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模态空间系列(三十四)趣味解读模态世界--在结构关心部分进行模态测试,很多模态看起来一样!我做错什么

发布时间:2022-05-27 11:17:22 浏览量:1628 作者:Peter Avitabile

摘要

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。


正文


模态空间系列(三十四)趣味解读模态世界--在结构关心部分进行模态测试,很多模态看起来一样!我做错什么了吗?


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。



我在结构的关心部分进行模态测试,很多模态看起来一样!我做错什么了吗?

我们讨论一下这个问题。


这是另一个常见的问题,我在试验模态测试中经常遇到。很多时候,你或者你的公司仅仅对一部分结构或者系统部件感兴趣。所以你立刻把注意力仅仅集中在总体结构的那个部分区域上,因为这是你的责任范围或关心区域。这似乎是合理的,尤其是因为你可能不想测试整个系统。(啊 – 如果生活可以如此简单!)


遗憾的是很多时候这或许是不可能的。多数时候系统上的不同部件或者系统的不同部分之间有明显的动态耦合。不可能仅仅测量你感兴趣的结构部分。当然,你确实可以仅仅测量感兴趣的结构部分,但是很多时候,系统上的子系统的不同部件之间可能有明显的动力学交互作用。对试验模态测试,如果仅仅在结构的部分区域采集结果,则模态振型可能令人困惑,因为不知道整体结构上的总体模态振型。就好像在你眼前放上眼罩,只观察一部分结构 – 这会使用户感到非常迷惑。很多时候,人们会对这类测试数据发表评论说,有两个一阶弯曲模态或者两个一阶扭转平板模态,等等。显然这完全不可能!不会有两个一阶系统模态。但是从你受限的视角看上去确实好像有两个完全相同的模态。


最近,我见到一个框架类型结构的模态试验,不同的高度上有不同的平台。在一个平台表面进行试验模态测试,因为这个特殊的平台上安装了一些重要设备。


因为只在这个平台采集数据,有很多看起来像是相同(并且几乎完全相同)的模态。显然问题是只识别了部分整体模态振型,不能对整体模态振型提供一个清楚的认识。


作为这种问题的一个例子,用一个由支撑立柱隔开的简单双平板结构来展示典型的FRFs和根据试验模态分析得到的模态振型。一种情况是只测量一个平板,另一种情况是两个平板都测(但为了使这个问题的解释简单化,只考虑垂直运动)。上部平板的一个典型驱动点FRF和另外一些典型的跨点FRFs如图1所示。


图 1 – 驱动点频响和典型跨点频响


在减少数据的情况下(只考虑结构的上部平板),对FRF中看到的前4个峰,试验模态振型展现出两个非常类似的扭转模态和两个非常类似的弯曲模态。这些模态振型如图2所示。显然,这是不可能的 – 但是,在部分结构上的有限测点情况下,这完全有可能。


图 2 – 上部平板部件的模态振型


为了更好地了解结构的“实际”模态振型,用一组更多的点来描述FRF矩阵。这些FRFs用来确定整个系统的模态振型,对FRF中的前2个峰,如图3所示。显然,额外测点的增加区分清了上部平板的实际模态振型跟其余结构的关系。在很多结构中,当只对整个结构或系统的一小部分区域进行测试时,这种现象常常发生。


图 3 – 上部平板部件连同整体结构的模态振型


在这个简单的例子中,很明显必须得到整个系统的模态振型,否则可能让人困惑。但是,当测试复杂结构时,不能进入整个结构,这种情况也常常发生。这种情况可能发生在有不容易进行测试的内部部件的条件下。这些内部部件可能极大的模态能量,与结构或系统的一阶或多阶模态有关系。在这些情况下,因为不可能在结构的内部布置仪器,所以仅能得到一部分整体模态振型。只要想象一下在两个平板的例子中,如果下部平板看不见,或者被某种外部遮蔽物或罩子盖住了。如果下部平板得不到,测量结果可能只展示出与上部平板相关的部分模态振型。这种情况下将存在相同的问题。


这种情况对结构常常发生,在那里,仪器不能触及到结构上的所有部分,或者对模态测试,需要某种拆解才得以进入结构的全部相关区域。在这些情况下存在相同的问题。所以,测试结构时,其中,不容易接近内部部件或者子系统,小心是很重要的 – 可能有结构的关键区域,含有确定系统模态特征的关键信息。


我希望这个解释回答了你的问题。如果你有关于模态分析任何其他问题,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:

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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。

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