何为模态分析？

caichengtao · 发表于 2007-8-15 15:34

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常听到振动模态分析，但是不知道模态分析的目的和作用是什么？都采用什么方法，需要采集振动的什么量？

刚入振动领域，望各位老师指点！

octopussheng · 发表于 2007-8-15 15:51

本帖最后由 wdhd 于 2016-8-24 11:07 编辑

　　模态分析技术从20世纪60年代后期发展至今已趋成熟，它和有限元分析技术一起成为结构动力学的两大支柱模态分析作为一种“逆问题”分析方法，是建立在实验基础上的，采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。
　　鉴于很多人(包括我自己)在工作中对模态分析还有很多疑问，许久以来一直想系统整理一点模态分析方面的资料供大家参考，可是由于时间、能力与精力的限制未能如愿，所以就想借鉴目前很常用的FQA的方式，大家可以提出问题也可以对问题给出答案，希望最后能形成一个比较完整、系统的模态分析FQA。
　　1.什么是模态分析?
　　模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。
　　2.模态分析有什么用处?
　　模态分析所的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。
　　模态分析技术的应用可归结为一下几个方面：
　　1) 评价现有结构系统的动态特性;
　　2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计;
　　3) 诊断及预报结构系统的故障;
　　4) 控制结构的辐射噪声;
　　5) 识别结构系统的载荷。
　　3.模态试验时如何选择最佳悬挂点??
　　模态试验时，一般希望将悬挂点选择在振幅较小的位置，最佳悬挂点应该是某阶振型的节点。
　　4.模态试验时如何选择最佳激励点?
　　最佳激励点视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大振幅点，若多阶，则激励点处各阶的振幅都不小于某一值。如果是需要许多能量才能激励的结构，可以考虑多选择几个激励点。
　　5.模态试验时如何选择最佳测试点?
　　模态试验时测试点所得到的信息要求有尽可能高的信噪比，因此测试点不应该靠近节点。在最佳测试点位置其ADDOF(Average Driving DOF Displacement)值应该较大，一般可用EI(Effective Independance)法确定最佳测试点。
　　6. 模态参数有那些?
　　模态参数有：模态频率、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。
　　7. 什么是主模态、主空间、主坐标?
　　无阻尼系统的各阶模态称为主模态，各阶模态向量所张成的空间称为主空间，其相应的模态坐标称为主坐标。
　　8. 什么是模态截断?
　　理想的情况下我们希望得到一个结构的完整的模态集，实际应用中这即不可能也不必要。实际上并非所有的模态对响应的贡献都是相同的。对低频响应来说，高阶模态的影响较小。对实际结构而言，我们感兴趣的往往是它的前几阶或十几阶模态，更高的模态常常被舍弃。这样尽管会造成一点误差，但频响函数的矩阵阶数会大大减小，使工作量大为减小。这种处理方法称为模态截断。
　　9. 什么是实模态和复模态?
　　按照模态参数(主要指模态频率及模态向量)是实数还是复数，模态可以分为实模态和复模态。对于无阻尼或比例阻尼振动系统，其各点的振动相位差为零或180度，其模态系数是实数，此时为实模态;对于非比例阻尼振动系统，各点除了振幅不同外相位差也不一定为零或180度，这样模态系数就是复数，即形成复模态。

caichengtao · 发表于 2007-8-15 16:46

十分感谢octopussheng 的资料，看了上述解释，对模态分析了解不少。我现在的课题任务是对运行中的机床进行振动分析，想用模态分析来做，已有设备是加速度传感器及其数据采集系统，任何采样点上振动加速度值均已获得。接下来就可以处理了，但是这些参数是否足够？至于上面说的“最佳悬挂点”，我还是不清楚，是指传感器的安装点吗？

snail-lv · 发表于 2007-8-15 16:51

主要的分析软件你有吗？

caichengtao · 发表于 2007-8-15 16:54

什么分析软件都没有，手头就有数据！需要吗？？我测到的数据量满足模态分析的条件吗？

caichengtao · 发表于 2007-8-15 17:03

想了解模态分析的基本原理以及计算方法，用手头的数据自己做模态分析，不知道是否可行？如果用专用软件的话，我现在担心的是我还需要测量设备去采集信号吗？还请各位老师给于解答，感谢先！

caichengtao · 发表于 2007-8-15 18:56

另外，有没有别的方法能达到模态分析一样的结果？

octopussheng · 发表于 2007-8-16 14:13

建议你看看下面的两本书：

《振动试验模态分析》左鹤声,彭玉莺主编中国铁道出版社 1995
《模态分析理论与试验》原著沃德·海伦, 斯蒂芬·拉门兹, 波尔·萨斯北京理工大学出版社 2001

cyzlucky · 发表于 2007-8-16 16:39

你作的是数据采集，只能得到机床的动态响应，做动态设计的时候要做模态分析。模态分析一般是分析零件的固有特性。现在机床模态分析，难点在结合部的分析。及多体零件的模态分析。

caichengtao · 发表于 2007-8-16 21:59

感谢各位的指点，现在就去图书馆借书！

michel_p · 发表于 2007-8-17 16:35

对运行中的机床进行振动分析,用运行模态分析方法最好了.我们做运行模态分析 ,效果很不错的.只需要测量运行中的机床的各点响应,就可以根据响应间的相关函数识别出机床的模态参数了.也就知道机床的动态特性了,还可以诊断出故障原因

古文 · 发表于 2014-4-8 22:29

michel_p 发表于 2007-8-17 16:35
对运行中的机床进行振动分析,用运行模态分析方法最好了.我们做运行模态分析 ,效果很不错的.只需要测量运行 ...

您好，我现在也准备用运行模态分析的方法计算轴系振动测量，但看了一下文献发现几乎所有方法（像随机减量法，SSI等）都要求激励为白噪声，但轴系振动的激励不满足这个条件，那还可否用OMA方法？另你们对机床振动做OMA分析的效果如何？采用的是哪种方法？麻烦了

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用运行模态分析方法最好了