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。

2）信号处理

MODEL2有内置FFT,可以把采集的原始原始的时域数据导入进来，进行传递函数（FRF）的分析，以便后续的模态识别，同时也可以配合OROS的前端数据采集系统（NVGATE），进行实时的传函求导，更加方便快捷的进行模态分析。

3） 模态分析

具有多点激励多点响应的信号源输入功能，包括正弦，随机等多种输入。

提供锤击法和多点激励多点响应的模态参数识别方法

a. 基本经典方法: SDOF峰值和圆拟合；

这是最基本的模态参数识别方法，只使用于简单的结构和模态密度比较低的情况。也即基本教科书讲到的方法。

b. 整体MDOF参数识别方法：

包括：复模态指示函数法(CMIF)，多参考最小二乘复频域法（p-LSCF)和频域直接参数估计法(FDPR)，有理多项式正交分解法(RFOP).

这些更为复杂的分析方法，已得到了工业用户的广泛接受，适用于不同的工程对象，实际上已经是标准的模态参数识别方法；对于同一组试验数据，可以使用不同的方法进行参数识别，其结果可以互相印证，增强对分析结果的相信程度和可靠性。其中多参考最小二乘复频域（p-LSCF)是一种MIMO频域识别方法，与传统的一些时域方法例如最小二乘复指数法等，有着更好的功能优越性，它是新一代的模态识别技术，在短短的几年内，在试验模态分析的领域内，已成为新的标准和具有革命性的分析方法。

4）模态参数

得到完整的模态参数，并具有多种模态参数质量的评价方法。包括：模态频率，阻尼，模态振型，可以输出结果数据。

5）工作变形分析和时域与频域动画显示

用于研究结构在工作状态下的时域或频域变形，可以扫描一段时间的运动来动画一个结构的运转。时间域动画可以让你观察任一时间一个构件的总体运动，你可以停止动画，备份后继续演示观察慢速振动现象，例如，可观察机器的启动、停止，或其它瞬间行为。在这些短暂的过程中，由于共振、不平衡、载荷变化，流体等到原因，机器有可能经历多种振动状态

6）模态校验准则（MAC）

在得到了比较合理的模态参数之后，我们还要用不同的方法从不同的方面进一步检验。MAC是一个用来对两个形状做数量比较的方法。假如两个形状相同，它们的MAC值将是1；假如不同，MAC值将小于1；假如相互垂直，MAC值将为0。MODEL2中的MAC命令展示形状表中所有形状的MAC值。形状可以加入表中而不管其来源，可以用MAC值比较。

7) 动画显示

多种模态模型的动画显示，便于用户选择，比较和解释试验模态分析结果，也可以输出振型动画。

8）支持模态测试分析在同一个软件的界面下进行测试与分析。


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