实验模态分析ppt课件.pptx

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1、实验模态分析模态试验的目的用途模态试验的基本假定模态试验的基本过程实验模态分析目的：通过试验方法确定结构或机械的振动固有特性，固有频率、阻尼及振型用途：故障诊断动力学修改与灵敏度分析有限元模型修改动态响应预测与传递路径的分析实验模态分析诊断故障根据模态频率的变化判断裂纹的存在;通过模态振型的突变找出裂纹的位置;通过转子轴承系统的模态阻尼变化诊断与预报转子轴承系统失稳通过模态频率与激励频率之间的关系来寻找激励源,从而找出故障原因.实验模态分析避免有害的共振，即根据工作环境的激励频率，对结构的振动频率进行控制，使之具有预期的固

2、有频率，从而提出了固有频率设计要求。避免结构的过度振动，降低振动水平。即对结构的动力学响应进行控制，从而提出了动力学响应设计要求，包括对固有振型（节线或节点）的设计要求。对结构稳定性的设计要求，以保证结构在动力学稳定边界内工作。如飞机前轮摆振稳定性设计、气动弹性稳定性设计等。结构动力学设计目的实验模态分析有限元（参数）模型正确吗？精确吗？如何根据模态试验结果来修正有限元模型？使得修正后的有限元模型更精确！现在更流行的说法称此过程为“模型的修改与确认（ModelModificationandValidation）”。结构做了局

3、部修改后，在原结构模态参数已知的情况下，能否用快速简易的方法获得改动后结构的模态参数？即所谓结构重分析问题。怎样修改结构参数使得它的动力特性满足设定要求？解决问题思路：根据系统某些动态特性（如频率、振型）的要求（对计算模型的动态修改就是实测获得的频率、振型等），对已有系统施加一定约束（例如希望保持刚度和质量矩阵的对称性）、给一定目标（如前几阶频率、振型误差最小）的修改。从原理上看，这是一个有约束的结构优化设计问题。基本思路见下流程图。结构动力学设计实验模态分析（1）在给定频率和响应控制等设计要求下，对结构的构型或布局进行设计优选—拓扑与形

4、状优化（2）在确定结构布局或构型后，对有关的结构设计参数（主要是尺寸）进行设计优化—尺寸优化（3）在基本结构设计确定后，如有必要，还应进行附加质量、附加刚度及附加阻尼的设计优选，或附加其它类型的振动控制措施—结构修改结构动力学设计灵敏度分析—灵敏度定义是指结构的振动特性和动力响应因结构参数的改变而变化的程度。即结构动力学特性对结构可设计参数的灵敏度。结构动力学优化设计的提法—在确定了可设计参数后，如何在满足设计参数的约束条件下，设计得到最佳的参数，获得最好的结构动力学性能，实际上是一个数学上的约束优化问题，也就是所谓的“结构动力学

5、优化设计”。—结构动力学优化设计的研究，针对不同的动力学指标，提出了各种各样的优化设计分析方法。这里主要介绍多频优化的结构动力学设计方法以及频响优化的结构动力学设计方法。实验模态分析动力学优化设计方法实施过程Ⅰ.目标函数1.结构系统的频率特性：为了避免共振，必须使结构的固有频率避开激振力的频率（频带）。特别是对最低的前几阶频率。设结构前m阶频率是，要求经过动力学设计后相应频率的目标值是，按其偏差的加权平方和最小来构造如下的目标函数：为频率权函数。2.结构的动响应特性可以用它的频率响应函数或脉冲响应函数来表示。由于频域内结构动响应通常采用模

6、态叠加法进行计算，引入模态频率响应函数后，系统频域响应为：为了使结构系统在一个给定频带内的动响应幅值小于目标值，可构造如下的目标函数：为响应权函数。结构动力学设计就是要上述的目标函数有最小值，即使得：Ⅱ.约束条件动力学设计过程中，要受到各种条件的制约，构成它的约束条件。约束条件有两类：1.性能约束性能约束是指结构所必须具有的某些性能要求，如在结构动力学设计时，仍应保证结构有足够的静强度，即满足应力约束准则：以及对结构重量的要求，特别是对于航行器，优化设计的结果不能降低其航行的性能，就要求结构在设计后重量不应超过重量的允许值：2.边界约束对

7、设计参数变化的上、下界进行限制，防止在设计中出现不切实际的量值带有约束条件的非线性规划问题，称为约束非线性规划。一般约束条件可以有等式约束和不等式约束两种：Ⅲ.设计变量有限元动力学模型，是参数模型（刚度参数、质量参数和阻尼参数），而这些参数从物理上讲，又是通过结构的几何参数、材料参数等所构成。而这些参数在设计中，有些是不能修改的，有些是可以修改的。那些可以修改的参数称为设计变量。在设计过程中，设计变量越少，设计效率就越高。因此删除一些次要的设计变量是有益的，这一工作通常是通过灵敏度分析来对设计变量进行取舍。显然应该取那些灵敏度大的设计变量

8、参与设计。Ⅳ.可行域既满足等式约束又满足不等式约束的设计变量称之为可行点，可行点的集合称为可行域。Ⅴ.最优解从上述看到，结构动力学设计的非线性规划问题，它的数学描述为：满足上述条件的设计变量称