純模態試驗
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
純模態試驗的視頻教程
幫助文檔-支架的模態分析（OptiStruct）-純文字版
根據官方文檔錄制的視頻，添加文字說明； 包含創建工況、計算和后處理等過程。 提供練習模型。 注：本視頻沒有聲音。
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純模態試驗的實例教程
在純模態調諧時，通過調節頻率的變化，使得MIF值達到0.8以上，測得尾舵系統的模態頻率和振型，并改變激振力的幅值，測得模態頻率、結構振動幅值和激振力幅值的曲線，進行最終的模態參數確認。
圖9 純模態調諧繪制的力-頻曲線（一階彎曲模態）
在對尾舵系統進行分析時，可使用漢航Hunter MF12硬件以及NTS.LAB軟件進行純模態測試分析，獲得其準確動力學特性。
圖10 試驗流程圖
使用漢航NTS.LAB純模態測試分析軟件研究尾舵結構在一定預緊力下，通過增加激振力，模態參數變化的變化規律，為進行非線性尾舵結構振動模態參數識別提供了試驗數據。此基礎上獲取不同激振力對應的不同工況的約束，輸入至有限元模型進行仿真計算得到模態參數，并與試驗模態結果進行比較，指導、修正各種工況對應的有限元模型，確保有限元模型具有一定的合理性和準確性，可進而為進一步優化設計、制造提供依據。
展開 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 ——如何在模態試驗中選擇參考點位置？
——該考慮哪些問題呢？
——我們討論一下看看該如何考慮這個問題。
現在，參考點位置的選擇是進行試驗模態測試的關鍵環節之一，如果參考點位置選擇得不合適，那么會很有可能使系統的某階或多階模態結果很差，甚至丟失。如果我們之前對類似的結構有過測試經驗，那么可以根據經驗選擇參考點，這種屬于比較簡單的情況。但是，當模態結構較為獨特且之前沒有進行過測試，那么參考點的選擇就會相對困難。顯然，在模態測試中，是否具有選擇參考點的經驗非常重要；另外，如果有分析模型的話也可以幫助我們選擇參考點。因此，我們來討論一下參考點選擇的基礎知識，并看一下選擇參考點位置時需要考慮的因素。
第一個要討論的是決定參考點選擇的基本方程。就像我總是對我學生講的那樣，“記住，絕大多數模態問題的最重要的解決方法就是ui uj”。當然，學生們一開始都不相信甚至取笑我，但最終他們認識到，大多數模態問題在很多時候就是用這句話來解答的。因此，大家應該可以明白我說這句話的意思，首先回憶一下，留數矩陣按如下形式給出
我們不會采集全部的輸入輸出組合（并且理論告訴我們也沒有必要全部進行測量），因此需要非常仔細地選擇測量哪些行或列，如果我們考慮測量其中一列，可以寫成
顯然，對所有需要測量的模態，參考點位置的模態振型值在圖形中必須比較顯著，這樣所測得的頻響函數才會具有很強的系統模態響應。如果參考點位置的某階或多階模態振型值不明顯，則頻響函數可能不會對系統的這些模態產生明顯的響應，這會使得模態參數評估過程更加困難。
所以，如果有分析模型，則可以通過觀察和計算模態振型來選擇最優的參考點位置。我們常用的一個簡單工具是驅動點留數，從本質上來講，這是模態振型的估量，表示為留數：
這是用于初期評估的通用工具，通常稱為預試驗分析。
展開 ——試驗設置與剛體模態會對感興趣的高階彈性模態產生什么影響？
——我們通過一個例子來討論一下。
這個問題經常出現，問題的提出與飛機的地面振動試驗有關。我們考慮一下這個問題，如果結構使用不同的支撐條件，是否會影響結構的彈性模態，如果有影響又會如何影響呢？
現在我們有很多重要的問題需要回答。在本篇文章中我們或許不能回答所有的問題，但我們至少可以闡述一些理論及一些可能的途徑，這將有助于大家深刻理解這些問題。
為了說明這一點，我想要首先展示一些最近采集到的數據，這些數據是在試驗室對一個復合材料板試件的錘擊法測試中得到的。這次測試的主要目的是為了對比一種新型配方的材料與典型的商業復合樹脂材料的阻尼性能。
首先要做的是對第一塊平板原型設置不同的試驗邊界條件，以確保其邊界條件不會對其模態結果有太大的影響。由于這塊板的質量非常輕，我們嘗試了很多種不同的試驗邊界方法。我們挑出了4種比較有代表意義的邊界條件試驗來對比其得到的不同結果。復合平板放置在一個非常軟的彈性支撐上，并使用三向傳感器的多參考點錘擊技術進行錘擊法模態試驗。圖1中展示了4種不同的支撐方式，以及其中一種支撐方式的測試照片；圖2展示了其中一種支承條件下得到的一條典型的頻響函數曲線（僅供參考）。
圖1 四種不同的支撐方式示意圖及照片
圖2 復合平板頻響函數曲線
使用模態提取程序處理數據，列表顯示了其前四階模態：除了第一階模態以外，其余的三階模態似乎都相當一致；不同的測試設置，得到的結果存在一定的差異；除了第一階模態頻率變化達到5%之外，其余三階模態的頻率變化都小于1%。（我們可以討論是由于纖維排列方向或其它因素造成的，但他們確實存在差異這一點是毋庸置疑的）。
展開 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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純模態試驗的最新內容
1. 試驗目的
獲得白車身的模態參數（固有頻率、阻尼比、振型），為白車身有限元模型的優化設計提供參考。
2. 試驗系統
試驗系統由試驗激振系統、數據采集系統和模態分析處理系統3大部分組成。其中試驗激振系統包括信號發生模塊、功率放大器和激振器；數據采集系統包括加速度傳感器、力傳感器、信號放大和智能采集系統。常用的激勵信號包括瞬態沖擊信號、正弦信號、隨機信號、周期信號等。當試驗開始激振器激勵系統結構時
引言 隨著發電機容量的不斷增大，定子繞組端部所受的交變電動力也不斷增大，研究表明，繞組端部承受的電磁力是由端部電流與定子及轉子端部漏磁場相互作用所產生，是一個為二倍工頻的旋轉交變電磁力，即頻率為100Hz。因此，交變電動力的徑向分量是引起繞組端部結構振動的主要激勵力。此外，繞組端部的電磁作用力沿圓周呈類似橢圓形分布，所以當繞組端部的共振頻率為100Hz左右，且其振型呈橢圓形狀時，造成共振的危險性最
依托漢航豐富的工程實踐經驗及堅實的理論基礎，使用漢航Hunter MF系列高精度數據采集硬件，結合NTS.LAB模態測試軟件，對尾舵系統進行純模態試驗，可以幫助工程師快速、高效地評估尾舵系統在不同工況和飛行條件下的穩定性和可靠性，最大程度地降低時間成本和經濟成本。
、GVT純模態試驗、OMA工作模態、階次模態、應變模態、非線性模態分析
剛體特性測試（質量、質心位置、轉動慣量分析提取）
振動控制及數據同步跟蹤記錄
試驗和仿真的相關性分析，靈敏度分析，模型修正
高聲強混響室閉環控制和行波管窄帶譜閉環控制
自由場聲場重構及聲激勵試驗
隨著電動汽車市場從一線及大中型城市向中小城市不同氣候地區延伸，需要滿足高溫、低溫以及一些較惡劣環境工況的使用要求。對于用戶而言，汽車動力電池低溫充放電受限問題的影響尤其明顯。要滿足低溫環境中車輛動力電池使用需求，首先要解決低溫充電功率小、充電速度慢、充電容量低的問題，這對純電動車輛電池及其熱管理系統提出了更高的要求。
1 電池低溫性能
某型號動力電池電芯，75%SOC電量，放置在80～－40
純剪切（pure shear）是沒有發生轉動的剪切應變模式，即剪一切前后有線元長度發生了變化（即真實形變），而沒有發生主軸的旋轉。純剪切應力與純剪切應變有關，通過以下公式：
在純剪切條件下，剪切應變可計算為：
純剪切微元的受力模式如下所示：
在PFC2D中，采用球顆粒模擬砂粒，視砂粒之間的不存在內聚力作用，砂粒之間的接觸采用線性接觸模擬。建立一個正方形的試樣
分析對象為基于Pro/E搭建的8米長中型電動客車骨架，由于模型較大，在Hypermesh平臺對模型進行前處理。應用Optistruct進行分析及后期優化。
一 模型修復，抽中面，按組件厚度分組編號
在CAD軟件中提取要分析的對象幾何，將模型導入Hypermesh
對模型進行修復，主要操作是對與分析無關組件的去除，以及孔、缺口等的修復。考慮車架整體使用殼單元進行分析
——如何在模態試驗中選擇參考點位置？
——該考慮哪些問題呢？
——我們討論一下看看該如何考慮這個問題。
現在，參考點位置的選擇是進行試驗模態測試的關鍵環節之一，如果參考點位置選擇得不合適，那么會很有可能使系統的某階或多階模態結果很差，甚至丟失。如果我們之前對類似的結構有過測試經驗，那么可以根據經驗選擇參考點，這種屬于比較簡單的情況。但是，當模態結構較為獨特且之前沒有進行過測試，那么參考點的選擇就會相對困難
——我用激振器方法對一根簡單梁進行試驗，可得到的模態看起來似乎有些不對？是哪里有問題？
——我們來考慮一下激振器頂桿的問題。
對于試驗模態分析，在設置激振器和“頂桿”或“推力桿”的連接裝置的過程中，如果不注意，激振器試驗會出現一些特別的問題。圖1為用激振器對一個簡單的懸臂梁做模態試驗時的安裝示意圖，使用頂桿的目的是僅允許軸向力傳遞到結構上去，通過力傳感器測量拉壓型載荷的大小。
——試驗設置與剛體模態會對感興趣的高階彈性模態產生什么影響？
——我們通過一個例子來討論一下。
這個問題經常出現，問題的提出與飛機的地面振動試驗有關。我們考慮一下這個問題，如果結構使用不同的支撐條件，是否會影響結構的彈性模態，如果有影響又會如何影響呢？
現在我們有很多重要的問題需要回答。在本篇文章中我們或許不能回答所有的問題，但我們至少可以闡述一些理論及一些可能的途徑，這將有助于大家深刻理解這些問題
