试验模态分析.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,*,试验模态,分析,刘晨阳,Modal,引言,What,模态,就是结构固有的动态特性，它包含了系统的固有频率、阻尼比、振型等参数。,Why,运用模态分析，可以帮助我们评价现有结构系统的动态特性，深入洞察振动发生的根本原因，进行结构,优化,How,模态分析方法,Page:,2,/25,模态分析的方法,数值模态分析,（,Numerical Value Modal Analysis),试验模态分析（,Experimental Modal Analysis),运行模态分析（,Operational Modal Analysis),Page:,3,/25,试验测试获得模态的思路,我们所研究的对象（系统）与外界的关系一般可用如下的图来表示：,系统识别问题,Page:,4,/25,求模态问题,试验模态分析系统组成,Page:,5,/25,试验模态分析系统组成,模态试验,激励系统,信号源,功率放大器,激振器,测量系统,传感器,适调放大器,连接部分,数据分析系统,信号分析仪,微机,Page:,6,/25,试验模态测试系统组成,信号放大器,功率放大器,信号发生器,数据采集仪,计算机,加速度传感器,激振器,力传感器,Page:,7,/25,试验模态测试的步骤,试验准备,将试验结构以适当的方式支撑起来,结构激振,选择适当的方式激励试验结构,信号采集,通过测量系统测量、记录激励和响应,将记录的数据送入分析仪,参数识别,通过信号处理获得系统离散频响函数,估算出系统的模态参数,Page:,8,/25,自由支撑,地面支撑,支撑方式,Page:,9,/25,试验准备,结构激振,信号采集,参数识别,试验准备,结构激振,信号采集,参数识别,根据与被测结构的接触方式,接触式,非接触式,根据激励的信号类型,稳态激励,随机激励,瞬态激励,信号,特点,脉冲信号,对被测试件无附加质量和刚度约束，能量分散在很宽频带内，激励能量小、信噪比低，,纯随机信号,激励能量分布在很宽的频段内，功率谱是平谱，经多次平均后可消除各种噪声信号干扰、非线性影响及畸变；但由于信号的非周期性，导致信号处理时的截断误差，引起能量的泄露,正弦扫描,传统的激励方法，比较成熟。它具有激励能量集中，信噪比大，测试精度高，但测试时间长,Page:,10,/25,机械式激振器,利用转动时不平衡质量惯性力作为激励力,能产生频率可变的常力,Page:,11,/25,电磁式激振器,将,输入信号转换成,交变磁场，在磁场中放置一个线圈，,利用电磁力产生激励力,激励的频率和幅值彼此是独立控制的,具有较大的可控性,Page:,12,/25,电液式激振器,Page:,13,/25,冲击锤,锤体,力传感器,锤帽,锤柄,附加质量,锤帽材质,：,钢，铝，塑料，橡胶，充气锤帽,Page14,/25,T(ms),F(Hz),H(,f,),钢、铝,塑料,橡胶、充气锤帽,F(Hz),钢、铝,塑料,橡胶、充气锤帽,T(ms),H(,f,),冲击锤,锤击法特点及适用,1,、,不需要信号发生器、功率放大器及激振器等精密贵重仪器,2,、,不必考虑激励设备与试验结构的连接问题及由于连接不当对试验结果的影响,3.,试验速度快,试验周期短。,激励能量小、信噪比低，故测试精度不高,。,一般用于中小型结构的快速试验。,Page:,15,/25,根据与被测结构的接触方式,接触式,非接触式,根据测试信号,力传感器,位移传感器,速度传感器,加速度传感器,应变传感器,根据换能方式,电感式,压电式,压阻式,涡流式,Page:,16,/25,试验准备,结构激振,信号采集,参数识别,Page:,17,/25,试验准备,结构激振,信号采集,参数识别,频响函数,模态分析,Frequency,曲线拟合,单自由度模态系统,时域信号,频域法,频域信号,传递函数,模态参数,FFT,传递函数估计,参数辨识,时域信号,时域法,数学模型,模态参数,建模,参数辨识,模态测试应用实例,某型洗衣机箱体模态测试,滚筒洗衣机在工作时，箱体,会因,受到来自筒部撞击及电机的振动载荷激励,而振动。,对洗衣机箱体,进行模态分析,，,识别箱体的动态性能，对机箱结构的改进、减振降噪以及洗衣机整机多体动力学分析与仿真都具有,重要,意义。数值模态分析,试验模态分析,对比两次结果并提出建议,模态分析过程,Page:,18,/25,洗衣机箱体的有限元模态分析,1.,建立箱体有限元模型,2.,有限元离散,将实体模型导入,ANSYS,中，用以四边形为主的壳单元对箱体进行有限元离散,单元数为,108 741,个,节点数为,111 123,个,在,Pro/E,中建立滚筒洗衣机箱体的三维实体的简化模型,Page:,19,/25,洗衣机箱体的有限元模态分析,1,阶,24.474Hz,2,阶,29.201Hz,3,阶,42.4271Hz,4,阶,42.7Hz,箱体的前四阶振型均发生在箱体的两侧，呈,“,鼓,”,状振动。,前两阶振型相同，仅相位相差,180,，且频率接近于洗衣机的工作频率（洗衣机按,01 600r/min,计，频率在,027Hz,区间），是洗衣机整机产生振动噪音的主要源头之一,Page:,20,/25,洗衣机箱体的试验模态分析,采用比利时,LMS,公司的,LMS Test.lab,测试系统，实现对箱体的试验模态试验和分析,，测试系统主要由模态加速度传感器、冲击力锤、,LMSSCADAS,采集前端、,LMS Test.lab,分析软件组成,试验测试系统,Page:,21,/25,洗衣机箱体的试验模态分析,支撑方式：,自由支撑,激振方式：,冲击力锤（软头）,测量方法：,在箱体上布置,127,个测点，在箱体的后上部、右侧板中心这两个测点安置加速度传感器，试验过程中，移动带有力传感器的力锤，敲击其余,125,个测点，为了提高信噪比，每个测点敲击,4,次，测得的,4,次响应数据进行线性平均。,试验测试方法,Page:,22,/25,洗衣机箱体的试验模态分析,用,Test.lab,软件对箱体各测点传递函数进行模态拟合，计算模态参数。,试验模态测试结果,固有振型完全相同,有限元分析结果的各阶固有频率均低于试验结果,推测为箱体在冲压成型后产生了残余应力，间接性提高了箱体刚度。,比较两次模态分析的结果,Page:,23,/25,箱体有限元模型的修正和分析,调整箱体材料的相关参数，重新进行有限元计算修正后的有限元计算和试验结果，各阶固有频率的相对误差在,4.5%,以内，各阶振型仍然保持一致。,Page:,24,/25,结论,通过模态分析发现，该箱体前,4,阶模态均发生在两侧板上，固有频率相对较低。,该洗衣机整机其第,1,、,2,阶模态也发生在两侧板上，固有频率分别为,21Hz,和,24Hz,，随着当前滚筒洗衣机脱水转速的不断提升，易引起箱体的共振，使得箱体的振动幅值和整机的噪声水平超出相关标准。,提高箱体的固有频率,修改侧板冲压结构,改变竖形筋为横向筋,改进建议,Page:,25,/25,Thank You,