1、机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验概述机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验模态分析应用评价现有结构系统的动态特性；在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；诊断及预报结构系统的故障；控制结构的辐射噪声；识别结构系统的载荷。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验任务 结构动力学问题，包括激励、结构本身（包含描述其特性的各种参数）和响应三要素。按控制理论的说法，称之为输入、系统和输出。针对机械结构（简支梁、圆盘）的固有模态进行分析了解几种常用的结构动态特性激励方法掌握脉冲激振下机械结构固有模态的测试系统设计测试系统搭建、数据采集及信号分析方法和技术机械工程测试技术机械结构模态
2、分析综合实验实验目的机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验仪器与实验环境条件仪器准备INV1601B 型振动教学实验仪INV1601T 型振动教学实验台加速度传感器MSC-1力锤软件配置INV1601 型 DASP 软件。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验设计机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验仪器与建模机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验测量点选择与激励选择由于梁在y、z方向和 x方向尺寸相差较大，所以，可以将梁简化为杆件，只需在x方向顺序布置若干敲击点即可。敲击点的数目要根据测量的模态阶数来定，一般情况下，敲击点数目要多于所要测量的阶数。选取拾振点时要尽量避免将
3、拾振点放置在所要测量的模态振型的节点上。周期激励，瞬态激励，和随机激励。理论上均可求解出传递函数。然而周期激励包含幅值和相位两个个量，求解较复杂，所以我们选择同样能完成实验目标的瞬态激励，力锤激励。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验激励源、激励方式机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验响应分析机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验性能优化混叠现象防止 避免混叠现象出现，采用截止特性陡峭的低通滤波器，滤除所有高于避免混叠现象出现，采用截止特性陡峭的低通滤波器，滤除所有高于1/21/2采样频率的高采样频率的高频分量频分量。泄露的减小 选择合适的窗函数可以减小采样时段边界的不连续性，迫使信
4、号变成周期的，从而选择合适的窗函数可以减小采样时段边界的不连续性，迫使信号变成周期的，从而减小泄漏。减小泄漏。窗函数选择，同时要兼顾好的幅值估计和频率分辨率。窗函数选择，同时要兼顾好的幅值估计和频率分辨率。谱相关函数在反共振点附近，由于响应很小，信噪比相对降低，相干函数将下降。在反共振点附近，由于响应很小，信噪比相对降低，相干函数将下降。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验过程（一）简支梁模态分析约束形式为了近似简支梁自由状态，因此采用实验平台将整个梁两端固定起来。激励形式梁尺寸较小，采用激励锤能量足够。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验结果与分析（电涡流传感器）机械工程测试
5、技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）23.396112.612289.438554.576模态质量1.01.01.01.0模态刚度21610500600330700012140000阻尼/阻尼比（%）1.715/1.1674.080/0.57714.14/0.7777.830/0.225质量归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像质量归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）23.396112.612289.438554.576模态质量1.8
6、903.9326.52215.33模态刚度40350196900021570000186100000阻尼/阻尼比（%）1.715/1.1674.080/0.57714.14/0.7777.830/0.225振型归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像振型归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验结果与分析（压电式传感器）机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）43.289164.768371.268630.970模态质量1.01.01.01.0模态刚度7398110718005441700157170
7、00阻尼/阻尼比（%）20.756/7.63178.24/0.80178.240/3.35414.003/0.353质量归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像质量归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验过程（二）等强度梁模态分析约束形式为了近似等强度梁自由状态，因此采用实验平台将整个梁两端固定起来。激励形式梁尺寸较小，采用激励锤能量足够。信号采集器计算机系统及分析软件简支梁振动传感器力锤力传感器电荷放大器电荷放大器 测试系统框图机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验结果与分析（电涡流传感器）机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态
8、参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）23.257112.618289.966555.312模态质量1.01.01.01.0模态刚度21350500700331900012170000阻尼/阻尼比（%）0.2642/0.1819.494/1.34213.19/0.7247.388/0.210质量归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像质量归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）23.257112.618289.966555.312模态质量1.4662.3298.01919.96模态刚度31300116
9、600026620000243000000阻尼/阻尼比（%）0.2642/0.1819.494/1.34213.19/0.7247.388/0.210振型归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像振型归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验结果与分析（压电式传感器）机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）23.411109.705267.701497.185模态质量1.01.01.01.0模态刚度2164047510028290009759000阻尼/阻尼比（%）1.050/0.7143.683/0.
10、5348.928/0.5314.258/1.363质量归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像质量归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶频率（Hz）23.411109.705267.701497.185模态质量11.511.0810.28310.1575模态刚度2491005135008009001537000阻尼/阻尼比（%）1.050/0.7143.683/0.5348.928/0.53142.58/1.363振型归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像振型归一机械工程测试技术机械结构模态分析
11、综合实验实验过程（三）圆盘模态分析约束形式为了近似圆盘自由状态，因此采用实验平台将盘圆心固定起来。为了简化计算过程和实验操作，采用圆盘上表面模拟整个圆盘。激励形式梁尺寸较小，采用激励锤能量足够。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验结果与分析（电涡流传感器）机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶第五阶第六阶第七阶第八阶频率（Hz）62.55990.042124.859136.006152.371198.663297.216359.883模态质量1.01.01.01.01.01.01.01.0模态刚度15450032010061
12、5500730300916600155800034870005113000阻尼/阻尼比（%）6.239/1.5872.400/0.42410.03/1.2781.325/0.1555.391/0.5635.998/0.48198.42/0.0536.996/0.309质量归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像质量归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶第五阶第六阶第七阶第八阶频率（Hz）62.55990.042124.859136.006152.371198.663297.216359.883模态质量1.01.0
13、1.01.01.01.01.01.0模态刚度154500320100615500730300916600155800034870005113000阻尼/阻尼比（%）6.239/1.5872.400/0.42410.03/1.2781.325/0.1555.391/0.5635.998/0.48198.42/0.0536.996/0.309振型归一结果机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像振型归一五阶模态七阶模态八阶模态机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验实验结果与分析（压电式传感器）机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果质量归一结果模态参数第一阶第二
14、阶第三阶第四阶第五阶第六阶频率（Hz）43.87884.852117.464247.976454.731684.796模态质量0.13961.8212.7081.2857.1621.639模态刚度10610517700147500031190005846000030340000阻尼/阻尼比（%）7.095/2.5732.993/0.5619.216/1.24963.15/4.05321.19/0.74214.63/0.340机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像质量归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验机械振动系统固有频率测量结果振型归一结果模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶第五
15、阶第六阶频率（Hz）43.87884.852117.464247.976454.731684.796模态质量1.01.01.01.01.01.0模态刚度76010284200-816300018510000阻尼/阻尼比（%）7.095/2.5732.993/0.5619.216/1.24963.15/4.05321.19/0.74214.63/0.340机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验拟合图像振型归一机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验反思与总结指数窗通常，对于小阻尼结构，在采样时间范围内，力锤激出 的结构响应不会衰减到零。这种情况下，泄漏问题突出。为减小泄漏，对测得的数据进行加窗
16、。加窗可以满足FT周期采样的要求。对于力锤激励这种情况，最常使用的窗函数 是指数衰减窗。力锤选择锤头越硬，激振力激出的频率范围越宽。能量集中在 相对高频段。锤头太软，激振力激出的频率范围相对窄，能量集中在低频段，低频效果好。选择合适的锤头以激出感兴趣频率范围 内的所有模态。机械工程测试技术机械结构模态分析综合实验提升与扩展预试验的重要性 多点激励，多点布置传感器，检查信号，找出最佳参 考点位置 确定采样频率、变时倍数、采样长度 确定最终的测试方案传感器的选择 量程 灵敏度 频响范围 相对被测物的附加质量和尺寸 安装方式参考点的选取 参考点的振型值起到公因子的作用，因此参考点不能 选在关心模态频率的节点处 参考点要选在振动显著处 当有被测物有多个测量方向时，每个方向均应有参考点西安交通大学 机械36班实验小组成员：申湾舟 2130101125张静雯 2130101126姚天鸷 2130101144钟鸣亮 2130101148朱锦涛 2130505144
