實驗模態分析的案例
實驗模態分析及其應用
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『下載』實驗模態分析及其應用
李德葆 陸秋海著
科學出版社
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實驗模態分析的理論基礎（模態參數估計）
作者介紹 力學碩士，有七年的結構有限元分析經驗和四年NVH經驗。微信 leslie_wj
1 實驗模態分析的四個假設：
01 線性假設：結構動力特性是線性的。
02 時不變假設：結構的動力特性不隨時間改變。
03 互異性假設：輸入和輸出互換，結果相同。
04 可測量假設：需要的數據都是可以測量的。
筆者認為，有沒有這四種假設，模態實驗交代下來了，還是得做。
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2 實驗模態分析的模態參數估計方法。
01 參數擬合可分為時域法和頻域法。時域法適合小阻尼系統，頻域法可用于大阻尼系統。測試數據質量不高，可以嘗試時域法。
02 參數擬合可分為多自由度法和單自由度法。單自由度法在關心頻帶內只識別出一階模態。
03 參數擬合可分為整體法和局部法兩類。整體法用所有的測試數據擬合出極點，局部法用每一個測試數據單獨擬合出極點。
3 模態指示工具
在實際的模態實驗中，搭建測試系統和采集測試數據，固然是非常重要的兩步，但這兩個步驟，可以不涉及理論，也能做好要做的。實驗模態分析的第三步，識別系統的極點，要掌握好這一步就沒那么簡單了。在這一步中，一般軟件都會提供模態指示工具，筆者將這些指示工具分為兩類：
01模態指示函數：MMIF; NMIF; CMIF; PMIF；每個函數都有不同的計算方法，一般一組數據會算出一個指示函數，而不是每一個數據。
02穩態圖：極其常見和重要的指示工具。該工具的基本原理是，不斷的增加擬合多項式的階數，對比當前階擬合和前一階擬合的差別，根據軟件或者分析者設置的差別等級進行評級，分為模態參數穩定，模態頻率穩定，模態向量穩定，模態頻率和模態阻尼穩定四個級別。
展開 
振動基礎知識：實驗模態分析的基本流程
本文主要講解實驗模態分析及其基本流程。在此之前，我們首先要明確模態分析類型主要有哪些。
模態分析類型
模態分析方法主要可以分為兩類，分別是實驗模態分析 (ExperimentalModal Analysis,EMA) 和工作模態分析 (OperationalModal Analysis,OMA)。
實驗模態分析EMA，被稱之為傳統模態分析，是一種主動地測量方式，主要是通過激勵裝置激勵結構，同時測量結構響應的一種測試分析方法。激勵裝置主要有力錘和激振器。
工作模態分析OMA，也稱為只有輸出的模態分析，是一種被動地測量方式，主要應用于大型結構的模態分析，如土木橋梁行業、大型風力發電設備等。其特征是僅測量結構的輸出響應，不需要輸入。
實驗模態分析流程
在了解模態分析種類的基礎上，我們現在主要來探討實驗模態分析的基本流程。實驗模態分析可以分為四步：建立測試系統、數據采集、模態參數估計和結果驗證。以下，展開詳細說明。
1
建立測試系統
所謂建立測試系統就是確定實驗對象，選擇激振方式，選擇力傳感器和響應傳感器，并對整個測試系統進行校準。這一步主要分為以下幾個方面：
確定邊界條件：約束邊界還是自由邊界。
展開 模態分析理論與試驗
開篇先討論解析模態分析和實驗模態分析所必需的基本理論:由于實驗模態分析是建立在數字信號側量基礎之上的，所以第二章討論與實驗模態分析有關的數字信號處理方面的內容。第三章闡述從實測得到的輸入一輸出數據導出模態參數(共振頻率、阻尼系數、模態振型向量及模態參預因子)所采用的各種方法。這些參數經驗證正確(第四章)后，便可用以時現有結構或處于設計階段的產品的動力學特性加以改進:為達此目標，第五章給出的靈敏度分析、系統動態藕合、結構修改等，都是很有用的工具戈;這次新版后的第六章討論兩方面的課題:有限元模型修正和預試驗分析，由此將有限元分析和實驗振動分析聯系起來。
下篇旨在討論模態分析的實際運作:進行模態分析實驗時，哪些方面要重點考慮?首先概括介紹必要的儀器設備:激振器、力傳感器、位移傳感器、數據采集系統、濾波器及分析系統。接著提出一些有關試驗設置和則量裝笠校準的指導性原則第三章討論幾種可能的激勵信號及其優缺點。第四章說明在實際中如何接步驟進行參數估計，怎樣使用上篇第三章所討論的那些理論工具。
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展開 基于SimSolid的無網格實驗工裝模態分析
最近接到一個實驗工裝模態分析項目，零件比較多，全部是薄壁鈑金焊接裝配而成，要求一天出結果，按照正常流程的話，一天出結果是沒有什么難度的，但是比較繁瑣，要對所有部件抽取中面，然后采用焊接或者rbe2剛性連接，差不多也要大半天時間。突然想到無網格軟件SimSolid，決定快速驗證一下結果。
實驗工裝如圖1所示：
圖1 實驗工裝
本次分析的實驗工裝材料為45#鋼，每個部件之間相互焊接，工裝底部固定約束，分析其固有模態。
實驗工裝焊接如圖2所示：
圖2 實驗工裝焊接示意圖
實驗工裝底部固定約束，如圖3所示：
圖3 實驗工裝約束圖
上述設置完成后，提交分析，模態結果如圖4所示：
圖4 實驗工裝模態結果
由圖4可知，一階模態為100.03Hz，振型為XZ平面內擺動；二階模態為109.68Hz，振型為YZ平面內擺動。
展開 《模態分析理論與試驗》
ISBN：7810457977
印次：1
紙張：膠版紙
字數：377000
版次：1
內容提要：
本書闡述了模態分析理論與模態試驗。上篇介紹了解析模態分析與實驗模態分析、數字信號處理、模態參數識別、模型驗證、模態參數應用以及模型修正和預試驗分析等基本理論。下篇緊密結合上篇的理論，從更為實際的角度介紹實驗模態分析的各種方淪。
本書適合于從事結構動力學實驗與分析的工程技術人員及大專院校相關專業高年級學生和研究生閱讀。
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模態分析理論與試驗
作者：（比利時）海倫 等著，白化同，郭繼忠 譯
出版社：北京理工大學出版社
ISBN：7810457977
印次：1
紙張：膠版紙
出版日期：2001-6-1
字數：377000
版次：1
定價：30元 當當價：26.4元
折扣：88折 鉆石VIP價：25.08元
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內容提要：
本書闡述了模態分析理論與模態試驗。上篇介紹了解析模態分析與實驗模態分析、數字信號處理、模態參數識別、模型驗證、模態參數應用以及模型修正和預試驗分析等基本理論。下篇緊密結合上篇的理論，從更為實際的角度介紹實驗模態分析的各種方淪。
本書適合于從事結構動力學實驗與分析的工程技術人員及大專院校相關專業高年級學生和研究生閱讀。
展開 你知道這些振動與模態分析的主要概念嗎？
廣義定義：模態分析是研究結構物理參數模型、模態參數模型和非參數模型的關系，并通過一定手段確定這些系統模型的理論及其應用的一門學科。
模態分析過程
根據具體的方法和手段，模態分析分為理論模態分析和實驗模態分析。
理論模態分析：即模態分析的理論過程。理論模態分析是以線性振動理論為基礎，研究激勵、結構、響應三者的關系，即通過結構的物理參數模型獲得模態參數模型，進而導出非參數模型。
實驗模態分析：即模態分析的實驗過程，是理論模態分析的逆過程。首先通過結構的振動實驗，測得激勵和響應的時間歷程，運用信號處理技術求得頻率響應函數（傳遞函數），或脈沖響應函數，即獲得非參數模型，然后運用參數識別方法，求得系統模態參數，最后，如果需要進一步求得結構物理參數。
實驗模態分析是綜合運用線性振動理論、動力學測試原理與方法、數字信號處理和參數識別等手段，進行結構參數識別的過程。即通過結構的非參數模型識別出模態參數模型，進而確定物理參數模型。
模態參數識別的分類方法
按參數模型的不同分類：模態參數識別分為頻域參數識別時域參數識別。
按響應信號數目分類：局部識別和整體識別。
按激勵和響應的數目分類：SISO識別，SIMO識別，MIMO識別。SISO識別又屬于局部識別；SIMO和MIMO屬于整體識別。SISO識別中，按對結構模態密集程度不同，又分為單模態識別和多模態識別。
按模態參數識別手段分類：圖解識別法，共振峰值法，分量分析法，矢端圖分析法，計算機識別法。
按發展階段分類為：SISO識別（70年代初期），SIMO識別（70年代后期），MIMO識別（80年代）。
展開 振動與模態分析的主要概念
廣義定義：模態分析是研究結構物理參數模型、模態參數模型和非參數模型的關系，并通過一定手段確定這些系統模型的理論及其應用的一門學科。
五，模態分析有哪兩種分析過程：
根據具體的方法和手段，模態分析分為理論模態分析和實驗模態分析。
1理論模態分析：即模態分析的理論過程。理論模態分析是以線性振動理論為基礎，研究激勵、結構、響應三者的關系，即通過結構的物理參數模型獲得模態參數模型，進而導出非參數模型。
2實驗模態分析：即模態分析的實驗過程，是理論模態分析的逆過程。首先通過結構的振動實驗，測得激勵和響應的時間歷程，運用信號處理技術求得頻率響應函數（傳遞函數），或脈沖響應函數，即獲得非參數模型，然后運用參數識別方法，求得系統模態參數，最后，如果需要，進一步求得結構物理參數。
實驗模態分析是綜合運用線性振動理論、動力學測試原理與方法、數字信號處理和參數識別等手段，進行結構參數識別的過程。即通過結構的非參數模型識別出模態參數模型，進而確定物理參數模型。流程如圖
六，什么叫模態參數識別，模態參數識別有哪些分類方法：
概念：以模態參數模型為基礎，模態參數作為識別目標。優點：模態參數從整體上反映結構的固有振動特性，需識別的參數少，模態參數識別是系統識別的基本要求，也是物理參數識別的基礎。模態參數識別是模態分析的主要任務。
分類方法：
1根據參數模型的不同，模態參數識別分為頻域參數識別時域參數識別。
2按響應信號數目分：局部識別和整體識別。
3按激勵和響應的數目分：SISO識別，SIMO識別，MIMO識別。SISO識別又屬于局部識別，SIMO和MIMO屬于整體識別。SISO識別中，按對結構模態密集程度不同，又分為單模態識別和多模態識別。
4按模態參數識別手段分類為：圖解識別法；共振峰值法；分量分析法；矢端圖分析法；計算機識別法。
展開 
振動結構模態分析：理論、實驗與應用
本書是在總結近30年來國內外有關結構振動模態分析成果基礎上編寫的，既包括20世紀七八十年代形成的主要經典方法，又納入了20世紀90年代的最新成果。全書共分6章，即模態分析理論基礎、時間歷程的測量、動態測試后處理、模態參數識別的時域方法、模態參識別的時域方法、模態分析在工程中的應用。每章后附有一定數量的思考題，書末附有兩個模態分析實驗指導書。
本書可作為高等工科院校力學、機械、土木、水工、海船、汽車、核能等專業高年級本科生、研究生教材，也可供從事相關專業教學、研究與設計工作的大學教師、科研工作者和工程技術人員參考。
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展開 實驗模態分析和仿真模態分析的意義 ￥1
由此，引出了結構動力修改中的靈敏度分析技術。目前較為常見的是基于攝動的靈敏度分析。
模態分析技術從20世紀60年代后期發展至今已趨成熟，它和有限元分析技術一起成為結構動力學的兩大支柱.模態分析作為一種“逆問題”分析方法，是建立在實驗基礎上的，采用實驗與理論相結合的方法來處理工程中的振動問題。
1.什么是模態分析？
模態分析的經典定義：將線性定常系統振動微分方程組中的物理坐標變換為模態坐標，使方程組解耦，成為一組以模態坐標及模態參數描述的獨立方程，以便求出系統的模態參數。坐標變換的變換矩陣為模態矩陣，其每列為模態振型。
2.模態分析有什么用處？
模態分析所的最終目標在是識別出系統的模態參數，為結構系統的振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。
模態分析技術的應用可歸結為一下幾個方面：
1) 評價現有結構系統的動態特性；
2) 在新產品設計中進行結構動態特性的預估和優化設計；
3) 診斷及預報結構系統的故障；
4) 控制結構的輻射噪聲；
模態是振動系統的一種固有振動特性，模態一般包含頻率、振型、阻尼...。
模態分析是研究結構動力特性一種近代方法，是系統辨別方法在工程振動領域中的應用。模態是機械結構的固有振動特性，每一個模態具有特定的固有頻率、阻尼比 和模態振型。這些模態參數可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態分析。這個分析過程如果是由有限元計算的方法取得的，則稱為計算 模記分析；如果通過試驗將采集的系統輸入與輸出信號經過參數識別獲得模態參數，稱為試驗模態分析。通常，模態分析都是指試驗模態分析。振動模態是彈性結構 的固有的、整體的特性。
展開 褚教授邀您來上課 | 4月15日工作變形分析(ODS)與運行模態分析(OMA)，點擊立刻報名
點擊這里或掃描二維碼，即可報名
研討會主題：
工作變形分析(ODS)與運行模態分析(OMA)
研討會內容：
本研討會主要介紹結構動力學分析中的兩種典型方法：工作變形分析與運行模態分析。具體內容涉及：工作變形分析與運行模態分析的定義、功用、分類、理論基礎及主要實施流程，運行模態分析與實驗模態分析的區別及聯系，運行模態分析中物理模態的甄別和虛假模態的剔除方法等。
研討會時間
2025年4月15日（周二）下午15:00-16:00
費用 免費
備注
研討會將通過網絡直播的方式進行，請自備具備上網條件的電腦
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如有任何問題，請聯系HBK (Hottinger Brüel & Kj?r) 中國市場部
? 電郵：doris.yang@hbkworld.com
?電話：021-61133674
?手機：13918703145
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郵箱：cn.info@hbkworld.com
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免費熱線電話：400-900-3165（周一至周五9:00-18:00）
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展開 模態分析振動與噪聲測試技術和信號處理與軟計算
一、研修專家及授課內容 ：
1、課程一：“信號處理與軟計算–及其工程應用”
主講老師：史習智 上海交通大學教授，博士生導師
1、信號處理與軟計算經典方法
傅里葉變換與快速算法
數字濾波器
相關分析與譜分析
2、現代譜估計 - 參數模型
3、軟計算 （智能方法）- 神經網絡與信號處理
4、工程應用案例（以振動和聲學領域為主）
振動環境控制 - 飛行器、船舶、化工等的振動/噪聲環境試驗
故障振動診斷 - 大型風機等旋轉機械的診斷項目
產品質量的聲學控制\聲源定位
特征提取 -介紹有關模式識別的基本知識及相關案例
軸承監測 - 大型pump,演示PRISM4 軟件
5、討論選題 – 信息融合 空時自適應 壓縮感知 分布感知
2、課程二：“模態分析、振動與噪聲測試技術及其應用”
主講老師：姜節勝 西北工業大學資深專家教授，博士導師，模態分析與試驗專家
張永強 振動、沖擊、噪聲領域實踐專家
1、模態分析理論介紹
2、模態測試和參數識別技術
3、載荷識別和有限元模型修正應用
4、結構動力學優化設計技術及實例分析
5、振動模態聲學測試分析技術
6、數字信號處理（DSP）技術
7、實驗模態分析（EMA）的典型應用
8、實驗模態綜合技術應用
9、聲振特性的估計
10、現場振動、模態聲音信號測試分析
11、振動測試、降噪經典應用實例 （機床、汽車、橋梁、飛機等）
有需要參加的朋友可以聯系我 季老師 郵箱:799759664@qq.com 或留下郵箱，我把詳細課程內容發給您
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