结构模态实验
结构动力学中的模态分析研究
结构动力学中的模态分析研究在结构动力学研究中，模态分析是一项重要的技术，用于研究结构的固有振动模态。
通过模态分析，我们可以得到结构的固有频率、振型以及结构的动力特性，这对于设计及改进结构的稳定性和安全性具有重要意义。
本文将详细介绍模态分析的原理、实验准备和过程以及该技术在实际应用中的专业性角度。
模态分析原理:模态分析基于结构动力学原理，主要使用了弹性力学和振动理论的知识。
根据牛顿运动定律以及弹性体的振动理论，可以推导出结构的振动模态方程。
根据该方程，可以得到结构的固有频率和对应的振动模态。
通过测量结构在不同频率下的加速度响应，可以确定结构的固有频率和振型。
实验准备和过程：1. 实验设备准备：- 数据采集系统：包括加速度传感器、信号放大器、模态分析器等，用于测量结构的加速度响应。
- 激励器：用于施加激励信号以产生结构的振动。
- 数据处理软件：用于分析和处理采集的振动数据。
2. 实验前准备：- 对结构进行几何参数和材料性质的测量，以获取结构的几何尺寸和物理特性。
- 确定激励位置和方式，根据结构的特点选择适当的激励方式，如冲击激励或连续激励。
- 安装加速度传感器，并校准传感器以确保准确测量。
3. 实验过程：- 施加激励信号：按照预定的激励方式施加激励信号，生成结构的振动。
- 采集振动数据：通过数据采集系统获取结构在激励下的加速度响应数据。
- 数据处理和分析：利用数据处理软件对采集的数据进行滤波和傅里叶变换等处理，得到结构的频域响应。
- 模态参数识别：通过分析频域响应数据，确定结构的固有频率、阻尼比以及模态振型。
实验应用和专业性角度：模态分析在结构动力学研究和工程实践中具有广泛的应用。
以下是几个重要的应用和涉及的专业性角度：1. 结构设计与改进：- 通过模态分析，可以确定结构的固有频率，评估结构的稳定性和自由振动特性，以指导结构的设计与改进。
- 固有频率信息有助于识别结构的薄弱环节，进而进行结构的优化设计。
模态分析实验报告
模态分析实验报告1.引言模态分析是一种常用的结构动力学方法，旨在研究结构在不同频率下的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。
本实验旨在通过模态分析方法，研究一个简单的结构体系的固有频率和振型。
2.实验目标通过实验测量和计算，得到结构的第一、第二和第三固有频率，并利用模态分析方法绘制结构的振型图。
同时，通过实验结果对比，验证模态分析方法的有效性。
3.实验材料和方法（1）材料：实验所用的结构是一个简单的桥梁模型，由若干根长木棒组成。
（2）方法：悬挂测频仪对结构进行激振，通过麦克风捕捉振动信号，并用计算机进行分析和处理。
4.实验过程（1）组装结构体系：根据实验设计要求，组装简单桥梁模型，确保结构的稳定性和一致性。
（2）悬挂测频仪：将测频仪正确安装在结构体系的一侧，并调整好位置和角度。
（3）激振：根据测频仪的说明书，调节激振源的频率和幅值，使结构产生振动。
（4）数据记录：用麦克风将振动信号转化为电信号，并通过计算机采集和记录数据。
（5）模态分析：利用采集的数据，进行模态分析，计算结构的固有频率和振型。
（6）数据处理：整理和分析实验结果，绘制振型图并与理论值进行比较。
5.结果分析通过实验和数据处理，得到结构的第一、第二和第三固有频率分别为f1、f2和f3、根据模态分析方法，绘制结构的振型图。
将实验结果与理论值进行比较，进行误差分析、灵敏度分析等。
6.结论本实验利用模态分析方法，研究了一个简单的结构体系的固有频率和振型，并通过实验结果与理论值的比较，验证了模态分析方法的有效性。
通过本实验，我们更深入地理解了结构振动的基本原理和方法，具备了一定的模态分析实验技能。
7.实验总结本实验通过模态分析方法研究了结构的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。
在实验过程中，我们遇到了一些困难和问题，通过积极探索和思考，取得了一定的实验成果。
但我们也发现了许多不足之处，如实验设计和数据处理的精确性等，需要进一步改进和完善。
结构模态分析实验报告
结构模态分析实验报告1. 引言在结构工程领域中，结构模态分析是一种重要的分析方法，旨在研究和了解结构的固有特性，包括自然频率、振型和阻尼等。
通过模态分析，我们可以评估结构的稳定性、安全性以及对外界激励的响应能力。
本实验旨在通过模态分析方法对某一结构进行测试和分析，以获取结构的模态参数。
2. 实验设备和方法2.1 实验设备本实验使用的设备包括： - 振动台：用于提供激励力的设备。
- 振动传感器：用于测量结构的振动响应。
- 数据采集系统：用于采集传感器测量到的数据。
2.2 实验方法本实验采用以下步骤进行结构模态分析： 1. 确定实验对象：选择待测试的结构，并对其进行准备，如清洁表面、固定传感器等。
2. 安装传感器：将振动传感器安装在结构的关键位置，以测量结构的振动响应。
3. 准备振动台：调整振动台的参数，如频率、振幅等，以提供适当的激励力。
4. 开始振动测试：启动振动台，通过施加激励力对结构进行振动，并同时采集传感器的数据。
5. 数据分析：利用数据采集系统获取的数据，进行模态分析，计算结构的自然频率、振型等参数。
6.结果分析：根据计算得到的模态参数，对结构的稳定性和响应能力进行评估。
3. 实验结果通过实验和数据分析，我们得到了以下结构的模态参数： - 自然频率1：X Hz - 自然频率2：Y Hz - 自然频率3：Z Hz同时，我们还得到了结构的振型图，描述了结构在不同振动频率下的振动形态。
4. 结果分析根据实验结果，我们可以对结构的稳定性和响应能力进行初步评估。
通过比较得到的自然频率和已知的设计要求，我们可以判断结构是否存在共振现象；通过分析振型图，我们可以了解结构在不同振动频率下的振动特点。
5. 结论本实验通过结构模态分析方法，获取了待测试结构的模态参数，并对其稳定性和响应能力进行了初步评估。
实验结果表明，该结构在给定的激励条件下表现出良好的稳定性和响应能力。
这些结果对于结构的设计和改进具有重要的参考价值。
结构模态实验
重庆大学学生实验报告实验课程名称结构模态实验开课实验室汽车结构实验室学院机械工程学院年级专业班学生姓名学号开课时间至学年第一学期总成绩教师签名机械工程学院制《结构模态分析》实验报告开课实验室：机械工程学院汽车结构实验室 年 月 日 学院 机械工程学院 年级、专业、班姓名成绩课程 名称结构模态分析 实验项目 名 称结构模态分析指导教师教师评语教师签名：年 月 日一、 实验目的1）掌握模态分析的的基本原理; 2）了解模态分析的常用方法； 3）理解模态分析的过程和意义； 4）熟悉实验模态分析的关键步骤；5）学习运用常用模态分析软件进行试验分析。
二、 实验原理模态分析是在承认实际结构可以运用“模态模型”来描述动态响应的条件下，通过实验数据 的处理和分析，寻求模态参数的一种参数识别方法。
对于一个机构系统，其动态特性可用系统 的固有频率、模态阻尼和模态矢量（振型）来描述，它们与模态质量和模态刚度一起统称为机 械系统的模态参数。
通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。
模态分析关键在于 得到振动系统的特征向量。
结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述： ()t f Kx C Mx x =++...两边进行拉氏变换可得传递函数：()[]12-++=KCS MS S H()()()ωωωF H X =通过坐标变换可得： ()()[]∑=+-=Nr rrrr rjri ij j m H 1222ωωξωωφφω式中rr rr rrr m c m k ωξω2,2==，r r k m ,分别为第r 阶模态质量与模态刚度，r r r k φω,,分别为第r 阶模态频率、模态阻尼比及模态振型。
1） 模态分析的建模途径有两条：一是基于有限元分析理论的解析模型；二是基于系统频响函数（或传递函数）测试的实验建模。
实验模态分析技术是通过实验的方法来寻求模态振型以及描述响应向量的各个模态坐标。
2） 实验模态分析采用的方法有主模态法、频响函数法等。
结构模态实验报告
利用 LMS.IMPACT 软件研究双支座平梁在锤击下的振动模态
传感器当前的灵敏度，以免因传感器的原因而产生误差。用激振锤激励双支座平梁，不 易过轻，也不易过重。点击 Start 开始标定灵敏度，当时间到时，点击 accept 接收该次 测试的数据。如图 9。
图9
8. 设置量程 impact scope。用激振锤捶击平梁（在 bar display 5 个通道中采集数据显示无 红色矩形为合适），软件就自动设置量程。Start ranging 开始采集数据，stop ranging 终 止设定，set ranging 根据该次采集数据设定量程。其界面如图 10 所示。
3 / 14
利用 LMS.IMPACT 软件研究双支座平梁在锤击下的振动模态
图3 iii. 确定节点（14 个），其坐标设置如图 4。
图4 iv. 右键 fitness，然后将点按顺序用线连接起来，共 19 条连线，如图 5。 4 / 14
利用 LMS.IMPACT 软件研究双支座平梁在锤击下的振动模态
图 11
10. 测量 measure。用锤子敲击 5 次，最好保证在同一位置，并保证试验中一直是同一个人 拿激振锤操作。当出现 overload 时，应该点击 reject 放弃该组数据，软件自动取其平均 值，其界面如图 12 所示。
图 12
11. 查看显示 Validate。通过该窗口可以查看频响函数，如图 13。
2. 脉冲锤击激振法用脉冲锤（力锤）对试件进行敲击，产生一个宽频带的激励，是一 种确定性暂态信号。由于单位冲激信号的傅立叶变换为1，故锤击激励可以激起测试 系统中较多的模态。采用脉冲锤击法时，为了消除噪声干扰，必须采用多次平均。 锤激装置简单，快速。
重庆大学结构模态分析实验
重庆大学
学生实验报告
实验课程名称机械结构模态分析实验
开课实验室汽车振动实验室
学院机械工程学院年级2016级专业班
学生姓名学号
开课时间2016 至2017 学年第二学期
《机械结构模态分析》实验报告
1212......n n nn n n n n r r r φφφφφφ⎪⎪⎪⎭⎩⎭
是对称矩阵，其中每一行，每一列都是线性相关的。
其中任意元素为：
五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)
图5.1 几何模型
图5.2 第一阶弯曲振型图5.3 第一阶扭转振型
图5.4 第二阶弯曲振型图5.5 第二阶扭转振型
图5.6 第三阶弯曲振型图5.7 第三阶扭转振型
图5.8 传递函数。
模态测试试验课件
目录
• 模态测试试验概述 • 试验准备 • 试验实施 • 试验结果分析 • 试验报告撰写 • 常见问题与解决方案 • 案例分析与应用
01
模态测试试验概述
Chapter
定义与目的
01
模态测试试验是一种通过振动测试方法，确定结构模态参数的技术手段。它主要 用于研究结构的动态特性，评估其整体和局部性能，预测结构在外部激励下的响 应，为结构设计和优化提供依据。
根据测试对象的特点，选择合适的激励信号，包括频率范围、幅度、相位等，以确保测试结果的准确 性。
数据采集的稳定性问题
数据采集系统不稳定
数据采集系统的噪声、干扰和失真等问 题会影响测试结果的稳定性。
VS
解决方案
采用高性能的数据采集系统，并采取有效 的去噪和滤波措施，以减小干扰和失真对 测试结果的影响。
据。
案例三：汽车底盘模态测试
总结词
汽车底盘模态测试是汽车研发过程中的一项重要测试， 用于评估底盘结构的动态特性和稳定性。
详细描述
在汽车底盘模态测试中，通过在底盘上布置振动传感器 和加速度计，可以测量底盘在不同振源激励下的振动响 应。这些测量数据经过处理和分析，可以识别出底盘的 模态参数，包括固有频率、阻尼比和模态形状。通过这 些参数，可以评估底盘结构的强度、刚度和稳定性，为 优化设计提供依据，确保汽车行驶的平顺性和安全性。
模态质量
模态质量是指模态振型的峰值，反映了结构在某一模态下的质量分布情况。模态质量的大小对于结构的动力学特 性和振动控制具有重要影响。
模态刚度
模态刚度是指模态振型对应的刚度矩阵的特征值，反映了结构在某一模态下的刚度分布情况。模态刚度的大小对 于结构的响应和稳定性具有重要影响。
Abaqus模态分析报告实验报告材料
Abaqus模态分析报告实验报告材料一、引言模态分析是结构动力学中的重要分析方法，它用于确定结构的固有频率和振型。
Abaqus 作为一款功能强大的有限元分析软件，为模态分析提供了高效、准确的解决方案。
本报告将详细介绍使用 Abaqus 进行模态分析的实验过程、结果以及相关分析。
二、实验目的本次实验的主要目的是通过 Abaqus 软件对给定的结构进行模态分析，获取其固有频率和振型，评估结构的动态特性，并为后续的结构设计和优化提供依据。
三、实验模型实验所分析的结构为一个简单的悬臂梁，其几何尺寸为长1000mm，宽 100mm，高 50mm。
材料属性为弹性模量 E ＝ 21×10^11 Pa，泊松比ν ＝ 03，密度ρ ＝ 7800 kg/m³。
四、实验步骤1、模型建立在Abaqus/CAE 中创建部件，使用草图工具绘制悬臂梁的截面形状，然后通过拉伸操作生成三维实体模型。
定义材料属性，将弹性模量、泊松比和密度等参数输入到材料定义中。
划分网格，采用合适的网格类型和尺寸，以保证计算精度和效率。
2、边界条件设置在悬臂梁的固定端设置完全固定约束，即限制所有自由度。
3、分析步设置创建模态分析步，指定分析的模态阶数。
4、求解提交作业进行求解计算。
五、实验结果1、固有频率求解完成后，得到了悬臂梁的前 5 阶固有频率，分别为：一阶固有频率：f1 ＝ 5234 Hz二阶固有频率：f2 ＝ 31567 Hz三阶固有频率：f3 ＝ 78912 Hz四阶固有频率：f4 ＝ 125678 Hz五阶固有频率：f5 ＝ 187534 Hz2、振型各阶固有频率对应的振型如下：一阶振型：悬臂梁在垂直方向上的弯曲振动，固定端振幅为 0，自由端振幅最大。
二阶振型：悬臂梁在水平方向上的弯曲振动，固定端振幅为 0，自由端振幅最大。
三阶振型：悬臂梁的扭转振动，固定端扭转角为 0，自由端扭转角最大。
四阶振型：悬臂梁在垂直和水平方向上的复合弯曲振动，振幅分布较为复杂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
重庆大学
学生实验报告
实验课程名称结构模态实验
开课实验室汽车结构实验室
学院机械工程学院年级专业班
学生姓名学号
开课时间至学年第一学期
总成绩
教师签名
机械工程学院制
《结构模态分析》实验报告
开课实验室：机械工程学院汽车结构实验室 年 月 日 学院 机械工程学院 年级、专业、班
姓名
成绩
课程 名称
结构模态分析 实验项目 名 称
结构模态分析
指导教师
教师评语
教师签名：
年 月 日
一、 实验目的
1）掌握模态分析的的基本原理; 2）了解模态分析的常用方法； 3）理解模态分析的过程和意义； 4）熟悉实验模态分析的关键步骤；
5）学习运用常用模态分析软件进行试验分析。
二、 实验原理
模态分析是在承认实际结构可以运用“模态模型”来描述动态响应的条件下，通过实验数据 的处理和分析，寻求模态参数的一种参数识别方法。
对于一个机构系统，其动态特性可用系统 的固有频率、模态阻尼和模态矢量（振型）来描述，它们与模态质量和模态刚度一起统称为机 械系统的模态参数。
通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。
模态分析关键在于 得到振动系统的特征向量。
结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述： ()
t f Kx C M
x x =++.
..
两边进行拉氏变换可得传递函数：
()[]
1
2-++=K
CS MS S H
()()()ωωωF H X =
通过坐标变换可得： ()(
)[]
∑
=+-=N
r r
r
r
r rj
ri ij j m H 12
2
2ωωξω
ωφφω
式中
r
r r
r r
r
r m c m k ωξω2,
2=
=，r r k m ,分别为第r 阶模态质量与模态刚度，r r r k φω,,分
别为第r 阶模态频率、模态阻尼比及模态振型。
1） 模态分析的建模途径有两条：一是基于有限元分析理论的解析模型；二是基于系统频响函数
（或传递函数）测试的实验建模。
实验模态分析技术是通过实验的方法来寻求模态振型以及描述响应向量的各个模态坐标。
2） 实验模态分析采用的方法有主模态法、频响函数法等。
主模态法是利用多点正弦激励，使系
统作纯模态振动，由此求得模态参数。
频响函数法一般是利用单点激振，先求出结构的频响函数，再确定模态参数。
3） 模态参数主要包括固有频率r ω，固有振型r }{φ，模态质量r m ，模态刚度r k 和模态阻尼r c 。
其中固有频率和固有振型能直接反映系统的振动特性。
在工程应用中尤为重要。
4） 由实验模态分析得到的模态参数及模态振型图可用于实验对象的运动精度分析、结构的稳定
性分析、结构疲劳强度分析以及结构动态特性的优化设计。
激振点或不变拾振点的选取。
实验模态分析常采用单点激振，逐点拾振的方法或固振点的方法，本实验采用后一种方法。
三、实验内容
该实验是利用B&KPLUSE 模态分析微机系统，对框架结构进行模态分析。
通过激振实验，了 解B&KPLUSE 模态分析微机系统，对采集的振动数据进行处理识别，从而得到机械系统的模态 参数。
实验的主要内容包括：
1、结构测量点和激振点的选择；
2、了解模态分析试验采用的仪器：试验仪器的连接、安装、调整；
3、激振时各测点力信号和响应信号的测量及利用这些测量信号求取传递函数，并分析影响传 递函数精度的因素；
4、B&KPLUSE 系统由各测点识别出系统的模态参数的步骤；
5、动画显示；
6、灵敏度分析及含义。
四、使用仪器、材料
实验用对象（平板）、悬挂或支撑系统、传感器和预处理器、力锤、电荷放大器、多通道滤波器、数据采集卡、模态分析和处理软件、计算机等。
五、实验步骤
1) 按下图要求连接仪器，然后调整好各仪器的开关档位，传递函数灵敏频率分析范围为
500HZ 以内，低通可取截止频率为300档。
B &K2635
电荷 放大器
B &K2635 电荷 放大器
双通道低 通 滤波器
计算机 含A/D 板
CCDAS-1
模态分析软件
输出
四个点由橡胶绳悬挂
脉冲锤
力传感器
加速度传感器
2) 选择测点建立被测结构的几何模型。
3) 测量信号的数据采集和双通谱分析，主要求各测点传递函数，频率分析范围为0—
500HZ ，低通滤波截止频率为300HZ ，设置冲击激励测量参数，采用8—10段平均，并将数据保存。
4) 用十个传递函数同时显示功能确定系统的前六阶共有频率。
5) 求取系统多测点加权传递函数虚频特性。
6) 产生频率阻尼识别文件。
7) 识别系统的频率阻尼，产生频率阻尼数据文件。
8) 显示打印系统的频率阻尼表及振型图。
9) 模态的动画显示，观察各阶振型的特点，复模态和实模态的区别。
10) 灵敏度分析。
六、实验过程原始记录
图1 传递函数
图2实验用平板一阶弯振图f=110Hz 图3实验用平板二阶弯振图f=305Hz
图4实验用平板三阶弯振图f=597Hz 图5实验用平板一阶扭振图f=244Hz
图6实验用平板二阶扭振图f=505Hz 图7实验用平板三阶扭振图f=801Hz
七、实验结果及分析
1）以下参数为实测的各阶固有频率和阻尼，图1－图8为合成的模态振型图。
弯振频率（HZ）弯振阻尼（%）一阶110 1.43
二阶305 0.58
三阶597 0.28
扭振频率（HZ）扭振阻尼（%）一阶244 0.93
二阶505 0.55
三阶801 0.32
2）实验模态分析应该注意的问题
实验模态分析的步骤如前所示。
在实验模态分析中应注意以下几方面的问题。
a）结构测量点的选择和布置。
其基本原则是重要部分密布次要部分疏布，并尽量保持系统的基本几何特征。
b)激振点或不变拾振点的选取。
本次实验采取固定拾振点的方法，应尽量选取能反应系统最多固有频率成分的点。
不能选择感兴趣的模态的振型节点处。
c)系统悬置问题。
一般有两种方法。
一是软连接，就是用橡胶，弹簧之类的弹性元件将测试系统悬置在一刚性好的支架上。
本实验所需激振力不大，选用软连接。
3）获得高精度的模态参数，在信号采集和数据处理、模态参数识别应注意什么问题？
a)选用分析精度高的仪器，减少测量仪器误差。
b)对采集信号进行滤波处理，减少信号的干扰
c)选择合适的数据处理方法，提高信号处理的精度
d)满足实验条件，注意模态分析中的一些关键步骤和关键问题。
比如测量点和激振点的选择，激振力的大小，悬挂的布置等问题。
4）分析模态分析微机系统的特点，提出改进意见
模态分析微机系统已经是一款教学和科研中性价比非常高的结构动态分析仪。
它采用中文会话方式和菜单结构、合作简单方便、功能全、精度高、价格便宜。
由于该分析仪主要针对科研和教学应用，其功能较国外流行的工程实际运用的模态分析软件较弱，若能增加一些功能并在工程实际应用中不断改进，将会成为一款非常实用的软件。
5）结合框架模态分析过程的典型图写出框架模态分析实验，提出对实验的改进意见在被测物体上用合适的力度敲击激振点，同时通过力传感器将脉冲信号放大并输入，在其它测点上通过加速度传感器测得系统的响应信号。
将测得的两路信号经过低通滤波器消除噪声后求得系统的传递函数。
如果将多测点传递函数相加测得系统的传递函数，将会大大提高其识别精度。
识别出系统的固有频率、阻尼和振型后，可有公式求出系统的模态刚度和模态质量，并可进行系统的灵敏度分析。
在该实验中，由于实验者每次敲击脉冲锤的力度不一样，有时会过高有时会过低，有可能导致无法得出正确的分析结果，若能够掌握好敲击力度则会提高实验的效率和准确度。
八、心得与体会
结构模态分析作为一门研究结构动力特性的学科，为研究机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等各类振动特性提供了一条有效途径。
近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。
此次实验课不仅加深了我对于模态分析的认识以及对其重要性的理解，同时还使我具备了一定的动手能力和分析能力。
因此，感谢老师为我们安排了这样一堂实验课以及细心的指导。