模態(tài)試驗用于確定結(jié)構(gòu)或物體的固有頻率、模態(tài)振型或阻尼比。模態(tài)試驗是一個至關(guān)重要的過程，特別是在建筑技術(shù)和機(jī)械工程領(lǐng)域。從汽車工業(yè)到航空航天，模態(tài)測試在確保單個部件和整個結(jié)構(gòu)的完整性、安全性和性能方面發(fā)揮著重要作用。

什么是模態(tài)試驗?

模態(tài)試驗是振動試驗的一種形式，它可以通過實驗確定結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。例如，模態(tài)試驗用于分析飛機(jī)部件、底盤、發(fā)動機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)或驗證任何其他結(jié)構(gòu)部件。特別重要的模態(tài)參數(shù)有:

自然(或模態(tài))頻率

它們表示結(jié)構(gòu)在沒有任何外力的動態(tài)載荷作用下發(fā)生振蕩的頻率。這些頻率是系統(tǒng)固有的，取決于系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和阻尼特性。

阻尼比

他們量化了結(jié)構(gòu)振動隨時間衰減的速率。阻尼對于理解系統(tǒng)在動載條件下的能量耗散和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

模態(tài)的形狀

它們表示在一定固有頻率下結(jié)構(gòu)內(nèi)的位移或變形的空間分布。它們提供了關(guān)于系統(tǒng)的振動模式和動態(tài)行為的信息。

模態(tài)分析側(cè)重于參數(shù)分析，模態(tài)測試側(cè)重于數(shù)據(jù)采集。模態(tài)測試包括多種方法，而沖擊測試是的技術(shù)之一。這包括通過激振器對被測設(shè)備(DUT)施加受控的機(jī)械力，并測量產(chǎn)生的響應(yīng)。通常，使用模態(tài)錘來施加這種受控力。這些錘子在其擊打表面集成了IEPE傳感器，可以精確測量力。同時，DUT的響應(yīng)被捕獲使用加速度計或其他振動傳感器。

根據(jù)被測設(shè)備(DUT)、測試設(shè)置和測試環(huán)境，方法包括使用單個或多個勵磁器以及單個或多個響應(yīng)傳感器。這提供了三種不同且有用的測試配置:

1. Single-Input-Single-Output(輸出):

在SISO測試中，使用單個激勵器(例如，錘)和單個傳感器。操作人員可以選擇在保持響應(yīng)傳感器固定的情況下移動勵磁器，反之亦然。根據(jù)具體的應(yīng)用，這種設(shè)置被稱為移動錘或移動傳感器測試。

2. Single-Input-Multiple-Output(單):

SIMO設(shè)置包括單個(移動)激勵器和多個捕獲響應(yīng)的傳感器。這種配置允許在不同傳感器位置同時測量單個激勵，提供有關(guān)被測設(shè)備行為的全面數(shù)據(jù)。

3. 多輸入多輸出(MIMO):

在MIMO配置中，使用了多個激勵器和多個響應(yīng)傳感器。通常，激振器在MIMO測試中充當(dāng)激勵器，提供多功能性，并能夠評估DUT內(nèi)跨不同激勵點和響應(yīng)位置的復(fù)雜相互作用。

在共振的情況下，在響應(yīng)譜中可以看到響應(yīng)的放大。在此響應(yīng)譜的基礎(chǔ)上，結(jié)合力譜可以得到傳遞函數(shù)，特別是頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF)，這是我們感興趣的參數(shù)。然后，頻響允許量化每個頻率的輸入和輸出信號之間的關(guān)系。有各種計算頻響的算法，所有這些算法通常在頻率空間中執(zhí)行，因為這大大簡化了整個計算。有關(guān)不同計算算法的詳細(xì)信息，請查看我們的模態(tài)測試手冊。

模態(tài)指示函數(shù)(MIF)或曲線擬合等高級分析技術(shù)可以通過促進(jìn)模態(tài)參數(shù)的估計來增強(qiáng)對頻響函數(shù)(frf)的理解。當(dāng)MIF評估所有激勵路徑上的頻響以識別模態(tài)時，曲線擬合估計模態(tài)參數(shù)，如固有頻率或阻尼系數(shù)。然而，由于MIF和曲線擬合是模態(tài)分析的固有部分，而不是模態(tài)測試，這篇博客文章將不深入研究這些分析技術(shù)。

模態(tài)測試應(yīng)用有那些?

模態(tài)測試和進(jìn)一步的模態(tài)分析是在各種工程學(xué)科和行業(yè)中實現(xiàn)的常用工具。以下是一些值得注意的例子:

汽車

在汽車領(lǐng)域，模態(tài)測試評估車輛部件和底盤系統(tǒng)的振動特性，這對乘坐舒適性和耐久性分析至關(guān)重要。

土木工程

模態(tài)試驗允許評估大型結(jié)構(gòu)，如建筑物、橋梁、水壩或其他結(jié)構(gòu)在風(fēng)、地震或操作載荷下的動態(tài)行為。

航空航天

模態(tài)試驗在分析機(jī)翼、機(jī)身和控制面等飛機(jī)部件的動力性能方面發(fā)揮著核心作用，有助于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

機(jī)械系統(tǒng)

模態(tài)測試測量機(jī)器和工業(yè)系統(tǒng)的振動模態(tài)。在進(jìn)一步的過程中，這有助于防止疲勞失效和優(yōu)化性能。

OXYGEN模態(tài)試驗

隨著OXYGEN 7.0的發(fā)布，我們在直觀的測量軟件OXYGEN中實現(xiàn)了模態(tài)測試。這樣可以使用移動錘和移動傳感器進(jìn)行SISO和SIMO測試，以及計算復(fù)雜傳遞函數(shù)，多次命中的相干性和模式指示函數(shù)(MIF)。此外，我們還實現(xiàn)了各種交互式可視化選項和3D幾何模型的導(dǎo)入可能性。

在下文中，我們提供了一個關(guān)于如何使用DEWETRON測量系統(tǒng)在OXYGEN中進(jìn)行模態(tài)測試的分步快速指南。要獲得全面的說明，請再次參閱技術(shù)參考資料。

快速指南-模態(tài)試驗

模態(tài)測試與OXYGEN7.0是如此容易，試驗臺作為被測設(shè)備。用模態(tài)錘對系統(tǒng)進(jìn)行激勵，用加速度計在多個位置測量響應(yīng)信號。來自傳感器的信號被我們的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)NEX[DAQ]記錄下來。