模态分析_振动与噪声控制研究所共112页
模态分析经典课件
隔离体受 力分析
kx
k
x(t)
m
O
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运动微分方程
运动微分方程
mx kx 0
x(0)
x0 ,
x(0)
x0
x n2 x 0
x(0) x0, x(0) x0
n
k m
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运动微分方程
解
x A1 cosnt A2 sin nt
Acos(nt )
an bn
把谐波分析 的结果形象化：An，n和之间的 关系用图形来表示，称为频谱
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单自由度系统
自由振动 简谐振动 非周期强迫振动
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自由振动
振动系统在初始激励下或外加激励消失后的运动状态。
自由振动时系统不受外界激励的影响，其运动时 的能量来自于初始时刻弹性元件和惯性元件中存 储的能量。
运动学
把一个周期函数展开成傅立叶级数，亦即展开成一系列简谐函数之和 一般的周期振动可以通过谐波分析分解成简谐振动
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运动学
傅立叶级数
F
t
a0 2
a1
cos 1t
a2
cos 21t
...
b1 sin 1t b2 sin 21t ...
1:基频
a0 2
an
n1
cos n1t
)2
0
0.2
0.7
0.1
0.5
1
2
0 0 1
2
3
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全解
简谐强迫振动
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简谐强迫振动
全解
第十二章模态分析与模态试验概论
2020年11月18日星期三
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：
n
Xl () liqi ()
i 1
n
(
li pi
) F ()
i1 2mi jci ki
Hlp ()
Xl () Fp ()
Hlp ()
n i1
li pi 2mi jci
ki
这就是在p点施加激振力，在l点测量振动响应
的频响函数的表达式。
2020年11月18日星期三
同济大学汽车学院振动噪声研究所
11
当系统阻尼较小，模态之间的相互影响可忽略时：
Htp ()
lipi 2mi jci
ki
取其中p列：
H
p
()
ki [1
i
( )2 i
pi j2
i
i
]
可见在模态间的耦合可忽略时，要由实验求
得全部模态只需频响函数矩阵的一行或一列即可。
2020年11月18日星期三
同济大学汽车学院振动噪声研究所
2
12-1 引言
模态分析在工程中的应用 一、用来了解结构的固有振动特性，如：
固有频率、固有振型、模态阻尼以及模态刚 度与模态质量等。对复杂构件有时分析计算 方法很难取得正确结果，而试验模态分析却 可以得到。
二、用来验证动态有限元计算结果的正确 性，用来修正动态有限元模型的不足之处。 然后以修正后的模态模型进行分析计算则具 有更高的可靠性。
2
i
Im[Hep (i )] (Im[Hmp (i )]2
)
பைடு நூலகம்
5. 模态质量
mi
ki
模态分析电动机噪声及控制技术综述新
电动机噪声级控制技术综述1引言噪声往往伴随着振动产生,从物理学的观点来看,噪声被称为不协调音,它是由许多不同频率和声强的声波无规律的杂乱组合而成的,会对周围的环境造成不良影响。
振动噪声水平反映了产品设计、制造水平,所以电机的振动与噪声是评定电机质量的重要标志,不正常的振动不仅影响电机的寿命,而且是引起噪声的主要原因。
因此,从70年代开始,电机的噪声水平已被列为衡量其质量的一项重要指标,成为影响其在市场上竞争的一个重要因素[1]。
2电动机噪声及其控制电机噪声主要有三大类:电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声,对于不同的噪声其产生原理不同,所以采取的抑制和消除噪声的方法也不同[2]。
2.1 电机噪声产生原因分析通风噪声的强度与风扇和通风道的设计好坏有关,电机转动时,风扇和转子上某些凸出部位使空气产生冲击和摩擦形成空气动力噪声,它随风扇和转子圆周速度的增高而增大。
通风噪声主要有三种成份,即涡流声、单调声和共鸣声,对于高速电机这常常是造成噪声的主要因素,但一般振动频率较低,约在200-400Hz之间。
机械噪声主要由轴承、电刷及转子不平衡三部份产生,轴承噪声的强度则主要取决于轴承本身的质量及加工精度。
电刷由于与换向器或集电环运转时产生摩攘而发出噪声,其强度取决于电刷材料、电刷数、弹黄压力及换向器或集电环的线速度。
良好的转子平衡可以基本避免由使转子不平衡而产生的噪声。
电磁噪声主要是由于定、转子谐波磁场相互作用而产生随时间和空间变化的径向电磁力波,促使定子振动而引起的电磁噪声在电机运行时是无法避免的。
异步电机的电磁噪声是由电机内部随时间及空间变化着的磁拉力所引起。
电磁噪声的大小是由电磁力、铁心、以及外壳等的振动响应所决定的,但是一般当电磁力的频率在铁心固有频率附近时,电磁噪声将大大增加。
因此正确掌握铁心的固有频率和振动特性, 对减小电机电磁噪声至关重要。
电机噪声的测定主要包括电机噪声的A计权声功率级、电机噪声的1/l 倍频程或1/3倍频程频谱分析和电机噪声的方向性指数[3]。
振动理论模态分析与试验模态分析共80页PPT
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
振动理论模态分析与试验模态分析
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
模态分析PPT课件
3、特征值和振型
特征值的平凡根等于结构的固有频率 （rad/s）
ANSYS Workbench输入和输出的固有频率的 单位为Hz，因为输入和输出时候已经除以了 2π。
模态计算中的特征向量表征了结构的模态振型， 如图所示该形状即为假设结构按照频率249Hz 振动时的形状。
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5、模态的提取方法
（2）Iterative-PCG Lanczos -能够处理对称矩阵，但是不用于求解屈曲模态； -适合求解中等到大规模的模态计算问题，提取的模态阶数高于100阶； -适合于网格划分形状较好的三维实体单元； （3）Unsymmetric -能够处理非对称矩阵； -模态计算中使用完整的刚度和质量矩阵； -适合求解K和M为非对称矩阵的问题，如流-固耦合的振动，声学振动； -计算以复数表示的特征值和特征向量： --实数部分就是自然频率； --虚数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。
有阻尼模态分析中假设结构没有外力作用，则控制方程变为
M u Cu Ku 0 （1）
设其解为
代入方程（1）得到
{x} {}et
（2）
(2[m] [c] [k]){} [D()]{} {0} （3）
矩阵 [D()]称为系统的特征矩阵。方程（3）是一个“二次特征值”问题，
要（3）式有非零解的充要条件为 [D()] 2[m] [c] [k] 0
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1、模态分析简介
模态计算的假设和限制条件 -结构是线性的，即具有恒定的总体质量矩阵和总体刚度矩阵 -结构没有外载荷（力，温度，压力等），即结构是自由振
注意：因为模态计算能够反映出结构的基本动力学特性，因此建议用户在进行其 他类型的动力学计算之前，首先进行结构的模态分析。
机械振动与噪声的控制与分析
机械振动与噪声的控制与分析随着现代工业的快速发展，机械设备在我们的日常生活和生产中扮演着重要的角色。
然而，机械设备的振动和噪声问题却是常见的，给人们的生活和工作环境带来不利影响。
因此，控制和分析机械振动与噪声成为一项重要的课题。
本文将介绍机械振动与噪声的控制和分析方法。
一、振动的控制与分析振动是机械设备普遍存在的现象，其产生主要是由于旋转部件的不平衡、结构松动、运动部件磨损等原因造成的。
振动不仅会对机械设备自身造成损害，还会传导到周围环境，产生噪声。
因此，对机械振动进行控制和分析是非常重要的。
1. 振动控制方法（1）改善机械结构：通过改善机械结构、加固连接部件等方式，减小振动的产生和传播。
（2）安装隔振设备：在机械设备的基础上安装隔振装置，如隔振垫、隔振座等，能有效减弱振动的传导。
（3）使用减振器：如液体阻尼器、弹性元件等，能够吸收和减弱机械设备的振动。
（4）动态平衡：对旋转机械部件进行动平衡处理，消除旋转不平衡引起的振动。
2. 振动分析方法（1）频率谱分析：通过将振动信号转换为频谱特性，了解振动的频率分布情况，进而分析振动产生的原因。
（2）时域分析：通过观察振动信号的波形，分析振动信号的幅值、周期等，来了解振动信号的特征。
（3）模态分析：通过对机械结构进行模态分析，确定其固有频率和振型，从而找出振动的主要模态。
二、噪声的控制与分析噪声是由机械设备振动、震荡等运动形式引起的声音，对人们的生活和工作环境造成干扰和伤害。
因此，噪声的控制和分析也是非常重要的。
1. 噪声控制方法（1）降低噪声源：采用减振、减震、减振等方法减少机械设备本身的振动和噪声产生。
（2）吸声材料：在机械设备的周围墙面、天花板等处使用吸声材料，如声吸板、隔音墙等，来吸收噪声。
（3）隔音措施：在机械设备和噪声敏感区域之间设置隔音设备，如隔音门、隔声窗等，来阻断噪声传播。
2. 噪声分析方法（1）声谱分析：通过将噪声信号转换为频谱特性，了解噪声的频率分布情况，进而分析噪声的来源。
机械结构的模态分析与振动控制研究
机械结构的模态分析与振动控制研究引言：机械结构是指由多个零部件组成的复杂系统，广泛应用于各行业。
然而，机械结构在运行过程中会受到各种振动干扰，影响其稳定性和寿命。
因此，对机械结构的模态分析和振动控制进行研究，具有重要的工程意义。
本文将探讨机械结构模态分析的方法和振动控制的技术。
一、模态分析的方法机械结构的模态分析是研究其固有振动特性的过程。
常用的模态分析方法有有限元法、模态试验和解析法等。
有限元法是基于离散化的数值分析方法，将机械结构划分为有限个子单元，通过求解结构的特征方程，得到其固有频率和振型。
有限元法具有较高的精度和适用性，广泛应用于工程实践。
模态试验是通过对机械结构施加激励，测量其振动响应来获取结构的模态参数。
模态试验可以直接测量到实际结构的固有频率和振型，具有较高的准确性。
然而，模态试验需要借助专业设备和仪器，成本较高。
解析法是基于结构的数学模型，通过求解其运动方程，得到结构的模态参数。
解析法可以快速计算结构的固有频率和振型，但其适用范围较窄，仅适合简单结构。
二、振动控制的技术振动控制是通过改变机械结构的振动特性，降低振动幅值和能量的传递，从而达到减少振动干扰的目的。
常见的振动控制技术包括主动控制、半主动控制和被动控制。
主动控制是通过主动激励和反馈控制，实时调节机械结构的刚度和阻尼，以抑制振动。
主动控制具有较高的控制精度和适应性，但要求实时反馈控制和高强度的激励装置。
半主动控制是在机械结构中引入可调节的阻尼器或弹簧元件，通过改变其特性参数来减缓振动。
半主动控制具有中等的成本和适用范围，是一种有效的振动控制技术。
被动控制是通过添加吸振材料或隔振装置，改变机械结构的自振频率和振动传递路径，从而减少振动干扰。
被动控制成本较低，适用范围广泛，但对结构刚度和自重有一定要求。
三、案例分析：汽车悬架系统的模态分析与振动控制汽车悬架系统是机械结构中重要的振动控制对象。
通过对汽车悬架系统的模态分析和振动控制，可以提高行驶平稳性和乘坐舒适性。
振动 冲击及噪声测试技术09-模态分析PPT
八、模态分析系统
c11 ► 模态阻尼矩阵 [C ] 0
c22
0 {}T c i i cNN
五、结构阻尼系统的模态
► 结构阻尼与位移成比例
► 对于结构阻尼系统，其运动方程为
} j[G] [ K ]{q} { f } [ M ]{q
T
► 复刚度矩阵：
[ D] K jG
此时特征值为： qi2 i2 (1 j ) ► 在一般情况下，结构阻尼矩阵与刚度矩阵成比例 [G] gK 即有： 则特征值为 qi2 i2 (1 jg )
六、系统的频率响函数
► 若对系统激励，在频域有：
X 1 ( ) H11 ( ) X ( ) H ( ) 2 11 X n ( ) H11 ( )
► 是一种系统识别技术 ► 识别步骤：
（1）模态试验，测量导纳 Hlp(ω) （2）根据实测导纳值求出结构的模态参数 ωi、mi、ki、ci、φli、φpi （3）由模态参数求出相应的物理模型参数
i [ M ] {}T i m
模态参数
模型参数
1、单自度系统图解识别
► 幅频图识别
► 相频图识别 ► 实频图识别
► 虚频图识别
► 奈奎斯特图识别 ► 图解法识别精度低，仅用于单自由度系统 ► 对于多自由度系统，可以用图解识别值作为迭代计
算的初始值
2、多自度频域最小二乘迭代法
► 特点：
（1）经典方法，精度高，分析速度慢 （2）适用于密集模态和大阻尼的多自由度系统 ► 通过功率谱计算传递函数 Gxy ( ) H ( ) Gx ( )
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44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、所
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国