重庆大学结构模态分析实验.doc

重 庆 大 学 学 生 实 验 报 告 实验课程名称 机械结构模态分析实验 开课实验室 汽车振动实验室 学 院 机械工程学院 年级 2016级 专业班 学 生 姓 名 学 号 开 课 时 间 2016 至 2017 学年第 二 学期 总 成 绩 教师签名 PAGE \* MERGEFORMAT - 8 - 《机械结构模态分析》实验报告 开课实验室：汽车振动实验室 时间：2016 年 2 月28 日 学院 机械工程学院 年级、专业、班 姓名 成绩 课程 名称 结构模态分析实验 实验项目 名 称 结构模态分析 指导教师 教师评语 教师签名： 年 月 日 实验目的 1、掌握实验模态分析的基本原理； 2、熟悉掌握实验模态分析的基本步骤； 测量系统建立； 频响函数测量； 模态参数估计； 3、熟悉实验模态分析仪器及软件； 4、了解结构模态分析的常用方法。 实验原理 模态是机械结构所固有的动态特性，而且每个模态都有一定的固有频率及模态振型。模态参数的值能通过有限元计算或试验分析获得，模态分析实验就是通过实验分析获得模态参数的方法。因为结构的每个自由振动模态都会有一个固有频率与之对应，且每个振动模态之间又是互相独立的，所以自由振动模态的线性组合能够表示任意的结构运动，基于这一性质，模态分析方法被称为最基本的动态分析方法。进行模态分析可以得到每一阶的固有频率和振型，使设计者准确的了解机械结构在不同的激励载荷下是怎样响应的，避免结构发生共振，而且模态分析还是其它动态分析的基础，如谐响应分析、瞬态动力学分析等，其结果有助于在其它动态分析方法中选择控制参数。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内，各阶主要模态的特性，就可能预知结构在此频段内，在外部或内部各种振源作用下实际振动响应，而且一旦通过模态分析知道模态参数并给予验证，就可以把这些参数用于(重)设计过程，优化系统动态特性，或者研究把该结构连接到其他结构上时所产生的影响。因此，模态分析是解决结构动态设计及设备局部损伤检测，控制结构噪声等问题的重要方法。模态分析包括理论模态分析和实验模态分析：理论模态分析，主要指结构有限元分析，主要以线性振动理论为基础，研究激励、系统、响应三者关系的结构动力学过程，是一种理论建模过程，属于动力学的正问题；实验模态分析是指综合运用结构振动理论、信号测试技术、数字信号处理和模态参数识别等技术识别结构模态参数（固有频率、阻尼比和模态振型），是一种试验建模分析结构特性过程，属于动力学逆问题。本实验是通过实验模态分析方法，计算零件1～6阶的固有频率、阻尼和振型特征。 模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内，各阶主要模态的特性，就可能预知结构在此频段内，在外部或内部各种振源作用下实际振动响应，而且一旦通过模态分析知道模态参数并给予验证，就可以把这些参数用于(重)设计过程，优化系统动态特性，或者研究把该结构连接到其他结构上时所产生的影响。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。 工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分析的性质，只有掌握无限多个点在每瞬间时的运动情况，才能全面描述系统的振动。因此，理论上它们都属于无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。但实际上不可能这样做，通常采用简化的方法，归结为有限个自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为由一些集中质量块和弹性元件组成的模型。如果简化的系统模型中有n个集中质量，一般它便是一个n 自由度的系统，需要n 个独立坐标来描述它们的运动，系统的运动方程是n个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。 模态分析是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”，是一种参数识别的方法。 模态分析的实质，是一种坐标转换。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。 实验模态分析采用的方法有主模态法、频响函数法等。主模态法