模态分析文件-天津大学研究生e-Learning平台.PDF

工程测试技术 主讲人：杨志永 天津大学机械学院 1 第 八 章 模 态 分 析 8.1 模态分析的基本步骤 8.2 单自由度系统的参数识别 8.3 传递函数矩阵和频响函数矩阵 8.4 多自由度系统的参数识别 2 第 八 章 模 态 分 析 20 30 模态分析理论基于 世纪 年代机械阻抗与导 纳的概念发展起来，吸取了振动理论、信号分析、 数据处理、数理统计、自动控制理论的有关营养， 形成一套独特的理论。 模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数 ，为结构系统的振动分析、振动故障诊断和预报、 结构动力特性的优化设计提供依据。 3 第 八 章 模 态 分 析 模态分析的经典定义 将线性时不变系统振动微分方程组中的物理坐 标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模 态坐标及模态参数描述的独立方程。 坐标变换的变换矩阵为振型矩阵，其每列即为 各阶振型。 4 第 八 章 模 态 分 析 模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有 特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数 可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分 析过程称为模态分析。 这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的， 则称为计算模态分析； 如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参 数识别获得模态参数，称为试验模态分析。 通常，模态分析都是指试验模态分析。 5 第 八 章 模 态 分 析 有限元分析软件(如ANSYS 、NASTRAN 、SAP 、 MAC等)在结构设计中被普遍采用，但在设计中，有 限元简化模型和计算的误差较大，主要因为： 计算模型和实际结构的误差 边界条件很难准确确定 某些大型结构的形状和动态特性十分复杂 6 第 八 章 模 态 分 析 而试验模态分析则是对结构进行可测可控的动力 学激励，由激振力和响应的信号求得系统的频响函数 矩阵，再在频域或转到时域采用多种识别方法求出模 态参数，得到结构固有的动态特性。 试验模态分析可以正确确定其动态特性，并利用 动态实验结果修改有限元模型，从而保证了在结构响 应、寿命预计、可靠性分析、振动与噪声控制分析与 预估以及优化设计时获得有效而正确的结果。 7 第 八 章 模 态 分 析 试验模态分析的典型应用 1. 评价现有结构系统的动态特性 通过结构的模态分析可以求得各阶模态参数 （模 态频率、模态振型以及模态阻尼），从而评价结构的 动态特性是否符合要求，并校验理论计算结构的准确 性。