模态试验分析系统
模态试验
相关参数设置
• • • • • • • • 传感器灵敏度 采样频率 试验频段选择 平均计算 触发方式 信号的记录长度 力信号加方窗 加速度信号加Exponential窗
准备试验-互易性分析
• 模态分析理论基础是建立在线性系统基础上， 这就要求测试前结构的非线性误差比较小。要 满足互易定理： H ij = H ji
准备试验-相干性分析
• 利用激振力的频谱和响应加速度的频谱可计算 2 出相干函数 γ 。
传递函数测试
• 由模态试验理论可知，获得全部模态信息，只 需测得传递函数矩阵中的一行或一列。
谢谢
ห้องสมุดไป่ตู้
数据处理分系统
• 从测试得到的传递函数中通过曲线拟合确定模 态参数（固有频率，阻尼比，振型等）。
模态试验步骤
边界条件 测点布置
测试
参数设置 准备试验
边界条件
• 不同的边界条件会产生不同的模态参数，应尽 量实现实际结构所要求的边界条件。
约束支承方式
自由支承方式
测点布置
• 模态振型图最后将通过测点的振动来表达，所 以对测点位置、分布密度的选择是十分重要。
激励 测激振力
试验模态分析系统配置框图
试验模态分析系统
试验模态分析系统
激励
测量
采集
处理
激励分系统
• 模态试验都需要一个装置使试验对象产生某种 振动。
测量分系统
• 主要由力传感器和运动传感器组成。在模态分 析试验中经常用的传感器是力传感器和加速度 传感器。
数据采集分系统
• 记录并处理由力传感器与运动传感器测试所得 的信号数据。
试验模态分析
什么是模态分析 模态分析的目的 试验模态分析系统 模态试验步骤 实际操作
试验模态分析的两种方法
试验模态分析的两种方法模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
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。
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。
振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。
如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。
因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。
模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
试验模态分析主要有以下两种方法,OROS模态分析软件MODEL 2 完全具备了这两种常用的模态方法。
锤击法模态测试用于满足锤击法结构模态试验，以简明、直观的方法测量和处理输入力和响应数据，并显示结果。
提供两种锤击方法：固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。
用力锤来激励结构，同时进行加速度和力信号的采集和处理，实时得到结构的传递函数矩阵。
能够方便地设置测量参数，如触发量级、测量带宽和加窗类型，同时对最优的设置提供建议指导。
激振器法模态测试主要是通过分析仪输出信号源来控制激振器，激励被测试件，输出信号有先进扫频正弦，随机噪声，正弦，调频脉冲等信号。
支持单点激励（SIMO）与多点同时激励法(MIMO)。
1）几何建模结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点DOF自动加到通道标示；建立几何模型，以3维方式显示测量和分析结果。
结构模型可以作为单个部件的装配，及采用不同的坐标系（直角、圆柱、球体坐标系），要求除点的定义外，还可定义线和面，真实的显示试验结构。
结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点自由度自动加到通道标示。
DH5907A无线环境激励实验模态测试分析系统
◆概述
DH5907A无线环境激励实验模态测试分析系统中，每个5907A采集模块内置高灵敏度水平和垂直双向的低频速度传感器、Wi-Fi无线通讯模块、GPS时钟同步采样，完善的信号适调、电压放大、抗混滤波、数据采集硬件系统，计算机完成海量存贮、实时处理、同步显示，内置大容量可充电锂电池组，配合环境激励实验模态分析软件，方便、准确的获得各种桥梁及大型建筑的振型、固有频率、阻尼比和刚度。
◆特点
1、每模块内置水平、垂直两个高灵敏度、低频速度传感器;
2、每模块内置Wi-Fi无线通讯模块，可通过无线AP或无线网卡组成无线网络；
3、每模块内置GPS，既可作为同步时钟，又可得到各模块位置信息，简化建模和测点识别；
4、每模块内置智能管理可充电锂电池组，可连续工作10小时；
5、以PC机为基础,完整的硬件和软件环境,试验结果一次生成;
6、中文视窗2000/XP操作系统下采用VC++编制的采样控制和分析软件,具有极强的实时性以及良好的可移植性、可扩充性和可升级性;
7、每台计算机可同时控制64个模块工作,所有通道同步采样;
8、模块采用Wi-Fi无线网络通讯,通讯距离最远可达200m，通过无线网桥或其它无线中继设备可实现更远的传输距离;
9、在可视范围内，采集模块通讯距离200米（具体视网络状态而定）；。
第3章 实验模态分析的基本理论
实验模态分析第三章：实验模态分析的基本理论振动系统的特性可以用模态来描述:固有频率、固有振型(主振型)、模态质量、模态刚度和模态阻尼等。
建立用模态参数表示的振动系统的运动方程并确定其模态参数的过程使称为模态分析。
—种理解可以认为，振动系统的物理模型、物理参数和以物理参数表示的运动方程都是已知的，引入模态参数、建立模态方程的目的是为了简化计算，解除方程耦合，缩减自由度。
另一种理解可以认为，通过对实际结构的振动测试，识别振动系统的模态参数，从而建立起系统的以模态参数表示的运动方程，供各种工程计算应用。
试验模态分析指的是后一种过程,即通过振动测试(称模态试验),识别模态参数,建立以模态参数表示的运动方程这样一个过程。
1 多自由度系统振动基础回顾&&&++=M x C x K x f t []{}[]{}[]{}{()} 2实模态理论一个n 自由度线性定常振动系统，其运动方程可以如下表示:现对两端作付氏变换得:[]{}[]{}[]{}{()}M x C xK x f t ++=&&&2([][][]){()}{()}M j C K X F ωωωω−++=式中和分别是x(t)和F(t)的付氏变换,并有()X ω()F ω()()j t X x t e dt ωω+∞−−∞=∫()()j t F f t e dtωω+∞−−∞=∫(){()}{()}Z X F ωωω=111212122212()()()()()()()()()()n n n n nn Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z ωωωωωωωωωω⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦L L L L L L L 1()[()]{()}{()}{()}X Z F H F ωωωωω−==2[][][]K M j C ωω=−+阻抗矩阵中各元素值无法在实际振动测试中获得，因为人们不可能在实际结构上固定其它坐标，令其不动，仪留下J坐标，待其作出响应；也不可能仅使某个坐标运动，在其余坐标上测量力。
DASP模态分析的步骤
在学习模态分析之前，了解一下一些基本知识：1 模态分析：将线性定常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，以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。
模态分析实质上是一种坐标变换，其目的在于把原物理坐标系统中描述的相应向量，转换到"模态坐标系统"中来描述，模态试验就是通过对结构或部件的试验数据的处理和分析，寻求其"模态参数"。
2 模态参数：模态参数有：模态频率、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。
3实模态和复模态：按照模态参数（主要指模态频率及模态向量）是实数还是复数，模态可以分为实模态和复模态。
对于无阻尼或比例阻尼振动系统，其各点的振动相位差为零或180度，其模态系数是实数，此时为实模态；对于非比例阻尼振动系统，各点除了振幅不同外相位差也不一定为零或180度，这样模态系数就是复数，即形成复模态。
4最佳激励点的选取：视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大振幅点，若多阶，则激励点处各阶的振幅都不小于某一值。
如果是需要许多能量才能激励的结构，可以考虑多选择几个激励点。
5模态分析目的：模态分析所的最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
6原点导纳位置的选择：当一点激励多点响应时（SIMO方法），激励点即原点导纳的位置；当用多点激励一点响应时（MISO方法），响应点即为原点导纳的位置。
原点导纳应避开感兴趣模态的结点，以免丢失模态。
7测点的命名：响应点用数字来命名，激励点用一字母加数字来命名。
应避免重名，重名会导致频响函数错误。
在掌握了了上述基本知识后，开始进行模态试验及分析，主要过程如下：<1>新建：新建一个模态文件，输入或修改试验名、试验号和数据路径，然后进行参数设置，包括传感器类型、总测点数和原点导纳的位置。
模态分析报告【范本模板】
汽车挡风玻璃模态试验报告（模态分析理论与试验第三小组)**: **小组：三组学号：*******目录1 试验目的 (3)2 试验仪器 (3)3 试验对象 (3)4 试验测量和分析系统 (4)5 实验原理 (5)5.1 传递函数 (5)5.2 相干函数 (5)5.3 误差控制 (6)6 模态分析方法和测试过程 (7)6.1 激励方法 (7)6 .2 结构安装方式 (7)7、实验步骤 (8)7.1测点的确定 (8)7.2 仪器连接 (9)7.3 结构生成及约束 (9)7.4 参数设置与采样 (9)7.5实验数据分析处理 (10)8、实验结果和分析 (13)8.1 模态频率和阻尼 (13)8.2 试验与仿真对比 (18)8.3 分析结论 (21)1 试验目的1。
学习模态分析原理和模态测试方法；2。
试验分析得到汽车挡风玻璃的前15阶模态的模态参数；3.试验分析汽车挡风玻璃的动态振动特性；4。
为汽车挡风玻璃的有限元分析计算模型的修改提供可靠依据.2 试验仪器试验仪器如表1所示：表1 试验仪器列表3 试验对象试验对象：POLO三厢车前挡风玻璃.实验对象附件描述见表2表2 实验对象描述4 试验测量和分析系统试验测量分析系统由三大部分组成:试验试验激振系统,响应采集系统，模态分析和处理系统。
其中，(1) 试验激振系统包括：江苏联能LC系列力锤；(2) 响应采集系统包括加速度传感器、和DASP信号采集系统；(3）模态分析和处理系统主要是DASP和Matlab软件。
具体的组成方式如图1和图2所示。
图1模态试验测量分析系统模型示意图图2模态试验测量分析系统-电荷放大器图3模态试验测量分析系统—INV 306U DASP数采系统5 实验原理5。
1 传递函数试验模态分析是基于系统响应和激振力的动态测试，即通过振动测试，经信号处理和参数识别确定系统的模态参数，建立以模态参数表示的运动方程.从模态分析理论可知，这些参数可以通过传递函数或频响函数曲线进行分析求得。
张令弥老师2008年报告 模态试验分析技术
模态试验分析技术的最新发展与应用张令弥教授南京航空航天大学振动工程研究所..江苏联能电子《动态测试技术交流会》江苏扬州，2008年5月24日模态分析技术最新进展与应用现代模态试验与分析的三类技术试验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA)•激振器激励EMA技术•力锤激励EMA技术运行模态分析（Operational Modal Analysis, OMA) 运行响应模态(Operational Deflexion Shape，ODS）试验模态分析(EMA)单点激励多点测量技术(SIMO)。
多点激励多点测量技术（MIMO）验中尤为重要单参考点锤击技术（SRIT）多参考点锤击技术（MRIT）–可用MIMO模态识别技术，能够分离密集模态和重频模态运行模态分析(OMA)••进行模态分析一种新颖模态试验方法:力锤人工随机激励仅用输出测量的模态分析（OMA）模态识别的主要方法现代模态识别三种方法振动测试技术的三个层次振动信号分析振动测量振动模态分析N-Modal EMAN-Modal OMAN-Modal ODSN-Modal软件加速度传感器力传感器N-Update振动模态试验与分析系统数据采集器(YE 6267)力锤激振器是么是满足要求的好模态试验分析系统？•••模态试验与分析技术的应用•机械、结构动态分析与设计•机械、结构振动与噪声控制•机械故障诊断•结构健康监测•航空航天：飞机，火箭，卫星与航天器•旋转机械：发动机，电动机，汽轮机，压缩机，鼓风机…•工程机械：汽车,(整车、零部件)，工程机械•土木工程：桥梁，建筑，水坝，高塔•家用电器：空调，洗衣机，冰箱…….模态试验与分析的主要应用•••••模态分析的现状和未来•现状（好消息！）：•未来（有待努力）：模态试验与分析的应用••Details of the Frame FE Model with JointFE Model of Frame Structure withThin-Wall Component in Front••Modal Testing of Chassis Structure:2-Shaker Excitation & MIMO Modal Analysis振动激励与响应: 瞬态随机(Burst Random)原点与跨点频率响应函数(FRF)FRF曲线拟合FRF曲线拟合:密集模态Modal Testing of Chassis Structure: Identified Modal Frequency & DampingFEM: 12 Modes with Y-direction ExcitationModel Validation via Assembled Structure: Impact Response Time Historyof the Computer Simulation based onUpdated&Test ResultComparison of Deformation from Impact: Computer Simulation& Test ResultComparison of Deformation from Impact: Computer Simulation& Test Result“沿海高速”项目：不中断交通桥梁运行模态分析在桥梁状态评估中的应用沿海高速丁堰桥沿海高速丁堰桥南京和燕路立交桥O M ATime Domain Response实测PSD结果识别结果：模态频率与阻尼比识别结果：振型丁堰桥OMA 试验11227#墩8#墩9#墩试验MAC 计算MAC0.815.716.35116.7360.645.455.8596.1950.740.134.7184.7240.895.443.1543.3330.982.122.1722.2220.900.681.3611.371MAC 值频率误差(%)有限元频率值有限元频率阶数实验频率值实验频率阶数实验振型与有限元模型振型的匹配结果FEM与OMA振型相关（MAC）结果成飞项目：环境振动试验夹具动态优化设计夹具动态优化设计一体化软件系统框图计算机辅助设计与接口夹具动态分析试验与优化设计一体化软件系统运行模态分析(OMA)有限元分析(Nastran) 与接口试验/计算相关分析(COR)计算模型修正(UPD)夹具优化设计(OPT)板梁结构模型计算振型1-6。
模态分析的相关介绍
工程数据管理(EDM)是实现对晶钻仪器公司所有硬件的实时数据管理和处理的PC软件。
它的结构清晰，界面友好，功能丰富，操作简单方便。
EDM模态分析一个完整的包括模态测试和分析的实验模态分析(Experimental Modal Analysis (EMA))流程。
基于当代流行的模态分析理论和技术开发，操作流程直观且简单，它是实现模态分析实验得力的工具。
支持用户实现数百个测量点和多个激励点的高度复杂的模态分析，无论模态测试是多么复杂，EDM模态软件都提供准确的工具来实现您的目标。
为了成功获得测试数据，实验之前需要在测试模型上规划出所有测点的自由度（DOFs）。
几何编辑器提供多种坐标系统，使用组件功能，可以简单地把各个子组件合并对一个几何模型。
在输入通道设置界面，设置所有通道对应的测点和它们的坐标方向。
测试开始后，所有的测试测点都会被测量，并以包含激励和响应自由度的信号名称保存。
模态参数识别是模态分析的核心，EDM模态分析为其提供了多种拟合方法。
最小二乘复指数法(The Least-Squares Complex Exponential (LSCE))用于获取单参考点频响函数(FRF)的极点(包括频率和阻尼)。
而多参考点(多输入/多输出或者MIMO)测试，则使用相应的多参考时域分析法(Poly-Reference Time Domain，PTD)。
动画模块是为了动态展示模态振型的模块，允许用户通过3D动画显示模态振型到几何模型。
通过不同颜色标识动画的振动幅度。
自由变形(FFT)提供增强模式的动画，比点动画更平滑更逼真。
使用同一个几何模型，工作变形分析(ODS)可动画显示所选择的时域和频域响应数据到几何模态。
EDM模态支持的应用如下：●几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画●工作变形分析(ODS)●锤击法模态实验●单个或多个模态激振器模态试验●单参考点模态分析●多参考点模态分析●导出测试报表到Word几何模型编辑（Geometry）EDM模态几何模型编辑/ODS/动画三个模块是EDM模态分析软件的基础模块，包含在每个EDM模态系统。
第十二章 模态分析及模态试验
汽车学院 靳晓雄
2018年11月9日星期五
同济大学汽车学院振动噪声研究所
1
第十二章 模态分析与模态试验
12-1 引言 12-2 频响函数与模态参数的关系 12-3 模态识别的图解方法 12-4 模态识别的曲线拟合法 12-5 模态试验系统 12-6 传感器及其安装 12-7 传感器的标定 12-8 试验结果的检验
——模态密度
同济大学汽车学院振动噪声研究所 10
当系统p点作用激振力时，结构l点的响应为：
X l ( ) li qi ( )
n
X l ( ) Hlp ( ) Fp ( )
n
li pi ( 2 ) F ( ) i 1 mi jci ki
n
i 1
一、迭代法 将频响函数表示为模态的实虚频形式
H R ( ) Ri X i
i 1 N
1 i2 Ri (1 i2 )2 (2i )2
1 Xi kii
2018年11月9日星期五
同济大学汽车学院振动噪声研究所
22
H I ( ) I iYi
i 1
N
(2 i )2 i Ii (1 i2 )2 (2i )2
j 1
M
各阶模态频率可以先根据频响函数确定，对预 估计 的初始值。 ER 令： 0 得线性方程组： X i
R R X RH R
T
（1） （2）
24
I I Y I H R
T
2018年11月9日星期五
同济大学汽车学院振动噪声研究所
i i
T
上式还可表示为：
H ( )
LMS模态试验与分析_航空航天
LMS模态试验与分析_航空航天
LMS（Linear Matrix Inequality Modal Synthesis）模态试验与分
析是航空航天领域中一种常用的工程分析方法，它基于线性矩阵不等式技术，通过试验与分析实现结构动力学特性的模态参数估计和模态分解。
首先，在试验数据采集阶段，需要通过传感器对航空航天系统进行测量，并获取系统的响应数据。
传感器可以是加速度传感器、应变传感器等，用于测量系统的振动响应。
这些测量数据将被用于后续的模态参数估计和
模态分解。
然后，在模态参数估计阶段，利用LMS方法将试验数据与结构动力学
模型之间建立数学关系，通过最小二乘法估计系统的模态参数。
模态参数
包括固有频率、阻尼比和模态形态等，它们反映了系统的振动特性。
最后，在模态分解阶段，通过对估计得到的模态参数进行分解，将系
统的振动响应分解为不同的模态成分。
模态分解可以帮助工程师更好地理
解结构的振动特性，找出系统的主要振动模态。
应用LMS模态试验与分析方法可以帮助航空航天工程师进行结构设计、优化和故障诊断等工作。
例如，在航空器的振动控制中，可以通过LMS方
法估计结构的模态参数，设计并调整振动控制器来实现振动的有效控制。
在航天器的结构动力学分析中，可以通过LMS方法对结构的模态分解结果
进行分析，进一步优化结构设计，确保航天器的结构安全性和可靠性。
总结起来，LMS模态试验与分析是一种有效的航空航天工程分析方法，它通过试验数据的采集、模态参数的估计和模态分解，实现了对结构动力
学特性的全面分析和评估，为航空航天工程师提供了重要的设计和优化依据。
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模态试验分析系统
系统简介
模态试验与分析系统是指通过数据采集系统获得激励（和响应）数据，经动态信号分析与模态参数识别，确定机械结构的固有频率、阻尼比、振型和模态参与因子等揭示结构动态特性的参数。
模态实验广泛应用于振动排故、状态检测、故障诊断和结构健康监测，以及动态响应预报、结构动态修改、有限元模型修正、动态分析与设计、振动控制等。
系统特点
★快速几何建模
1、集成交互式几何建模模块，实现节点、连线、多边形、3D对象的交互式选择、移动、旋转、放大、删除、修改等功能
2、可定义总体坐标和局部坐标，具有笛卡尔、柱、以及球等三种坐标系统，各种坐标系统间转换方便
3、可实现线段、直线、矩形、梯形、扇面、椭圆、圆台、球体等规则3D对象的快速建模，还可自
定义三维单元库
4、除了交互式几何建模，模型几何信息也可通过配置信息界面直接进行修改、添加、删除等操作
★快速、易用的信号分析功能
1、向导式的信号处理参数设置，实现趋势去除、时域抽取、快速傅立叶变换（FFT）、加窗函数等功能
2、 FFT长度：基2整数，根据实测数据自由可选；重叠：0%～83%，可从下拉列表中选择；平均次数：用户自定义；窗函数：矩形窗、汉窗、海明窗、平顶窗、指数窗、力窗、指数窗等；分析频率范围：采样频率的1/2或1/2.56
3、功率谱估计：自谱、互谱、功率谱密度矩阵、半功率谱密度矩阵
4、单输入多输出（SIMO）的频率响应函数（FRF）估计：H1、H2估计
5、多输入多输出（MIMO）的频率响应函数估计及相干函数估计
6、多线程支持的信号处理过程，并可采用不同设置参数重复进行
★灵活的二维\三维图形显示、控制和输出
1、提供专用的二维曲线与三维图形控制面板，以及鼠标、快捷键、菜单等多种控制方式
2、多种曲线表达方式，诸如频率响应函数的幅值（线性、对数、dB坐标）、相位、展开相位、实部、虚部、奈奎斯特图等
3、方便灵活的二维曲线显示与控制，网格、图例等元素可显示或隐藏，并能提供相应曲线的完善测量信息（测量节点、方向，是否原点测量等）
4、缩放（具有不同缩放状态的记忆能力）、选段、寻峰寻谷等实用功能
5、方便灵活的三维图形显示与控制，节点号、输入/输出标记、坐标轴等元素可显示或隐藏，并能轻易实现平移、缩放、旋转等功能
6、提供三维图形的俯仰、左右、前后等各向视图，能实现结构的框架线显示或着色面渲染
7、二维曲线和三维图形的各元素颜色均可自定义
8、基于OpenGL的三维图形动画控制，实现播放、暂停、帧播放、幅度控制、速度控制等功能
9、各种二维曲线和三维图形均可复制到操作系统剪贴板中，亦可一键存储为BMP或JPG文件
10、振型动画和ODS可直接输出成AVI文件
★先进、准确、可靠的模态分析技术
1、EMA : 基于输入（激振力）、输出（响应）测量的试验模态分析技术
（1）单输入/多输出（SIMO）的全局模态识别技术，可识别得到全局模态参数
（2）多点激振的多输入/多输出（MIMO）模态识别技术，具有识别高密度或重频模态的能力，是大型、复杂结构试验模态分析的理想方法
（3）单参考点和多参考点锤击法（MRIT）模态识别技术。
2、OMA: 环境激励下仅有输出（响应）可测量的运行模态分析技术，可以对桥梁、建筑、汽车、飞机、旋转机械等机械结构在运行状态进行试验与分析，无须人工激振，只需测量响应
（1）不仅简单可行，同时还可获得结构在真实运行状态下的动态特性，且天然具备多参考点特性，具有解耦密集模态的能力
（2）基于全功率谱密度矩阵的窄带模态参数识别方法（频域空间域分解法，FSDD），方便易用，结
果准确
（3）基于半功率谱密度矩阵的窄带模态参数识别方法，操作方便，实现了EMA与OMA分析的统一
3、时、频域响应模态分析（ODS）及可视化，用户可实时了解某一时刻或频率点的结构振动模式
典型应用
广泛应用于飞机、高铁、船舶、桥梁、汽车等各类大型结构设备的振动排错、状态监测；动态响应预报；故障诊断和结构健康监测；结构动态修改；有限元模型修正；动态分析与设计、振动控制等。