模态空间是Peter Avitabile教授发表的系列模态解读文章。Peter Avitabile教授是美国麻省大学洛威尔校区UMASS Lowell机械工程系结构动力学和声学系统实验室的副主任，以及模态分析和控制实验室的主任。Peter Avitabile教授以略带口语化、生动而又幽默的语言，在每篇文章中集中介绍试验模态分析的一个主题，是非常好的试验模态分析的入门文章。它涉及到了试验模态分析的方方面面，是模态试验新手的入门极佳材料，学习它有助于理解什么是试验模态，以及取得高质量的模态参数。
在北京科尚仪器官网发布模态空间系列文章及其中文翻译，得到了Peter Avitabile教授的书面授权，Peter Avitabile教授拥有文章全部权利，北京科尚仪器只为学习教育目的而使用它们。如您转载此系列中文翻译，请保留本段的描述信息。
模态空间系列（十三）趣味解读模态世界--我展示模态振型给人看，他们问我结构设计的好吗？
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我展示模态振型给人看，他们问我结构设计的好吗？
我该告诉他们什么？
如果我每听到这个问题一次，能得到一美元，那我就发财了！基本回答是，你还没有足够的信息来回答这个问题。问这个问题的人也不知道他们在问什么。你不得不非常委婉地告诉他们，这个问题问得有点傻。
他们为什么动不动就问这个问题的一个原因是，因为你可能给他们展示了一个振型动画，他们的印象是结构正在变形（因为他们在计算机屏幕上看到了挠度变形）。当然你知道，这仅仅是结构受到力的激励，力激起那阶模态时所呈现出的一个特征形状。我有时听到有人说“嗯，让我们加大动画振幅，看看在屏幕上我们能否破坏结构”。（当然，这也太荒谬了！！！不可能发生）我利用这句话来开端来解释振型到底是什么。动画仅仅是一种手段，来理解如果激励函数激起了那阶模态，结构将如何变形。
这里的一个关键点是，我们需要知道施加的激振力。出于某些原因，人们忘记了，要得到响应，还需要一个施加到系统上的力。这个物理运动方程是
而等价的模态空间表达式是
注意，在这个方程的右侧有一个激振力。当我们求解系统特征方程时，假定在右侧没有激振力。这就是我们如何获得系统的动态特性的。看待这个问题的一个角度是，系统模态不过是一组非常复杂的滤波器，在频率基础上具有将输入信号进行放大和衰减的能力。对于一个特定的应用，如果仅仅观察这些滤波器本身，我们能够对这些滤波器做出是好还是坏的任何评价吗？当然不能！我们所能说的就是这些滤波器具有某些特性，与中心频率、滚降、和某些增益设置有关，如图1所示。
嗯 … 结构系统的动力学特性也十分类似。我们可以确定每一阶模态（每一个滤波器），它具有一个固有频率（中心频率）、阻尼（滚降）、和留数/模态振型（增益）。我们需要非常清楚地认识到，模态振型仅仅是属性，而且我们无法确定某一阶模态是好还是坏，除非我们知道了激励函数 — 也即方程的右侧。
另一个例子，比如说我们想要确定一个悬臂梁的刚度。嗯，我们可以到试验室里去，在悬臂梁的端部施加一个力，测量得到的位移。我们知道，可以确定刚度为K = F / X。现在这个刚度是梁的一个重要参数或属性。但是当我确定了刚度，我就知道梁是合格的还是不合格的吗？当然不能！我需要知道实际上施加到梁上的力 — 难道不是吗？你看，在试验室里，为了确定梁的属性，我们施加了一个任意力，并测量了这个力引起的位移。在我们能够计算实际位移之前，有人需要确定这个真实世界的实际作用力。并且，接下来我需要有一些规范，规定如何评估结构在设计或真实世界作用力下的可接受性 — 这给我带来了另外一个重要的问题。
人们经常忘记的一件事情是，一旦获得了模态振型并确定了动态设计力，就可以计算响应了，但有人需要确定一个规范，规定对于响应，什么是可以接受的，什么是不可以接受的。有时，这是结构动力学响应建模过程中一个最令人沮丧的部分。响应可以计算，但没人确定可以接受的水平是什么。在提取非常生动的模态振型的过程中，很多时候，人们对这个非常重要的细节视而不见。接下来，每个人都问 … 多大程度的变形是可以接受的，部件的寿命有多长，它“感觉”好吗，响应太吵吗？等等。
既然我们已经讨论了不少这方面的内容，我们回过头来看看我们的平板例子，先前我们讨论过模态分析的各个方面内容。图2展示了一个典型的强迫激励振动问题的示意图。存在某种激振力，作用在时域内。嗯，这个时域信号让人非常困惑，那么将这个力用FFT方法转换到频域，有助于确定力的某些重要特性。现在我知道，将这个力乘以频响函数可以得到系统的输出。接下来，如果想要的话，那个输出可以变换回时域。对了，这里要做的非常重要的一点是，力谱乘以FRF。
这意味着，这个乘积将输入力谱进行了放大和衰减。在频率基础上，FRF决定了这个力是怎样放大和衰减的。上图中，FRF好像对所示的全部4阶模态都有贡献。这假定了作用力和响应位于某个点上，在这个点上系统4阶模态的每一阶都有参与。
但是如果力作用在某一阶模态的节点上，情况又会怎样呢？比方说，力作用在沿着平板边长方向的对称线上。那么，从这个位置上，这个作用力将不能激起任何扭转模态；则我们说，由于那个力的原因，这些模态没有参与到平板响应中去。对于响应位置，情况也同样如此。所以我们可以看出，不但输入位置而且输出位置都会对系统的响应有影响。（事实上，对于某一阶特定模态对总体响应有多大程度的贡献，模态振型的振幅有着强烈的影响。）
尽管我们可以讲，某些阶模态可能没有参与到系统响应中去，这并不意味这这些阶模态不存在 — 只是不需要它们来计算系统响应。但是这些模态仍然存在 — 它们确定了系统的动力学特性。根据作用力施加的位置以及需要测量响应的位置（还有信号的频率成分），将决定结构是如何响应的。某些模态在响应水平中可能更占优势，而其他阶模态在响应中可能不占优势 — 可能只是没有在一个统一的基础上将它们激发起来。
所以我们需要记住的一点是，模态试验仅仅确立了系统的特性。我们施加一个任意的力，测量力的同时测量作用力引起的系统响应。这使得我们能够确定系统的动力学特性 — 频率、阻尼和模态振型。这些仅仅是系统的属性。如果一个力施加到系统之上，激起了一阶或更多阶的系统模态，那么我们展示模态振型（对它们进行动画）是为了更好地理解结构可能是怎样变形的。记住模态分析不利用方程右侧的激振力 — 模态振型独立于激振力。
现在我希望你理解了为什么你不能回答你问得那个问题了。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
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模态激励全新的解决方案-WaveHitMAX自动脉冲锤
实验模态分析中必不可少的一环就是模态激励，昊量光电最新推出的这款智能冲击锤的发明为结构动力学应用提供了机械激励的新途径。智能意味着设备内部处理信号。模态锤WaveHitMAX保证了测试对象的全自动、可重复和高精度激励，而没有双重打击。用户可以根据不同的阻尼/延迟时间，设置撞击次数、冲击力和撞击之间的延迟时间。所有的预置，如零点或冲击力搜索，都是由锤子自动完成的。用户不再需要手动调整。
针对全自动冲击锤的研制，WaveHitMAX采用包括整个运动控制的闭环控制方法解决了这一问题。
图1. 用于脉冲锤内部运动控制的传感器-执行器控制回路示意图
对新型冲脉冲锤WaveHitMAX的系统设计进行了改进，使传感器信号作为运动控制单元的主要输入参数。这样，脉冲锤的手臂可以向上移动到试件的命中点，在那里，通过力传感器信号中的特征变化检测到接触事件，手臂的移动方向可以反转。
与半自动冲击锤相比，WaveHitMAX自动脉冲锤具有新的功能。内部信号处理的优点有:
• 全自动单击
• 自动搜索用户自定义的冲击力
• 自动零点搜索
• 确认对质量保证的影响
• 更改锤头与测试对象之间的位置，无需重新设置
WaveHitMAX自动模态力锤可以通过以太网在Windows设备(PC或平板电脑)上通过包含的软件快速、轻松地操作。
自动模态脉冲锤特点：
• 自动零点搜索
• 可重复的单击激发
• 内部传感器评估和过程控制
• 自动搜索和调整冲击力
• 位置的变化是自动预测的
• 通过附件配置脉冲特性
• 通过远程控制或集成到客户系统中来触发功能
• 在德国设计和组装
• CE认证
1.确保单次激发
双重撞击激励可以在时域和频域检测到
2.丰富的配件支持
不同的传感器-尖端-配重的组合。
综述上文介绍WaveHitMAX - 第一款用于全自动冲击测试的智能脉冲锤，在全新的AI智能脉冲领域实现真正意义上的全自动智能脉冲锤！
如果您对WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/details-1495.html
关于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生产和销售"德国制造"的声音和振动测量和分析创新产品超过15年。作为应用计算机科学促进会（GFai）的100%子公司，它始终以行业为导向和以应用为导向。
Gfai tech以第一台模块化和灵活的声学摄像机而闻名，用于声源的定位，可视化和分析。如今，该产品组合还包括实验模态分析的创新以及用于监测、分析和评估声学测量数据的完整软件解决方案。我们的测量解决方案应用于汽车、工业、空中交通、火车交通和研发领域的降噪、错误检测和声音设计。
上海昊量光电作为gfai tech公司在中国大陆地区独家的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。
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