响应都加海宁窗；

③采取分段平均。以上措施可以保证传递函数在10Hz以前的质量。

四、结论

做大跨度悬索桥相似（如风洞）模型的模态试验比较难做，本文介绍的方法解决了这一难题，实际模态试验得到了理想的数据结果。其关键在于：

（l）提出了“准周期脉冲激励”的方法，并付诸实用；

（2）对模态试验分析技术的熟练掌握，包括合适的激励点和激励角度、单点激励和多点二维拾振等测振技巧。

二、模态试验中激振器激励与锤击激励的异同

【引言】

模态试验，作为研究系统振动特性的核心手段，通过测量频率、阻尼、振型等参数，揭示结构动态响应的秘密。在实验中，激励手段的选择至关重要，本文将深入探讨激振器激励与锤击激励在试验中的异同，以北京东方所与铁道科学研究院合作的动车组轮对模态测试为例进行剖析。

【试验配置解析】

1.力锤激励

图1所示，力锤激励试验配置主要包括采集系统，装有力传感器的力锤，以及加速度传感器。它的灵活性在于能轻松定位激励点，但对测试者的技术要求较高，需确保敲击力度一致，避免影响数据的互异性。

2.激振器激励

如图3所示，激振器激励配置则包含了采集仪、功率放大器、柔性杆、阻抗头和加速度传感器。激振器的优势在于控制力的精确性，但可能引入额外的质量和刚度，对轻型结构和对称结构的测试有影响。在MIMO试验中，激振器数量与试验成本相关。

【试验过程与差异】

3.1试验设置差异

力锤可灵活改变激励点，但要求操作技巧，而激振器控制力更稳定，能避免局部模态。然而，激振器连接结构可能导致额外误差，且MIMO试验成本上升。

3.2信号处理差异

力锤需要高采样率，可能影响频率分辨率；力锤信号需处理泄露和噪声，激振器信号处理则依赖于激励信号类型，可能涉及多输入频响函数算法。

【实验结果与分析】

通过对比力锤和激振器的模态拟合结果，两者模态频率基本一致，但激振器激励在特定位置由于结构对称性被破坏，导致模态数量的识别略有差异。

【结论提炼】

结论是，激振器与力锤各有优势：激振器提供更精确的力控制，而力锤对结构影响较小。在信号处理上，两者方法各异，需针对具体结构特点选择合适的方法。特别是密集模态结构试验，激励方式和参考点数量的选择至关重要。

【结束语】

模态试验怎么做？

2022-01-18 17:21·翔宇测控来源：COINV东方所振动噪声测试（ID：coinv2016）

模态试验的主要过程

01几何建模

模态试验中仅仅对结构的一点进行激励和响应测量是不够的，实际中可以对结构上的多点进行激励(MISO)或者测量多点的响应(SIMO)，或者在多点激励并测取多点响应(MIMO)。在结构上合理确定这些激励和响应测点，以及定义自由度确定测量方向，是几何建模的主要内容。如图1为确定汽车结构几何测点位置的过程。

图1几何建模需要确定测量点位置、方向和约束信息

02测量

对于EMA模态试验，常使用力锤或激振器对结构进行激励，在所规划的测点位置布置振动传感器，通过数据采集器同步测量激励和响应信号。

对测量到的激励和响应信号进行传递函数分析，可得到频响函数FRF，基于这些FRF就可以进行模态参数提取了。在传递函数分析中，除FRF的幅频和相频曲线之外，相干曲线也是非常重要的，可以用来判断测量数据的有效性。

对于OMA模态试验，可以直接使用半谱、相关函数或时域波形进行模态参数的提取，则激励信号的获取与FRF的计算过程就不是必须的。

注意判断测量数据的好坏：

分析频率是否合适，激励力的频率范围是否合适相干系数是否足够，一般不应低于0.75，对于EMA应更高一些，OMA可能低一些若数据不好，除了理论上的一些误差外，还应注意：

连线不好，测量的是噪声，不是实际信号信号过载，欠载，有干扰信号OMA多组测量时，测量时间不够长，各组之间的数据融合不好。图2为典型的FRF曲线，上部为幅频曲线，中部为相频曲线，下部为相干函数。

图2典型的FRF曲线

03模态拟合--参数提取

从测量数据中提取模态参数的过程有很多方法，经典的频域方法主要通过FRF来进行参数识别。以最简单的PPT峰值拾取法为例，通过所有测点的FRF的集总平均可以获得各阶固有振动的频率和阻尼比，而振型则可以通过各阶频率的FRF的相位信息来获取。但是PPT方法只能适合一些简单结构，其各阶模态频率较为分散。实际工程中的结构可能较为复杂，各阶振动之间相互耦合，这就需要一些曲线拟合的数学算法来完成，所以也称为模态拟合方法，一般通过计算机软件来完成，如图3，将测量得到的FRF曲线拟合为3个单自由度的曲线，以获取3阶模态参数。

图3从测量的FRF中拟合出若干个单自由度曲线

04结果验证

完成模态参数识别后，需要通过一定的验证手段来确认提取过程是否正确，或者提取参数的精度是否满足要求。

振型相关矩阵可检查模态分析的振型结果是否可靠。如图4，该矩阵主要用来校核各阶模态振型之间的正交性，矩阵关于主对角线对称，主对角线的元素都为1。矩阵元素的行号和列号分别代表了两阶模态，其大小表示了这两阶模态振型的正交性，为归一化后的两阶模态振型标量乘积，值越小表示正交性越好。理想的模态分析结果的振型相关矩阵除主对角元素外，其它元素的值都很小。

判断模态分析结果好坏的另一个有效方法就是比较拟合结果，即比较实测的频响函数曲线和由各阶模态留数构成的理论频响函数曲线的差异。

其他如稳定图中的MAC值、模态重要性指示函数MII、多方法结果相互校核等都可以作为结果验证的手段。

图4利用振型相关矩阵校验模态分析结果

北京神州翔宇技术有限公司

【WINDRISES MINIPROGRAM PROMOTION】尊享直接对接老板

电话+V： 159999-78052

专注于小程序推广配套流程服务方案。为企业及个人客户提供了高性价比的运营方案，解决小微企业和个体拓展客户的问题