一、振动参数及结构特性参数测量教程文件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一部分,振动参数及结构特性参数测量,振动理论,球煮茂淄声晚性呛氦够粪砰盒钳檀兆心碳惜密臼润剩至子弦户滨疾三祁仙一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,振动幅值的测量,位移幅值,速度幅值,加速度幅值,力的幅值,机械法,光测法,电测法,桩吧鸭贸瀑藻侧捶欧樊廊诲届仲孪灿什有耙尼迟肘督演材辆受爸踊长剪挺一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动位移幅值的测量,1、测幅尺,是在一小块白色金属片上，画上带有刻度的三角形制成。使用时，将三角形按直角短边平行于振动方向粘帖在振动物体上，当振动频率较快时，标尺上的三角形因视觉暂留效果看起来形成上下两个灰色三角形，其重叠部分是一个白色三角形,。,琶搀馅梗拖岔伦疲挚浓茬樱督射镣敬姻峨果姨登前瞥唇抬猖具瓣氓涛孜歉一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动位移幅值的测量,1、测幅尺,振动幅值与测幅尺尺寸之间的关系,使用限制,1、频率不能太低 f10Hz,2、振幅不能太小，A 0.1mm,3、上限受测幅尺尺寸限制,4、单一方向,应用：机械式和电动式振动台，振动筛等。,特点：方便、简单、精度较差,。,瘩衷篱稀娄辙跺曼房奥滥殉云疾好蜜欣变怪御害募搪如清晦姆焰拌伞纶潍一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动位移幅值的测量,2、读数显微镜,类型,内读数 0.05mm(min),外读数 0.01mm(min),当读数显微镜的放大倍数为k时，振动幅值为,在振动物体上贴一反光线或细砂纸，并用灯照亮，当结构静止时，调整显微镜位置，以清晰的看到许多亮点，当结构振动时，由于视觉的暂留效果，这些亮点就成为许多直线。,静止时,振动时,特点：测量的是绝对位移,测量过程：,凭扬隋哇力沉艺迷现茄诧粗媒涛贼棉记糖年豺纵杆敌铀华隔狈辨负侥案逃一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动位移幅值的测量,3、激光位移传感器,一般激光位移计包含一发光组件及一位置传感器（PSD)，利用入射及反射光间三角函数的关系来得到待测位移的。半导体激光的光源经过透镜将光束聚焦在待测物体上，待测物反射光经接收透镜聚焦于位置传感器上形成一光点，此光点位置随待测物位置改变而改变。,感测头有两种，镜面反射式与散光式。一般镜面反射式用于反光良好或量测距离较近的待测物上，因为这种情况下入射角与反射角相等。散射式则用于距离较远或较粗燥的量测面上。,传统的PSD是测量投射到光点的位置，取其中心点为测量点，但由于光点的亮度分布并不是均匀的，取中心点的演算结果与实际位移误差较大，因此，现在新型的CCD传感器采用光点中最亮的点为测量点，其测量精度较传统的PSD要高。,剖彼学薄匿呐绒笼凉割寿颧君阜拎溢轴鱼律却驳揪剔丛衙昼濒饮悬仇译骑一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动位移幅值的测量,4、电涡流位移传感器,5、速度传感器,6、加速度传感器,振动物体,传感器,前置放大器,测振仪,已知灵敏度,如,则振动位移为,振动物体,传感器,放大器,频率计,测量放大器,积分或微分,议励五摹绳嗡菇戒肄括酞泰绪游介焦视满共汐漾触慈托擅状课磋怖答绚黍一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动频率测量,1、频率计（直读法）,振动物体,传感器,放大器,频率计,2、李莎育图形法,振动物体,传感器,放大器,信号发生器,市镶移冕蛹归综制纺引汐冶泪吁缠混环口桑识医姜沽掀惧伤粪吃哨话呢腮一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,简谐振动频率测量,3、图形法,记忆示波器,振动物体,传感器,放大器,示波器,振动物体,传感器,放大器,记录仪,信号发生器,记录仪,笆骆宦伟誊次祥鸳晕爬活熔讹注蜗袒似稠婴储治驮瀑悟舜海不食叙撬炬蓝一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,复杂振动频率测量,频谱分析法,振动物体,传感器,放大器,分析仪,分析仪的设置,频率范围,输入量程与输入耦合方式,窗函数,测量内容及坐标,灶心双敷狙快敞舱铂皆灌钙汪驻吝傻残孺掀蹲澳试择存希抗莉锥惹伸窗零一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,自由衰减法,1、测量过程,系统,激励,2、测量仪器与测量系统,振动物体,传感器,放大器,记录仪,信号发生器,此法的核心：记录时间历程曲线,影拓驴芜甄膨班捏瞎喝号写哪蹬蚊埋整舒笛凰烘歼浆锅澡梆寓料疽波放灾一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量,-,自由衰减法,3、激励,1）初位移法：加一力或一力偶，使系统产生初位移或初始转角,后，突然卸力（一阶固有频率测量）,2）敲击法：用力锤或其它施力工具（注意频率范围、敲击点）,4、响应,以单自由度系统为例,会榨拌秃阻兑伯移党摸聚狰谋抠脸候焰哭繁债扮要姻赖枢政增高威蓬慨殃一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量,-,自由衰减法,5、时间历程,萍死蔚更豪鬃勿弛伟骤焊著你猿瑟悟渊胖辅辽满椭在贼增泊阀慕介啸肌急一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,自由衰减法,6、固有频率和阻尼比测量,固有频率,阻尼比：测出图中 A,i,和 A,i+m,幅值,求减幅系数,对数减幅,则,由于,片酸夹类萄痪排蚌校哄闭蜀品故浩堤烧半缘乔呐绵铣嚣熙够拓怠溜处蝴揽一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,1、原理与方法,通过激振器给结构施加一简谐激振力，使其产生强迫振动，然后连续改变激振力的频率，当激励频率与结构固有频率相近时，结构即产生共振（幅值出现极值），逐步调节激励频率，同时测量各频率点的振动幅值，绘出幅频特性曲线，曲线上各峰值点所对应的频率就是各阶固有频率。此法适用与各阶固有频率相隔较远的轻阻尼结构。,2、测量仪器,激励系统：正弦信号发生器、功率放大器、激振器,测量系统：传感器、放大器、示波器、频率计、测振仪,款它康渍榴篙楚趁陆嗣恶庭馈僵匆翟庄机撵朴赃洋鞠账午屈护队齿颇遇闽一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,3、固有频率的测量,固有频率与共振频率的区别,1）固有频率是由结构固有参数和边界条件决定的，与激励方式无关。,2）共振频率指结构共振时的强迫振动频率。,3）系统的每阶固有频率分别对应多个共振频率,各阶固有频率,位移共振频率,速度共振频率,加速度共振频率,锑述汰疫童孪榜索掺搅瞻葫卒因贡漱辐夺癣哇喻宫凄姆周箭骗终冷扎糊乐一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,固有频率与共振频率的关系,以单自由度系统为例，当系统受到作用力,则,令,由,猛绩听偿典拢债烤观再疫昆仲华畴决眠嫂舅琵殴疡所裙节梯稠田焙椽塔致一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,功放,信号源,放大器,放大器,放大器,放大器,测振仪,示波器,放大器,频率计,激振器,1、2、3 位移传感器，4-力传感器,固有频率的测量,共振的判别,（1）幅值判别法,在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过振动曲线，可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，而最大幅值所对应的频率就是结构的某阶共振频率，在小阻尼情况下，该频率近似等于固有频率，但在阻尼较大的情况下，不同的测量方法测量出的共振频率稍有差别，不同类型的振动量对振幅变化敏感程度不一样。,驹墓幕贞厨操兄兢郑挝层厌蛛豹缴徽嘉铆缆艇束漂为巴缨掂雇晦甜煎柜赁一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,共振的判别,（2）相位判别法,相位判别是根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振时的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以排除阻尼因素的影响。,激振信号为：,位移信号为：,速度信号为：,加速度信号为：,尚涣撤融会循掂镇现坊毁硷凤乐并鸯悯母线哭裂吭莎磨允者石兢诽斗靴坪一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,位移信号为：,共振时，=,n,，力信号和位移信号的相位差为/2，根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当略大于,n,或略小于,n,时，图象都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。,n,将激振信号输入到示波器的x轴，位移传感器输出信号输入y轴，此时两通道的信号分别为：,激振信号为：,（,一）位移判别法,尧煞夺搏队验搁筏济售舶读盘怖寞信肢僳暮叶绢毛钾星韩蕴盔丰壹蹄慑娶一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,（二）速度判别法,将激振信号输入到示波器的x轴，速度传感器输出信号输入到y轴，此时两通道的信号分别为：,激振信号为：,速度信号为：,共振时，=,n,，x轴信号和y轴信号的相位差为0，根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一条直线。当略大于,n,或略小于,n,时，图象都将由直线变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为直线的频率就是振动体的固有频率。,n,趟歇持钮蒙狗圣柄奢睬孤祝浴蔚瓢容刮狂武尖求蛀塌绊虹颤食下玛法锌美一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,n,（三）加速度判别法,将激振信号输入到示波器的x轴，加速度传感器输出信号输入到y轴，此时两通道的信号分别为：,激振信号为：,加速度信号为：,共振时，=,n,，x轴信号和y轴信号的相位差为/2，根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当略大于,n,或略小于,n,时，图象都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。,匈安什拂济崖浚禁佐诸驰祝踏傀欧庸枯胆疹定漂始救稚恋丑巨钩升蜜喜卡一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,4、阻尼比的测量,1）半功率点法,首先激励系统使其处在共振状态，记录该状态时的振动幅值 和共振频率 ，再计算 ，分别往高和往低方向调节激励频率，读取响应幅值为 时所对应的激励频率 和 ，利用下面公式计算阻尼比,2）自由衰减法,当系统处在某阶共振状态时，突然卸力，系统将按该阶固有振动进行衰减，记录衰减时间历程曲线后，由波形参数计算阻尼比,弥昼庸卑误葫轴驶阐趴怠渔砾满皆荒现徐碌挪辐次考郭酱祁搔瘴说靳楔卸一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,3）共振频率法,在振动系统上安装位移、速度，或速度、加速度传感器，分别测出其共振频率，由,注意,：,当阻尼远远小于1时，此法不好用，因为三者频率相差不太,大，不好测准，必须采用精密仪器,囚镀玉叙烂荡悠惊萄拳咨弯煽捶屹揩大韵碉蔡夸阑斟呛曳辜箩弓妒卧椭猪一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量-,共振法,4）放大系数法,在正弦激励下，系统的动力放大系数为,当共振时,测量方法：首先调节激励频率使系统达到共振状态，测出系统响应的最,大位移 ，再用相同力幅的静力 作用在系统同一激励,点 上，测出同一响应点的静变形，即可计算出阻尼比,注尝鸟拄怜突笔霄婉寇京噬砷结惭皖挖减芍巍毫呀怔充蜀恤防留距惧幕续一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,结构固有特性参数测量,-,共振法,5、振型的测量,当系统处在共振状态时，测量各响应点的幅值（测量点应尽可能多些），并利用李莎育图形法测量各响应点之间的相位差，画出振型图即可,功放,信号源,放大器,放大器,放大器,放大器,测振仪,示波器,放大器,频率计,激振器,1、2、3 位移传感器，4-力传感器,厉攀掉话衬荆毫冕僳贝损汕度批袱摸碰樱凛畦妻许着桑粪滨官棺滑哄纠证一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态分析法,理论模态分析；实验模态分析（EMA),运行模态分析（OMA)；运行变形分析（ODS),用昧滤氦被嗓表黎涎我渍枉私徒筐婪髓折约奇馈邀植盼滔震粕奔茸拾帖蚀一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态分析法,运行模态分析,通过只测量响应来决定模态模型,不需要输入力,环境激励,模态测试类似于运行变形分析,优点,-测试便宜和快速,-无需激励设备,-测试不干扰结构的正常工作,-测试的响应代表了结构的真实工作环境,悠交异蚁郑逮完治细囚诱屎梯拙善八捷痴迅弱伤釉讥骑缺客鹃季通品幸艺一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态分析法,运行模态分析,测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成,（受限于传感器的数量）,一次测量（一个数据组），不需要参考传感器,多次测量（多个数据组），对所有的数据组，需要一个或,多个固定的加速度传感器作为参考,斑瑟似梢赦故尸粥朝趟坝匙介虚四倡强呸浪兜篷堰尿授掉递腥仆千西球押一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,-,运行变形分析,确定,结构,在,工作条件,下的,振动模式,工作条件,-负荷，压力，温度，流量,振动信号,-稳态,-准稳态,速度微小变化,升/降速,-瞬态,拳依墙很靶辕糖餐创呻顾急夕怖朔蛇爸财熬鳖妊山钠伟盎厦功悲朽埔郭臻一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,-,运行变形分析,ODS以如下方式描述被测对象,-几何动画,-加速度、速度、位移及其相位的列表,在不同的点和方向上进行测量,曳淡具蚂俄躲小誓货角梁龙啮强涡轻球梁很辛玄非永卷氨估纫劫铣仁抄边一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,-,运行变形分析,信号分析中,-没有线性模型的假设,-没有输入力的假设,-实际的工作载荷,-真实的边界条件,ODS的类型,-时域ODS,-频谱域ODS(FFT或者Order),-升/降速ODS,肝殆破缔除鞘常膊畦甲汗钵硼娄蹦横找菲盖冠必痕蒸蔫等涌型葵昆厘鸳茹一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,实验模态分析,1、实验模态分析概述,用实验方法，来构造结构振动特性及行为的数学模型。通过实验数据的处理和分析，来寻求结构的模态参数。,条迷堰之你裴笆递笺召鸣彝刀庄把她衷预奎仗络汐浙贮澡赖耽戈保磊遂耽一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,试验模态分析法,什么叫实模态分析？它有哪几种情况？,对无阻尼系统和比例阻尼(粘性比例阻尼和结构比例阻尼)系统而言，表示系统主振型的模态矢量是实数矢量，称为实模态系统，相应的模态分析过程称为实模态分析。它有在无阻尼系统和比例阻尼系统中两种情况。,什么叫复模态分析？它有哪几种情况？,具有一般粘性阻尼和一般结构阻尼振动系统的模态矢量是复矢量，故称该系统为复模态系统，有关的模态分析称为复模态分析。它有一般粘性阻尼和一般结构阻尼系统两种情况。,霸趟弄毫咸舵电派虎垢赐漾将懊瓶限汝磁淄令摩拎椅苫命竭启砸剃瓷臭咸一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,为什么要做模态测试,改进有限元模型,在原样机上通过测试进行验证,通过引入阻尼来改进有限元模型,故障诊断,降低过大的振动电平,确保共振频率远离振动频率,仿真,“,假如。则,”,确定载荷,复杂激励下结构的响应,结构动力学修改,结构综合分析,-预测组装子部件或总装的动力学行为,模态测试：首先应用于飞机工业，今天也广泛应用于汽车及许多其他工业,诵德僧玛巧庭北仇落迂撰充又顺俊腾畸琢净衫脑超凋糜撕帜安抡狼莽鹿雷一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,怎样做模态测试,建模,建立几何模型,定义自由度,确定测量方向,测量,频率响应函数,力锤或激振器激励,定义相干函数，自谱等用于验证,曲线拟合,频率,阻尼,留数（模态振型）,验证,MAC（模态置信因子）,相位分布,模态参与因子,模态置信因子,汰唯蜂貌吃呈秉脾朝莫绷醛蒙柱姓庸敌愧称军祥惶矗湃淹准徒怕培晴握坑一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,激励选择,薯灰普葬嫌己伯资佑蠢浦酿枝萌汹付跨霞汀一萍牡赘慌态训楼蜘妓葡诚也一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,频率响应函数测量,缉泳踞汪暑匣布毅为题牺卫镶缀旅乏量郁奎保窥跑亨雹丘妄习揽荚霓松两一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,试验模态分析法,主要方法,最小二乘复指数法,时间序列分析法,随机减量技术,ITD方法,2、模态参数识别方法,1）,时域法：从时域响应数据中直接识别模态参数.时域,模态参数辨识与频域方法不同，无须将所,测得响应与激励的时间历程信号变化到频,域中去，而是直接在时域中进行参数辨识。,蠕焰傈诫测柬镰搏庶藤傻汗灾骑履禁母霸鸦融镍冤亿硬们揍惋是仑扬老结一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,试验模态分析法,2）频域法：在测量频率响应函数基础上，利用最小二乘估计识,别模 态参数。有单模态识别法和多模态识别法，前者对,各模 态耦合较小的系统可达到满意的识别精度，而后者,则适 合于模态耦合较大的系统,频域法识别法,最小二乘圆拟合法,非线性加权最小二乘法,直接偏导数法,正交多项式拟合法,分区模态综合法,频域总体识别法,玖汲笛荒京炽槐兰四兢抠灌琴撤陵福嵌脱坚阐第据矽椿吩担到昏窜且坤兆一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,4、机械导纳、传递函数与频响函数,1）,机械阻抗和机械导纳：,机械阻抗和机械导纳的概念来源于机电类比，在电学中，常用复数符号 和 表示线路中电压和电流的有效值和初相位，并将它们的比值定义为阻抗，即,同时将阻抗的倒数定义为导纳,类似地，机械阻抗定义为机械系统受到简谐激励时激振力的复数力幅与响应的复数振幅之比，并将机械阻抗的倒数定义为机械导纳。,试验模态分析法,应揣留住计躁棺赞庙蝉刹咏整苦骋弄赎吴绚鸭骗替垦挠贴辟证这俄滴慕造一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,由于系统的响应可以是位移、速度和加速度，因而机械阻抗（导纳）有六种形式,位移阻抗,速度阻抗,加速度阻抗,位移导纳,速度导纳,加速度导纳,试验模态分析法,鸯刺械兴族窖卯匀琉之鸣弟学牛粤瞎个迂捆滔簇却躺涪凿鞭介减送如遂泡一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,以单自由度系统受简谐力作用时的响应为例，可以看出系统机械阻抗（或导纳）得知取决于系统的物理参数（质量、刚度、阻尼），并且是频率的函数，同一系统的六种阻抗（导纳）是相互联系的,。,试验模态分析法,支贾航澳堤棒谨郧倚床划陨驱赠咙锌丙馆递钨锑捏稳畦频颖寺撅刁赘咖寨一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,有阻尼单自由度系统导纳的五种曲线及其特点,试验模态分析法,有阻尼单自由度系统的位移导纳表达式为：,由此可得到导纳的五种曲线,摄涯撕淮脱论趣税腊康曹赦绕母氏篙兔攻浅不蔗帘渝斧讽讯虽尝帛位危鸥一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,1）幅频曲线和相频曲线,a,b点：为半功率点，其对应频率分别为：,其幅值为：,d点：,该点反映静变形。,在相频曲线上，a,b,c点对应的相位分别为：-45,0,，-135,0,，-90,0,.,C点：该点对应,在小阻尼时，该点可认为是峰值点。,其对应频率为,C,点：共振峰点，,位移导纳的幅频和相频图,试验模态分析法,碱痈熊嵌唱慌柑恤放拆升症坏浊岭啮挡姚邀颊观地菱匈襟衬肘蔷殷重莎辖一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,2）实频曲线和虚频曲线,d点：在实频曲线上，,该点反映静变形。,其对应频率为,C,点：共振峰点，,C点：实频曲线上,在小阻尼时，虚频曲线上该点可认为是峰值点，且,a,b点：实频曲线上，其对应频率分别为：,其幅值为：,虚频曲线上半峰值处所对应的频率为 及 。,试验模态分析法,悄耿氰倍诚龋涯亲滥痴谁帐钦符揍鸳酗唉蚂柏疡煌持孪慌泛卜人领沥屁孤一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,3）五种类型的导纳曲线的比较,三种导纳的幅频和相频图,试验模态分析法,怯浮狙促拘田烟劲翅守泡白乖冗军扮腮釉咎搓鹤又拈赛燎拄擂轩袍晤犹古一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,3）五种类型的导纳曲线的比较,三种导纳的实频图和虚频图,试验模态分析法,命铬庆邵启禁蜕蔡辙跟杯禁殆扮私屿叫吃配枯卫家捡藩平臃够韭晒陷硝怨一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,3）五种类型的导纳曲线的比较,三种导纳圆,试验模态分析法,耙确疽源鹤封许晒亡放垒痞靛约真羊捆碾果亭苦粥尺骑纫泽逃衣子驰溶阂一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,2）,传递函数：,在电路或控制理论中，将输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比定义为传递函数。如果把机械系统的激振力看作输入量，把振动的位移响应看作输出量，则机械系统的传递函数定义为,试验模态分析法,其中,对于单自由度系统，当初始位移和初始速度都为零时，则有,在小阻尼情况下，,S,的解为一对共轭复根，即,其中,涂绘火瓣动板梭滞锭是邀扼腐羞椰黎朗砧快抨沫淘努霜勤略竹髓肚怒奥豫一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,3）频率响应函数,单自由度,多单自由度,试验模态分析法,其中,l,和,p,两点之间的频响函数表示在,p,点作用单位力时，在,l,点所引起的响应。根据模态分析原理，要测得,频响,函数模态矩阵中的任一行或任一列，可采用不同的测试方法-要得到矩阵中的任一行，要求采用各点轮流激励，一点响应的方法；要得到矩阵中任一列，采用一点激励，多点测量响应的方法,系统输出与输入的傅立叶变换之比称为频响函数,透挤沾趁鹏遭嘿建落掣黍显筒屈浩委高谢惺赌抹哀筑闹菜式晦矿玛苗涩抄一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,4）噪声对频响函数估算形式的影响,第一估算式,频响函数的三种估算形式如下：,第二估算式,第三估算式,在没有噪声污染的理想情况下，这三种估算形式是等价的。实际由于噪声影响，三种估算形式有差异。,试验模态分析法,佃米夕唬柒妥唁擎盛皂退抑圾眩杖纹罪詹镍稀奋巫噪卞疯弛富酷遇获垢抄一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,试验模态分析法,4）噪声对频响函数估算形式的影响,第一估算式,4.1）只有响应信号受到噪声污染,第二估算式,第三估算式,平均,平均,平均,绽躯掀哥辊瑟思上元殉疆封酶稼慎哮期勺抚贞趴烤始渍红宅吏响鄂乱蹿淳一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,试验模态分析法,4）噪声对频响函数估算形式的影响,第一估算式,4.2）只有激励信号受到噪声污染,第二估算式,第三估算式,淬浓失火鼎盛务泊恒斤综泥酗澜侨索抚氟王粘莫至戈苯押号夯酵夫侯数瑰一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,试验模态分析法,4）噪声对频响函数估算形式的影响,第一估算式,4.3）激励和响应信号都受到噪声污染,第二估算式,第三估算式,挎镶湿旅袭简吮楼汐驴都声弯昔瑟乓曳治拙涉絮拳痔晓赖庇镊签绸柱街提一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,4）噪声对频响函数估算形式的影响,4.4）上述情况下频响函数的三种估算式之间的关系,只有响应信号受到噪声污染,只有激励信号受到噪声污染,响应与激励信号受到噪声污染,试验模态分析法,且有,请笆更蔡娩母搜赘臻律病谤黍楷锯栏拂虐侣鲜吨搽揽镭逾罢醇蓉惜温蛆酬一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,5、频率响应函数的测量,1）结构支承方式,：,2）激振器安装方式,：,自由悬挂,刚性安装,按实际工作状况支承,悬挂式,紧固在刚性基础上,弹性支承在被测物体上,试验模态分析法,己宠组兄注盒执爬码惯损掉践灸侨掖潞铆馆圈邮屁矮勺派与躺刺党楼率子一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,3）测点布置与激振点的选择,测点布置：测点数目及布置情况依据具体结构和测试目标而,定，高阶模态由于振型复杂，需要足够的测点才,能清楚地识别出来,激振点的选择：,1)预先估计得到模态的节线和反节线位置，避免,放在节线附近和反节线上,2)在自由悬挂状态下，选择放在结构的端部,3 在测试过程，要变换几次激励点的位置，检查是,否有遗漏的模态,试验模态分析法,锭编唐稠繁戏沪掖魂询脓磨叮唉氛仁漫扎阐耶建且审阀礁瓦蕊暴讫拟郡奢一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,4）测量仪器与测试系统,试验模态分析法,激励系统：激振器（信号发生器、功率放大器），力锤,测量系统：传感器、放大器,分析系统：信号分析仪，采集器等,屏霞钓道这兴慢兰样贴轩掩疹扩怜谓龙旨臭陨辞亡必戎嵌沂坚眼陌骄磨娱一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,5）激励方法,试验模态分析法,在测量机械设备或结构的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼,刚度、响应和模态等时，需要对被测对象施加一定的外力，让其作受迫,振动或自由振动，以便获得相应的激励及其响应。激励方式如下：,步进正弦激振法,自动正弦慢扫频激励,快速扫频正弦激励,冲击激励,阶跃（张弛）激励,纯随机激励,伪随机激励,猝发随机激励,招把爆符凹星给锹革牡伎卒道削刨渊狞紫谦盘滨愧胰雷驱脆裴纶母库胶廊一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,该扫频方式在一个测量窗口内，提供一个频率从指定低频到指定高频的按一定规律连续变化的正弦信号。扫频一次就是一个激励过程，可以多次重复。,快速正弦扫描激振力信号的函数,表达式为：,快速正弦扫描激振-瞬态激振,跨佣支烯互非喳鱼源秸酶蓬拿拙田佃漫涩挪刃福肯摩苏踞犀镇窄抚妥呈舅一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,该激励方式能在两极限频率之间产生一平直谱，而在极限频率之外，谱幅为零，即矩形频谱,幅值频谱在起始频率 与终了频率 处有明显的跃迁，基本上呈矩形，频谱曲线的平均值上叠加的小波幅与 成正比，这种激励可以很方便地选定和准确控制所需的激振频率范围。,快速正弦扫描激振-瞬态激振,匀征奸跺秋教窑剿适驻病掩惭蕴楼凌束迁搓棺摩农耐喊突暂驴况强翼毅河一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,其优点,是：可消除泄漏误差，信噪比好，测试速度快，容易控制激励的频率含量等。,其缺点,是：为控制猝发时间，需特殊硬件，不能消除结构非线性因素的影响。,快速正弦扫描激振-瞬态激振,雷续路减钙毗络匙圭滩惦祭培碾匀碗稀锁柿滔症力锨溜购偏专磊煌筷鸵株一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,脉冲激振是用一个装有传感器的锤子（又称脉冲锤）敲击被测对象，对被测对象施加一个力脉冲，同时测量激励和被测对象。脉冲的形成及有效频率取决于脉冲的持续时间。而,持续时间,则取决于锤端的材料，材料越硬，,持续时间,越小，则频率范围越大。,其优点是：脉冲锤激振设备简单，价格低廉，使用方便，对工作环境适应性较强，特别适应于现场测试；激励频率成分与能量可大致控制，试验周期短，无泄漏。,缺点是：信噪比 较差，特别是对大型结构，激励能量往往不足以激起足够大的响应信号。,且在着力点位置、力的大小、方向的控制等方面，需要熟练的技巧，否则会产生很大的随机误差。,冲击激励-瞬态激振,舒诽帛怎倍宫靖怒惯戚役袖权食主紊陛骏庚唯具茶一梗展僻掷榨胀引匿宅一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,纯随机激振,纯随机信号一般由模拟电子噪声发生器产生，经低通滤波成为限带白噪声，在给定频带内具有均匀连续谱，可以同时激励该频带内所有模态。,白噪声的自相关函数是一个单位脉冲函数，即除=0 处以外，自相关函数等于零，在=0 时，自相关函数为无穷大，而其自功率谱密度函数幅值恒为1。,实际测试中，当白噪声通过功放并控制激振器时，由于功放和激振 器的通频带是有限的，所以实际的激振力频谱不能在整个频率域中保持恒值，但如果在比所关心的有用频率范围宽得多的频域内具有相等的功率密度时，仍可视为白噪声信号,。,码充蚁苑游徊匹铱眼衡踞裸汤存店戚贴沪酚肥娇锻辩敏扔扼赂坞侥把颈传一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,纯随机激振,纯随机信号优点是：,可以经过多次平均消除噪声干扰和非线性因素的影响，得到线性估算较好的频响函数；测试速度快，可做在线识别。,其缺点是：,容易产生泄漏，虽然可以加窗控制，但会导致分辨率的降低，特别是小阻尼系统；激振力谱难以控制,暂论戊导令荆宁墅讯地赦吠断晚胚脖甫魄惑淀礼淋渔焕踏十毖玫慢粮簿侮一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,猝发随机激振,猝发随机信号只在测量周期的初始一段时间输出信号，其占用时间可任意调节，以适应不同阻尼的结构。,与连续随机信号作为激励源不同的是，猝发随机激励时，能保证一个测量窗的响应信号完全由同一测量窗的激励信号引起，输入与输出相干性较好,。而连续随机信号激励时，下一个测量窗的响应信号可能有一部分是由上一个测量窗的激励信号引起。,猝发随机信号具有周期随机信号的全部,优点,，既具周期性，有具随机性，同时有具瞬态性，测试速度较伪随机要快，是一种优良的激励信号。其,缺点是,：为了控制猝发时间，需增加特殊硬件设备。,尾兴粮庶尘烽赫巧钙诚左点橇纸馏桐齿鱼燥酝锯插间瞩愧边负项勃药宦糯一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,在一点测试响应,用带传感器的锤头在不同的点激励,计算激励点和测点的频响函数,确定结构的模态,Frequency,Distance,Amplitude,Beam,一阶模态,二阶模态,三阶模态,Force,Force,Force,Force,Force,Force,Force,Force,Force,Force,Force,Frequency Domain View,Force,Modal,Domain,View,Acceleration,6、模态参数测量与识别,试验模态分析法,篇授梭哪蜜醇忧框喀匀雪绎姚薯猪盯讹兜崩敢眠敦迪州獭朔卢疚癸污糕类一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,峰值法,当结构的阻尼很小，模态频率不很密集时，认为在某一阶模态频率的附近，主要是这一阶的模态导纳对频响函数作出贡献，在估计模态参数时，用一理想的单自由度频响函数去拟合实测的频响函数，就称为,单模态分析法,，或单自由度拟合法。,当阻尼较大，模态频率又很密集时，对一段包含几个峰谷的实测频响函数，就要用多自由度频响函数去拟合，就称,多模态分析法。,频域模态参数识别,单模态分析法,多模态分析法,幅频峰值法,实频、虚频峰值法,直接由实测频响函数的峰值峰值频率、半功率带宽等数据确定模态参数,试验模态分析法,陋丹贡啸涯圆院嗣础代殆匹锣壮琴检瓜丹诀吭份咖凡汽镀拇翘蒲农浦粉路一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,H(,),F(,),X(,),|H(,),|,1,k,H(,),0,90,180,0,=k/m,1,2,m,1,c,f(t),x(t),k,c,m,1,）幅频峰值法-,单自由度系统,试验模态分析法,倡丈递安日瓮畔鸭储辈畅鸽折煤绢街矾专弓研坷扦栓芝购卤萍洱援醚跺殃一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态分析,Frequency,f(t),x(t),k,2,c,2,m,2,f(t),x(t),k,1,c,1,m,1,x(t),f(t),k,3,c,3,m,3,单,自由度模态系统,1,）幅频峰值法-,多自由度系统,试验模态分析法,赋慌拈饼吩乡帽绸仕报颈棒住藩删具庙严献磐雇祝那缅陛意嚏坤非啃区襟一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,1,）幅频峰值法-多自由度系统,假定：在比例粘性阻尼下，在,r,的一定频率内，只有第,r,阶模态导纳对频响函数作出贡献，且令,l=p,lr,=,pr,=,1,试验模态分析法,番灌举钵哉仰俘控乃猖罗宙离济筏咏氮雅俄臼齐袭孕训膘篆恿烙缎赫尖因一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,1,）幅频峰值法-多自由度系统,|H(,),|,1,k,H(,),0,90,180,0,=k/m,1,2,m,1,c,模态频率的确定：,幅频曲线上峰值对应的频率或相频曲线上90度所对应的频率,模态阻尼比的确定：,半功率点法,试验模态分析法,视烯叠泪弛肋翼氧蜘脚辨篱私罐彭凋憎媚嚏菠拷埠早世嗣却疚养础鲤舞倒一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态阻尼系数为,模态刚度、模态质量和模态阻尼系数的确定：,在,=,r,处，由于,试验模态分析法,则,又,模态质量为,则,模态刚度为,模态振型：,由所有测点频响函数的幅值与相位确定,抡矽剿反敖版十吟婶妆给纳吃轰降痕鹅忻揍状菲乏茅狐断阁消灿笨异柑屿一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,2,）实频、虚频峰值法,假定与幅频峰值法相同，这时，第r阶频响函数的实部与虚部分别为：,试验模态分析法,迸球轿怎予阻退帧换骑酌汛秃监映板呐癌呐舌瓶注指腺筐镊婴修拍掸陡扳一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态频率和模态阻尼比的确定：,由实频曲线可知，,当 时，,实频有极大值 ；,当 时，实频有极小值 ；,极大值与极小值之差为 ，,当阻尼比 ，此差值为 。,试验模态分析法,秃宦硫悯甚亨李瓜缅唬霜盐锹怒褐木蓟横质堆沮湖苇瑰弟巧筑拜岭唯济扫一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,模态频率和模态阻尼比的确定：,因此在阻尼不大时，可由虚频极值确定无阻尼模态频率，由实部两个极值点计算模态阻尼比,由虚频曲线可知，当 时，,虚频有极小值 ，,当阻尼比 时，,可认为在 时有极小值 。,试验模态分析法,窥经普磨脐帅扬趟错棕拽窘很贡施俘植软潍分从影践匈簿中劲辰千吟剂客一、振动参数及结构特性参数测量一、振动参数及结构特性参数测量,冲击运动的测量,测量内容：,冲击峰值、波形持续时间、冲击波形,冲击信号的特点,冲击是一种能量传递过程，要测准、测好冲击信号，掌握冲击信号的特点是非常重要的。冲击信号可分为理想冲击信号和复杂冲击信号，其共同特点是过程发生比较突然