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（十六）趣味解读模态世界--有人曾告诉我结构动力学修改不起什么作用，因为得不到系统全部振型
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曾告诉我结构动力学修改不起什么作用，因为你得不到系统的全部模态振型。
嗯，那我们来讨论一下这个问题。
在1980年代早期，结构动力学修改（SDM）就已经成为一种广泛使用的工具。由于对这项技术有些误解，可能会得到某些错误的结果。但是在正确的条件下，SDM是一种很强大的工具，可以辅助设计工程师做出很好的设计决策。我们首先简要回顾一下这项技术，并且说明一下这项技术对于它最大的问题 — 模态截断是怎样敏感的。
大致说来，SDM是一种分析工具，当去考察系统的质量、阻尼、和刚度存在少量变化的时候，它利用模态数据（可以是解析的，也可以是试验的）来估计系统的动力学特性将如何变化。注意，仅仅利用模态数据（频率、阻尼、和模态振型）进行预测 — 为了探究这些改变，不需要对原始的FEM或试验数据进行修改。然而，一旦获得了一些想要的变化，那么强烈地推荐重新对修改后的模型进行有限元分析或者重新对修改后的试件进行试验。
可以推导出物理系统方程并得到特征解。模态表达式既可以从解析模型中得到，也可以从试验数据中得到。在模态空间中，物理系统的模态表达式按下式给出
现在，物理系统的质量变化量\Delta MΔM、阻尼变化量\Delta CΔC、和刚度变化量\Delta KΔK，可以在模态空间中表示（通过模态变换方程）如下
假设一个比例阻尼系统，可以得到修改后的系统的特征解。这个解的一个重要部分是根据下式求解系统的最终物理模态
这表明修改后的系统的最终模态是由原始系统无修改模态的线性组合构成的。这是一个重要的方程，我们将它用来说明预测结果的截断影响。
考虑一个简单的自由-自由梁例子，我们将利用它进行两种简单的结构修改 — 简支梁和悬臂梁。将利用两根接地弹簧来修改结构，并求解SDM方程以得到修改频率和模态振型。原始无修改频率和最终修改频率如表1所示（备注：识别出的用斜体表示的频率是系统约束模态的一种近似，超出了本次讨论的范围）。
注意，仅仅利用原始无修改系统的前5阶模态，简支梁生成了非常精确的修改模态，而悬臂梁却没有。为什么简支表现得这么好，而悬臂却不行呢？答案在于这些模态振型是怎样由原始系统模态来构成的。
这个简支梁修改后的模态很容易由原始系统无修改模态的线性组合构成。当观察图2时，我们注意到模态1和3是简支梁的第1阶最终修改后的模态的最重要贡献者。而当观察图3时，我们注意到，模态2和4是简支梁的第2阶最终修改后的模态的最重要贡献者。
但是当我考虑悬臂梁修改的模态时，无修改系统的所有5阶模态都有重要的贡献。事实上，需要更多的模态来提高这个悬臂梁预测模态的精度。（备注：悬臂梁的2阶模态如图4所示）
可以证明，简支可以简单地由原始系统已有的5阶自由-自由模态的线性组合构成，而悬臂梁却不能！而事实上没有所有阶模态并不总是问题。真正的问题在于，最终修改后的模态必须能够由原始无修改模态构成。
另一个值得注意的重点是，自由-自由梁的刚体模态对于准确预测修改后的模态非常重要。如果刚体模态不存在，那么这个预测模态将是错误的。对于开发试验模态数据库来说，这是一个重要的注意事项，因为常常不将刚体模态作为试验的组成部分来进行采集。
最重要的一点是，为了利用SDM求取一个准确的修改模型，最终模态必须总是由无修改模态的线性组合构成。如果这是可能的，那么可以得到好的结果。如果这是不可能的，那么由于模态截断将会产生错误。
不去深究所有详尽的方程，用几个简单的图形来说明SDM是如何利用系统无修改模态来获取系统修改后的模态的估计值。我希望这个讨论可以帮助你理解SDM可能受到模态截断的影响。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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