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。
模态空间系列（六十八）趣味解读模态世界-我对自由-自由系统进行刚度修改，弹性体模态却向下转移！怎么回事？
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。
我对自由-自由系统进行刚度修改，弹性体模态却向下转移！ 怎么回事？喔，这需要讨论。
完全正确 — 这是一个非常大胆的说法，几乎会让每个人为之侧目。我认为我们首先需要说明一下在这种特殊情况下到底发生了什么。但是与其利用原来提供的特殊数据，倒不如用一个简单的梁来说明在这种情况下发生了什么。
描述这个问题的方式是，对一个自由-自由系统进行试验，接着约束固定系统或者约束系统的各个角。当进行实际的修改来约束这个自由-自由系统时，得到的模态比无约束系统的弹性体模态还要低。
当然，首先每个人都声称，如果你增加任意系统的刚度，那么模态必然向上转移，因为
所以频率必然向上转移，这是明摆着的事 — 并且频率低这件事根本讲不通。
那么我们从一个简单梁开始，在自由-自由的条件下对梁进行分析和试验。前面几阶自由-自由模态是164Hz、452Hz、和888Hz。作为参考，这个平面梁的无约束模态如图1所示。
图1 – 自由-自由梁的弹性体模态
接着，在铰支（或有约束）条件下对这个简单的梁进行测试。前面几阶自由-自由模态是72H、288Hz、和647Hz。作为参考，这个平面梁的约束模态如图2所示。显然，这些模态果真没有向上迁移。
图2 – 自由-自由梁的铰支模态
那么这里到底发生了什么事？？？
这是一个非常简单的问题。但是这么多年来我常常听到这个问题，并且同样的问题不可避免地存在。
通常，人们关心系统的弹性体模态，因为我们遇到的所有噪声和振动问题一般是由这些模态造成的。但它们不是描述整个系统需要的仅有模态。
这里的根本问题是，每个人都忘记了无约束系统具有弹性体模态以及刚体模态。现在大多数时候，人们在试验中不测量刚体模态，在模态试验过程中，没有将它们作为测得的弹性体模态的一部分。另外，从解析的角度看，很多时候进行特征值求解，只因为解一个转移特征值问题，或者得到的仅是弹性体模态。
尽管存在刚体模态，但人们常常对它视而不见 — 主要是因为它们不是关心的噪声和振动问题的根源。因此图3展示了梁的一组模态，更恰当地包含了刚体模态和弹性体模态。现在，一旦我们认识到，解析模型得到的第1阶模态实际上在0 Hz，或者试验得到的第1阶模态位于很低的频率上，那么，增加刚度使得模态向上转移的直觉是非常有道理的。表1给出了自由-自由梁的各阶频率、刚体模态、以及铰支模态。
图3 – 自由-自由梁的弹性体模态，含刚体模态
表1：梁的自由-自由模态和约束模态
所以根本问题在于不能忽略刚体模态；它们是梁总体描述的一部分。现在，注意到，随着刚度增加，表1中的所有频率的确向上转移了。
很容易地证明这一点给自己看的一种方法是，做一个简单的自由-自由梁模型。建立的下一个模型是带有两根非常软的弹簧的梁结构。接着，制作随后的梁模型，这里增加弹簧刚度，直至最终弹簧是如此之硬，以至于接近铰支边界条件。
一路下来，观察模态振型将非常有意义。当支撑梁的弹簧很软时，梁的模态振型看起来非常像刚体。
但是，随着支撑梁的刚度增加，频率会提高，另外，模态振型开始从刚体模态向有点儿刚体模态成分的模态转移，但也开始生成更多些个弹性体属性。
当支撑弹簧刚度变得越来越大时，随着弹性体属性变得更为突出，刚体模态属性将减少。最后，刚体属性将消失，弹性体属性将完全支配模态振型。
这个小练习会很清楚地表明描述系统模态极其需要刚体模块。
我希望这个简单的例子澄清了你可能会有的错误概念。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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