频响频响分析方法总结
频响分析理论讲解
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10
频响函数的时域含义
m
x1 H11
x2 x3
=
H
21
H 31
Inverse FRF: F(orce)/R
Dynamic Stiffness动刚度 Mechanical Impedance机械阻抗
Apparent Mass
(Source: “Modal Testing: Theory, Practice and Application,” by D. J. Ewins)
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3
时域到频域的转换
⚫ 载荷用谐波表示
Mx(t) + Cx(t) + Kx(t) = f (t)
取某一特定激励频率
20
模态阻尼OptiStruct数值计算案例
99.875298 14.83414 102.96423 21.093685 106.05316 15.001724
输入阻尼 g=0.06
536.28412 552.87024 569.45636
4.6593304 6.6819339 4.8037124
模态法 Modal approach
18
频率激励/输出设置
⚫ FREQ定义离散频率点
‒ 以下例子定义20,100,200,500,1000Hz共5个输出频率
航空航天领域的结构动力学分析方法
航空航天领域的结构动力学分析方法在航空航天领域中，结构动力学是一门关键的学科，它研究了飞行器或航天器在飞行过程中受到的各种载荷以及结构的振动响应。
结构动力学分析方法的发展和应用对于设计和优化飞行器结构，提高其可靠性和耐久性具有重要意义。
本文将介绍航空航天领域中常用的结构动力学分析方法。
一、模态分析方法模态分析是结构动力学中最基本和常用的方法之一。
它通过计算结构的固有频率、振型和振幅等参数，来了解结构的振动特性。
在航空航天工程中，模态分析被广泛应用于预测和控制结构的振动问题。
通过模态分析，可以有效地识别结构的主要振型，并设计出相应的控制策略，以减小结构振动引起的破坏。
二、频响分析方法频响分析是指在结构受到谐波激励时，计算结构的频率响应。
在航空航天领域，频响分析被广泛应用于结构在飞行过程中受到的各种载荷的分析。
根据不同频率下的振动响应，可以评估结构的稳定性和性能。
频响分析方法可以帮助工程师确定结构的固有频率、共振频率以及传递函数等参数，从而对结构的设计和优化提供指导。
三、有限元分析方法有限元分析是一种数值分析方法，能够模拟结构的复杂力学行为。
在航空航天工程中，有限元分析广泛应用于各种结构的强度、刚度和振动等方面的分析。
有限元方法将结构划分为多个小区域，通过建立节点和单元之间的关系，建立结构的数学模型。
然后通过求解得到节点的位移、应力等信息，从而分析结构的力学行为。
有限元分析方法可以提供多种载荷情况下结构的响应，为工程师提供了设计和优化结构的依据。
四、瞬态分析方法瞬态分析是指在结构受到突发载荷或者非稳态载荷时，计算结构的响应。
在航空航天领域，由于飞行器或航天器在飞行过程中受到的载荷是时变的，因此瞬态分析方法被广泛应用于结构的疲劳性能和振动响应的分析。
通过瞬态分析，工程师可以了解结构在不同时刻的响应情况，从而对结构的材料和几何参数进行调整，提高结构在复杂载荷下的工作性能。
综上所述，航空航天领域的结构动力学分析方法包括模态分析、频响分析、有限元分析和瞬态分析等多种方法。
频率响应特性分析的技术与方法
频率响应特性分析的技术与方法在现代科技中，频率响应特性分析是一项至关重要的技术，它广泛应用于电子、通讯、计算机、机械、建筑等领域。
频率响应特性分析技术的主要任务是研究系统对于不同频率的输入信号的响应情况，也就是系统的频率响应特性，以及分析系统的稳定性、可靠性和性能等方面。
本文将详细介绍频率响应特性分析的技术与方法。
一、频率响应特性频率响应特性是指系统在不同频率下对于输入信号的响应情况。
它可以用来描述系统的传递函数和系统的稳定性等特性。
频率响应特性通常用相位和幅度角度两个方面来描述系统的特性。
在实际应用中，系统的频率响应特性非常重要。
举个例子，当我们选择一款扬声器或者耳机时，它们的频率响应特性会影响到我们对声音的感受。
同样的，在设计一个航空器的飞行控制系统时，系统的频率响应特性决定了飞机是否能够稳定地飞行。
二、频率响应特性分析的方法频率响应特性分析的方法可以分为两种：试验法和计算法。
试验法：频率响应特性的试验法包括了输入输出测试法、正弦扫频法、傅里叶变换法等。
其中，输入输出测试法是最常用的一种方法，它通过对系统进行输入输出测试来获得系统的频率响应特性。
正弦扫频法则是通过对系统输入正弦信号并改变频率，而观察系统响应的方法。
傅里叶变换法则是通过对输入输出信号进行傅里叶变换，进而得到系统的传递函数和频率响应特性。
计算法：频率响应特性的计算法包括了网格法、有限元法、有限差分法等。
这些方法都是基于数学模型进行计算的。
其中，网格法是对系统建立宏观模型，并对其进行离散化处理，从而获得系统的频率响应特性。
而有限元法和有限差分法则是通过对系统进行微观建模并采用数值计算方法来获得系统的频率响应特性。
三、频率响应特性分析的技术频率响应特性分析的技术包括了滤波器、谱分析、傅里叶变换、拉普拉斯变换等。
这些技术都可以用来分析系统的频率响应特性。
滤波器：滤波器是一种电路，它能够过滤掉不需要的信号，并且保留需要的信号。
在频率响应特性分析中，滤波器可以被用来提取系统的特定频率响应特性。
变压器绕组变形测试仪频响分析法介绍
变压器绕组变形测试仪频响分析法介绍华天电力专业生产变压器绕组变形测试仪（又称变形绕组测试仪），接下来为大家分享变压器绕组变形测试仪频响分析法介绍。
频响分析法应用于变压器绕组变形测试仪的技术原理，是目前电力行业测量绕组变形的主流技术。
频响分析法也称为频响法，用频率响应分析法检测变压器内部绕组情况，硬件机芯采用DDS专用数字高速扫频技术，可以准确诊断出绕组发生扭曲、鼓包、移位、倾斜、匝间短路变形及相间接触短路等故障特征。
频响法：是指在正弦稳态情况下，网络传递函数H（jω）与角频率ω的关系，通常把H（jω）幅值随ω的变化关系脚趾幅频响应，H（jω）相位随ω变化的关系成为相频响应。
幅频响应：幅是值信号的幅度大小，也叫振幅，频是指频率，幅频指的是信号的振幅于频率的关系。
相频响应：相是指网络输出和输入电压之间的相位角的差值，频是指的频率，相频是指网络输出与输入电压之间的相位频率关系。
频响分析法检测回路
当变压器结构定型后，它的额定频响特征是一定的，利用扫描发生器将一组不同频率的正弦波电压US加到被试变压器绕组的一端，在所选择的变压器其他端子上得到振幅和相位作为频率f的函数绘制曲线，也就是通常说的双通道分析单元测量在不同频率的f下的响应电压U2和激励电压U1的信号幅值之比，并获得幅频响应曲线，L、K、C代表绕组单位长度的分布电感、分布电容、对地电容，当变压器绕组发生结构变形后, L、K、C参数上会有不同程度的变化，曲线发生特征。
频响分析方法总结
频响分析，或者叫稳态动力学分析在abaqus中包括以下三种方法：直接稳态动力学分析（direct solution steady state dynamic analysis）模态稳态动力学分析（mode based steady state dynamic analysis）子空间稳态动力学分析（subspace projection steady state dynamic analysis）1）直接稳态动力学优点：在直接稳态动力学分析中，系统的稳态谐波响应是通过对模型的原始方程直接积分计算出来的。
如果分析的对象存在非对称刚度、包含模态阻尼以外的其他阻尼或者必须考虑粘弹性材料特性（频变特性），则不能提取特征模态的情况下，可以应用直接法进行稳态响应的计算和分析。
缺点：进行直接稳态动力学分析不需要提取系统的特征模态，而是在每个频率点对整个模型进行复杂的积分运算。
因此，对于具有大阻尼和频变特性的模型，应用直接法比模态分析方法精确，但是耗时较多。
2）模态稳态动力学分析模态稳态动力学分析方法是基于模态叠加法求解系统的稳态响应。
因此，在求解稳态响应之前必须先提取无阻尼系统的特征模态，也就是在说必须在step steady state dynamics,modal 前加一步step frequency。
另外，必须确定需要保留的特征模态，以确保能够精确描述系统的动力学特性，也就是说如果是进行0-1000hz的分析，step frequency的number of eigenvalues requested选定的阶数的模态频率必须大于1000hz，简单的作法是这里选all……，下面的maximum……填入1000。
模态稳态动力学分析的特点：相较于直接法和子空间法分析速度快，耗时最少，计算精度低于直接法和子空间法，不适合于分析具有大阻尼特性的模型，不适合于分析具有粘弹性材料（频变特性）的模型。
3）子空间稳态动力学分析子空间稳态动力学分析的基本思想是：首先提取无阻尼、对称系统的特征模态，并选取适当的特征向量组成特征模态子空间，然后将稳态动力学方程组投影到特征模态子空间上，通过直接法求解子空间的稳态动力学方程。
频响指标以及测试方法
频响频率响应简称频响，英文名称是Frequency Response，在电子学上用来描述一台仪器对于不同频率的信号的处理能力的差异。
同失真一样，这也是一个非常重要的参数指标。
一个“完美”的交流放大器，应该在频响指标上具有如下的素质：对于任何频率的信号都能够保持稳定的放大率，并且对于相应的负载具有同等的驱动能力。
显然这在目前技术水平下是完全不可能的，那么针对不同的放大器就有了不同的“前缀”，对于音频信号放大器（功率放大器或者小信号放大器）来说，我们还应该加上如此的“前缀”：在人耳可闻频率范围内以及“可能”影响到该范围内的频率的信号。
这个范围显然缩小了很多，我们知道，人耳的可闻频率范围大约在20～20KHz，也就是说只要放大器对这个频率范围内的信号能够达到“标准”即可。
实际上，根据研究表明，高于这个频段以及部分低于这个频段的一些信号虽然“不可闻”，但是仍然会对人的听感产生影响，因此，这个范围还要再扩大，在现代音频领域中，这个范围通常是5～50KHz,某些高要求的放大器甚至会达到0.1~数百KHz。
但是，上述要求表面上好像是比“完美”低了很多，却仍然是“不可能完成的任务”，目前我们连这样的要求也不可能达到。
于是，就有了“频响”这个指标。
（附言：指标本身就代表着“不完美”，如果一切都“完美”了，指标也就没有存在的理由了。
）放大器有两种失真：线性失真和非线性失真。
我们通常把后者叫做“失真”，而把前者用其它方式表达出来。
非线性失真我们已经知道了是一种什么情况了。
而线性失真就是指频率和相位方面的“误差”，即频率失真和相位失真。
频率失真及其产生原因频率失真是一种“线性失真”，意思是说，发生这种失真时放大器的输出信号波形和输入波形仍然是“相似形”，它不会使放大器对要处理的信号产生“形变”。
一个单纯的频率失真可以看成放大器对于不同频率的信号放大倍数不同，例如，1个十倍放大器，对1KHz的信号的放大倍数是10倍，而对于10KHz的交流信号可能放大倍数就变成了9.99倍，于是，我们就可以说这台放大器有频率失真了。
频响分析法
第四章 频率响应分析法
4-1 频率特性
机 械 控 制 理 论
频率响应
系统对正弦输入信号的稳态响应。
频率特性
系统在不同频率的正弦信号输入时，其稳态输 出随频率而变化(ω 由0变到∞)的特性。(当不 断改变输入正弦的频率时，该幅值比和相位差 的变化情况称为系统的频率特性。)
第四章 频率响应分析法
频率特性的求法
机 械 控 制 理 论
G( jw) A(w)e j(w )
K 1 T w
2 2
exp( jarctan Tw)
其稳态响应为： x o (t)
Xi K 1 T w
2 2
sin(wt arctan Tw)
第四章 频率响应分析法
4-2 频率特性的对数坐标图
机 械 控 制 理 论
1、对数坐标图
G ( j )
2 2 n j 2n
2 n
1 (
幅频特性：
2 ) j 2 n n
1
相频特性：
A( )
2 1 ( )2 2 n n
2 2
2
( ) arctg
例 机 械 控 制 理 论
解一
求一阶系统的频率特性及在正弦信号 xi(t)=Xsinwt作用下的频率响应。
X 0 (s) Xw K 2 i 2 Ts 1 s w Xi K X KTw x o (t) sin(wt arctan Tw) i 2 2 exp( t / T) 1 T w 1 T2w 2
②对系统作近似分析时，只需画出对数幅频特性曲线的渐进 线，大大简化了图形的绘制。
③用实验方法，将测得系统（或环节）频率响应得数据画在பைடு நூலகம்
物理实验技术中的频率响应与频谱分析方法
物理实验技术中的频率响应与频谱分析方法在物理实验中，我们常常需要研究材料或装置的频率响应，以了解其振动或信号传输的特性。
频率响应的研究可以帮助我们更好地理解物理系统的行为，并为实验设计和数据分析提供指导。
而频谱分析方法则是评估频率响应的重要工具之一。
频率响应是指一个系统或装置对输入信号在不同频率上的响应程度。
在物理实验中，这通常涉及到测量信号的振幅和相位随频率的变化。
例如，我们可能想了解一个材料对声波的传递特性，或者一个电子元件对电信号的传导情况。
频率响应可以帮助我们确定系统的共振频率，寻找系统的自然频率以及阻尼特性。
为了测量频率响应，我们通常需要使用一些仪器和技术来提供准确的信号发射和接收。
其中最常见的方法是使用函数发生器产生一个可变频率的信号，并通过一个传感器或探头测量输出信号的幅度和相位。
这样做可以得到一个频率响应曲线，显示出系统在不同频率上的响应。
频率响应曲线通常以图表的形式展示，横轴表示频率，纵轴表示幅度或相位。
曲线的形状可以给出有关系统特性的重要信息。
例如，当一个系统在某个频率上具有很高的响应时，我们可以说它处于共振状态。
而当幅度或相位随频率的变化不稳定或不连续时，我们可以怀疑系统存在失真或不稳定情况。
为了更详细地分析频率响应曲线，我们会使用频谱分析方法。
频谱分析是一种将时域信号转换为频域信号的技术，可以将信号分解成不同频率成分的能力。
这个技术在物理实验中广泛应用于研究波动现象、振动特性以及电信号的频率分布。
频谱分析方法涉及到信号的傅里叶变换，这是一种将信号从时域转换为频域的数学方法。
傅里叶变换可以将信号分解成一系列正弦和余弦函数的叠加，每个函数对应一个特定的频率。
通过傅里叶变换，我们可以看到信号中各个频率成分的幅度和相位信息。
在实际应用中，频谱分析常常使用快速傅里叶变换（FFT）算法来处理信号。
这种算法可以在较短的时间内计算出信号的频谱，使得频谱分析可以在实时或准实时的条件下进行。
结构振动的频率响应与模态分析
结构振动的频率响应与模态分析频率响应与模态分析是结构振动研究中非常重要的方法，通过这些分析可以深入了解结构的特性、性能和振动行为。
本文将探讨频率响应与模态分析的基本原理、应用以及分析方法。
一、频率响应分析频率响应分析是研究结构在不同激励频率下的振动响应情况。
它通过测量系统对于不同频率激励下的振动响应，得到结构的频率响应函数，进而了解其固有频率、阻尼特性等。
其基本原理是利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，得到频率和振幅之间的关系。
频率响应分析主要包括两个方面：幅频特性和相频特性。
幅频特性描述了结构对于不同频率激励振幅的响应情况，相频特性则反映了结构振动的相位角与激励频率之间的关系。
在实际工程中，频率响应分析可应用于结构的动态特性测试、模态参数辨识、振动响应控制等方面。
通过频率响应分析，可以预测结构的固有频率，找出结构的共振点，分析结构的阻尼、模态分布等重要参数，为结构设计和改进提供关键依据。
二、模态分析模态分析是研究结构的固有振动模态以及相应的振动特性。
通过模态分析可以获得结构的模态参数，包括自振频率、振型和阻尼比等。
在模态分析中，首先要建立结构的数学模型，通常采用有限元法等数值计算方法。
然后通过计算结构的特征值和特征向量，得到结构的固有频率和振型。
固有频率是结构振动的固有特性，而振型描述了结构在不同固有频率下的振动形态。
模态分析广泛应用于结构设计、振动控制、结构健康监测等领域。
通过模态分析，可以确定结构的主要振型和固有频率范围，评估结构的动态性能，优化结构的设计参数。
三、频率响应与模态分析的联系与应用频率响应分析与模态分析虽然从不同角度研究结构的振动特性，但它们之间存在紧密的联系和相互依赖。
首先，通过频率响应分析可以识别结构的固有频率。
在频率响应测试中，当激励频率接近结构的固有频率时，会发生共振现象，振动响应大幅增加。
通过识别这些共振点，可以初步估计结构的固有频率，并为后续的模态分析提供初步数据。
《频率响应分析法》课件
相位特性
描述系统在不同频率下 的输出信号与输入信号 之间的相位差变化特性
。
带宽
系统能够处理的最高和 最低频率范围，通常以
Hz为单位。
稳定性分析
通过分析系统的极点和 零点分布，判断系统在 不同频率下的稳定性。
03
频率响应分析法的实现方 法
实验法
实验法定义
通过实际搭建系统并输入激励信 号，测量系统的输出响应，从而
随着技术的进步和应用需求的增长， 频率响应分析法的应用前景将更加广 阔。
在复杂系统和多物理场耦合问题的研 究中，频率响应分析法将发挥重要作 用。
THANKS
感谢观看
分析系统的频率响应特性。
实验法的优点
直接获取实际系统的频率响应数据 ，结果真实可靠，不受模型精度限 制。
实验法的缺点
实验成本高，周期长，且受实验条 件和环境因素影响较大。
数值模拟法
数值模拟法定义
利用计算机数值计算方法模拟系 统的动态行为，通过分析模拟结
果得到系统的频率响应特性。
数值模拟法的优点
成本低，周期短，可以模拟复杂 系统和非线性系统。
析和计算，研究结构的固有频率、振型和阻尼等特性。
03
振动控制
频率响应分析法可以用于振动控制，通过对振动系统进行频率响应分析
和设计，实现振动系统的主动控制和被动控制，提高系统的稳定性和可
靠性。
05
频率响应分析法的优缺点
优点
准确性
频率响应分析法能够准确地评估系统的频率响应特性，从而更准确地 预测系统的行为和性能。
信号去噪
频率响应分析法可以用于信号去噪，通过对信号进行频域变换和处理 ，降低噪声信号的干扰，提高信号的信噪比。
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频响频响分析方法总结-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
频响分析，或者叫稳态动力学分析在abaqus中包括以下三种方法：
直接稳态动力学分析（direct solution steady state dynamic analysis）
模态稳态动力学分析（mode based steady state dynamic analysis）
子空间稳态动力学分析（subspace projection steady state dynamic analysis）
1）直接稳态动力学
优点：在直接稳态动力学分析中，系统的稳态谐波响应是通过对模型的原始方程直接积分计算出来的。
如果分析的对象存在非对称刚度、包含模态阻尼以外的其他阻尼或者必须考虑粘弹性材料特性（频变特性），则不能提取特征模态的情况下，可以应用直接法进行稳态响应的计算和分析。
缺点：进行直接稳态动力学分析不需要提取系统的特征模态，而是在每个频率点对整个模型进行复杂的积分运算。
因此，对于具有大阻尼和频变特性的模型，应用直接法比模态分析方法精确，但是耗时较多。
2）模态稳态动力学分析
模态稳态动力学分析方法是基于模态叠加法求解系统的稳态响应。
因此，在求解稳态响应之前必须先提取无阻尼系统的特征模态，也就是在说必须在step steady state dynamics,modal前加一步step frequency。
另外，必须确定需要保留的特征模态，以确保能够精确描述系统的动力学特性，也就是说如果是进行0-1000hz的分析，step frequency的number of eigenvalues requested选定的阶数的模态频率必须大于1000hz，简单的作法是这里选all……，下面的maximum……填入1000。
模态稳态动力学分析的特点：相较于直接法和子空间法分析速度快，耗时最少，计算精度低于直接法和子空间法，不适合于分析具有大阻尼特性的模型，不适合于分析具有粘弹性材料（频变特性）的模型。
3）子空间稳态动力学分析
子空间稳态动力学分析的基本思想是：首先提取无阻尼、对称系统的特征模态，并选取适当的特征向量组成特征模态子空间，然后将稳态动力学方程组投影到特征模态子空间上，通过直接法求解子空间的稳态动力学方程。
我的感觉是子空间法是直接法和模态法的折中，它的特点是模型可以定义任意形式的阻尼，可以处理具有非对称刚度矩阵的模型，可以处理具有频变特性的模型，计算时间和精度也是在直接法和模态法的中间。
直接法在定义边界条件时通过选项*boundary的amplitude参数来引用频变幅值，但这里默认的好像是位移，如果我有的是加速度或者速度数据，想用直接法进行分析应该如何设定呢，希望知道的大神能相告。
模态法和子空间法不能使用*boundary选项定义边界条件的运动，而只能通过选项*base motion来定义边界条件的运动。