模態分析、模態試驗的案例
重型汽車車架有限元模態分析與試驗模態分析比較
摘 要：本文在有限元軟件HyperWorks中建立了車架的有限元模型，并通過OptiStruc求解器進行模態計算，將理論模態分析結果與試驗模態分析結果進行了對比，對比結果證明了理論分析和試驗分析基本一致，說明有限元模型是正確合理的，是對車架進一步進行理論計算的基礎。
關鍵詞：HyperWorks 車架 模態分析有限元
1 前言
重型汽車車架是一個無限多自由度的振動系統，在外界的時變激勵下將產生振動。當外界激振頻率與系統的固有頻率接近時，將產生共振。共振將會使得乘員感覺不舒服，帶來噪聲和早期疲勞破壞。因此，合理的車架模態對提高整車的整車的可靠性和NVH性能等有十分重要的意義。在汽車產品設計開發過程中，預先掌握所設計產品的動態特性，使所設計的產品滿足動態特性要求，對車輛的動態特性是非常重要的。可以從兩個方面獲得產品結構的固有振動頻率和振型，一種方法是通過試驗的方法，對樣車進行模態試驗，識別出結構的各階模態頻率和振型，另一種方法是通過理論分析計算，分析計算出結構的各階模態和振型。試驗方法的局限性是必須在設計樣車制造出來之后，才能進行試驗分析。通過對實際樣車的試驗分析，得出產品的基本動態特性，如果不能滿足設計需求，需要重新設計，然后再生產樣車試驗。如此往復多次，才能得到一個較為滿意的產品。但是產品開發周期長費用高，不能夠迅速推出產品，占領市場，對企業發展不利。理論計算分析則可以在設計的初始階段，不需要生產樣車，通過計算分析就能夠得到產品的各項動態性能指標，這樣就很大程度上節省開發費用，并縮短研發周期。
本文利用有限元方法，采用HyperWorks軟件離散并建立了重型汽車車架的有限元模型，利用求解器計算，得出了車架的前十階自由模態頻率和振型，并和試驗模態進行了對比。
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車架的，模態試驗振型如圖5所示：
a）車架一階振型 b）車架三階振型 c）車架四階振型
圖5 車架模態試驗振型
4 結論
有限元模型必須有較高精度，其分析結果才是可信的，其分析結論才能在產品設計中實際使用。
從以上的理論計算和試驗分析結果可知，第二階試驗模態則沒有在試驗中測出，分析其原因，由于在試驗過程中，車架的前后方向通過充氣輪胎內胎進行支撐，由于車架較重，導致支撐輪胎的外邊緣向上翻起，限制了車架的橫向自由度，其次是實驗數據的測試處理誤差造成的。除了第二階模態沒有測試出來之外，其它幾階理論與試驗模態是一致的。使用OptiStruct求解器得出的理論模態頻率與試驗模態頻率的誤差在10%以內，計算精度較高，完全滿足工程設計的需求。車架有限元模型可以用來做進一步的計算分析，分析車輛的力學特性，為設計提供理論依據。
5 參考文獻
[1] 馬天飛，王登峰，劉文平.重型商用車駕駛室白車身的模態分析與試驗研究.汽車工程，2009，（VO1.31)NO.7.
[2] 高云凱.汽車車身結構分析.北京理工大學出版社，2006.
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分析結果
3.1 理論計算分析結果和試驗分析結果
理論和試驗模態分析僅考慮了白車身自身的質量和剛度,分析計算了白車身的自然模態頻率和振型。理論分析頻率范圍為0～80Hz, 試驗分析頻率范圍為0～100Hz，各階模態的理論和試驗分析結果如表1所示。
表1 白車身模態的理論計算和試驗分析結果
3.2 主要振型圖
白車身有限元理論模態分析結果的前幾階模態振型圖，如圖1～4所示。
圖1 一階模態振型（縱向彎曲）
圖2 二階模態振型（扭轉）
圖3 三階模態振型（橫向彎曲和扭轉組合）
圖4 五階模態振型
（整車扭轉、駕駛室和風窗對角扭轉變形）
分析結果討論
4.1 有限元模型精度驗證
有限元模型必須有較高精度，這樣其分析結果才是可信的，其分析結論才能在產品設計中實際使用。從表1的理論和試驗分析結果可知，理論和試驗分析的前三階模態是非常一致的，其前3階模態的對比分析結果如表2所示。
表2 前3階模態對比
在4階以上模態，分析表1的計算和試驗結果，可以發現在階次錯位的情況下，其頻率和振型是一致的，即理論模態的第5階以后和試驗模態的第7階以后，各階模態在頻率和振型上是一致的。
理論分析在30～40Hz段沒有模態，試驗分析在該段有2個局部模態，其原因有兩方面，其一是模型的簡化造成局部模態的改變；其二是試驗誤差和數據處理誤差造成的虛假局部模態。而有限元模型建立時，對其結構未作大的簡化，分析方法采用的是LANCZOS算法，這基本可以判斷理論計算的結果是可信的，試驗時在30～40Hz段出現的局部模態是試驗誤差和數據理誤差造成的。去掉這兩個局部模態，則理論和試驗是基本一致的，并且計算精度較高。
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。
模態分析理論與試驗
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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 模態試驗技術
share一點資料，東方所的模態分析軟件使用說明及分析實例，雖然是針對其產品的說明，但也有相當的參考價值：里面包括了完整的模態分析試驗步驟以及模態試驗時測點、激勵點的選擇原則等，希望對大家有點幫助
206973-modal.zip
來自Agilent Technologies的The Fundamentals of Modal Testing，也對模態試驗很有參考價值
207867-TheFundamentalsofModalTesting.pdf
實驗模態分析和仿真模態分析的意義 ￥1
對動態物體進行模態分析可以簡單的理解為,求其各階振型及對應的自振頻率。
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，則稱為計算模態分析；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。如果通過模態分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內各階主要模態的特性，就可能預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下實際振動響應。因此，模態分析是結構動態設計及設備的故障診斷的重要方法。
機器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實際振動千姿百態、瞬息變化。模態分析提供了研究各種實際結構振動的一條有效途徑。首先，將結構物在靜止狀態下進行人為激振，通過測量激振力與胯動響應并進行雙通道快速傅里葉變換（FFT）分析，得到任意兩點之間的機械導納函數（傳遞函數）。用模態分析理論通過對試驗導納函數的曲線擬合，識別出結構物的模態參數，從而建立起結構物的模態模型。根據模態疊加原理，在已知各種載荷時間歷程的情況下，就可以預言結構物的實際振動的響應歷程或響應譜。
近十多年來，由于計算機技術、FFT分析儀、高速數據采集系統以及振動傳感器、激勵器等技術的發展，試驗模態分析得到了很快的發展，受到了機械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產業部門的高度重視。已有多種檔次、各種原理的模態分析硬件與軟件問世。
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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。
模態識別.rar
模態分析理論與試驗.part1.rar
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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
出版日期：2001-6-1
機翼振動模態試驗與顫振分析
以一個大展弦比機翼的標準模型作為研究對象，對于機翼根部固支情況的結構進行模態測量并與有限元模型的固有振動模態數值計算結果進行對比，利用試驗所得模態參數，對結構有限元模型作出相應調整。利用調整后的模型進行氣動彈性顫振分析
機翼振動模態試驗與顫振分析.pdf
模態空間-如何在模態試驗中選擇參考點位置？
通過評價這個原始矩陣的子矩陣的SVD（也按照可控的方式去掉個別的參考點），可以確定重要模態數目，如果我們得到了相同數量的重要模態，則可以認為去掉的參考點并不是關鍵參考點。但是，如果識別出的主要模態變少，則認為該參考點對于那些不再觀察得到的模態是重要參考點，應該被保留。
圖3 系統化地選擇FRF子矩陣用于SVD分析
所以，盡管測量許多隨機選擇的頻響函數來確定可能的參考點位置是一種習慣性做法，但另外一種使用數學方法進行SVD來確定可能的參考點，則可能是一種更為嚴謹的方式，這種方法，通常稱為試驗參考點確定方法（TRIP）。這種方法為參考點的確定提供了另一種途徑，當沒有分析模型，或者對用于預試驗分析的有限元模型的準確度無法確定的時候，這種方法特別有效。
其實真正的竅門還是要選擇一個合理的ui uj項，使得參考點位置的模態振型值是一個較大的數值，這就會使頻響函數有明顯的峰，從而得到可用的測量結果。當然為了達到這個目的，我們必須清楚系統的模態振型是什么樣子，這時候運用有限元模型或先驗知識會很有幫助。
如果您有關于模態分析的其它任何問題，歡迎垂詢。
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模態分析理論、試驗、LMS、DSP
模態分析相關資料
模態分析理論與實驗.pdf
LMS理論背景.pdf
1 DSP.pdf
試驗設置與剛體模態對感興趣的高階彈性模態的影響
需要注意的非常重要的一點就是該結構剛體模態頻率遠遠低于第一階彈性模態頻率（從測量數據當中很難看到，但剛體模態的頻率接近于1Hz。），這意味著結構的第一階彈性模態頻率高于剛體模態頻率的10倍，但要注意的是第一階彈性模態很顯然被支撐條件影響了。
人們總說只要系統的彈性模態頻率大于剛體模態頻率的10倍就可以認為他們之間不會互相有影響，但事實是這取決于你的評判標準。在這個例子中，如果你認為5%的差異是可以接受的，那我們當然可以認為在這樣的條件下剛體模態不會對彈性模態造成影響，而本例中彈性模態與剛體模態的頻率比接近了40:1。但是你還需要確認一下別人是否認同的你的試驗結果，這取決于結果到底有多精確；對于不同的試驗對象、不同的行業、不同的試驗條件都會有相應的變化。
在這個的復合材料板的例子中，我們做了許多次測試，并且對結果進行了仔細的對比；不僅僅對于頻率，也對結構的振型進行了對比，從數據中觀察出了一些變化。對此，你需要檢查一下頻率和模態振型。
我們需要仔細判別這些數據，來確認結構的模態頻率與振型在不同的試驗條件下產生的變化；可能模態振型是我們所感興趣的參數，其差異并不明顯，或者模態頻率是對設計至關重要的參數，這取決于具體的應用情況。
因此我們應該怎么做呢？好吧，如果我們有一個有限元模型，那我們可以很簡單地分析出來邊界條件對模態振型與頻率的影響。我們可以通過相關性分析工具輕易地判別出振型與頻率在不同邊界條件下的變化，這可以在運行實際測試之前完成，以確定是否有影響；如果有任何影響，那么就可以觀察到。用這種方法可以對模態特性上的預期變化進行一定的評估，通過分析來確定模態特征上的這些變化可能怎樣影響最終的系統響應。
展開 結構模態分析、試驗與修正技術暨故障診斷
結構模態分析技術從20世紀60年代后期發展至今已趨成熟。結構模態分析與參數辨識已成為工程中解決結構動態性能分析、振動與噪聲控制、聲源定位辨識、故障診斷等問題的重要工具，它和有限元分析技術一起，已成為結構動力學中兩大支柱。日前這一技術已發展成為解決工程振動問題的主要手段，在航空、航天、汽車、艦船、機械設備和橋梁、建筑、電力、水利等領域被廣泛應用。
為指導廣大企業正確選擇、有效應用結構模態分析、試驗技術暨故障智能診斷，解決企業人才匱乏問題，中國振動工程學會故障診斷專業委員會定于2011年5月13日—18日在杭州舉辦“結構模態分析、試驗與修正技術暨故障診斷”高級研修班，研修學員經考試合格后，由人力資源和社會保障部頒發《專業技術人才知識更新工程證書》.該證書由人力資源和社會保障部專業技術人員管理司統一編號注冊,作為本人崗位聘用,晉級,職稱評定,職業能力考核和繼續教育學分的證明,全國通用.望各相關單位積極報名參加。
一、研修模式：
此次研修，力爭讓學員接觸到國內外先進的“結構模態分析、試驗與修正技術暨故障診斷”知識，相互交流工作中的一些難點、經驗。在教學方式上，采用理論、實踐與案例分析有機結合的方法，使學員在理論、實踐和應用等方面都得到極大提高。
二、研修專家
：西北工業大學資深專家教授，博士導師
姜節勝
三、研修內容
模態分析的理論基礎
模態測試技術
模態參數辨識的頻域方法
模態參數的時域辨識方法
多輸入多輸出系統的模態參數辨識
動態載荷識別、模型修正與結構動力修改
模態綜合技術
模態分析在工程中的應用實例
有需要的朋友可以聯系我，或回復郵箱 16081620@qq.com 索要詳細學習內容。
展開 客車車身試驗模態分析及其在車身定型中的應用
客車車身試驗模態分析及其在車身定型中的應用
