模态测试的支撑方式

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　　1 试验结构的支撑方式

　　试验结构分为原型和模型两种，对于已有的不很特殊的结构，可采用试验原型。对图纸阶段的结构或特殊结构，如超大、超重或超小超轻结构，只能采用模型试验。采用试验模型时，需要根据相似理论制作模型，不仅几何相似，还要考虑动力相似。

　　不管是原型还是模型试验，试验结构边界条件都是要考虑的重量因素，不同边界条件的结构特性可能完全不同。如一个自由梁与一个悬臂梁或简支梁的振动特性完全不同。因此，必须要正确模拟被测结构的边界条件。

　　从力学意义上考虑，边界条件可分为几何边界、力边界条件、运动边界条件等等。在模态实验中，对系统固有特性影响最大的是几何边界条件，也即试验结构的支撑条件。支撑条件一般是有自由支撑、固定支撑、原装支撑。

　　如果被测结构是完整的，则模态试验中的边界条件也应是完整的，即应以模拟结构实际工作状态为原则。如果采用模态综合法将被测结构分为子结构来进行模态试验，则边界条件就以模态综合法的要求确定。

　　2 自由支撑

　　有些振动结构的工作状态为自由状态，如空中飞行的飞机、火箭、导弹、卫星等，这类结构在做整体模型试验时，要求具有自由边界条件。

　　事实上，很难达到完全自由的约束状态。为此采用的支撑应尽量柔软，即具有较低的支撑刚度和阻尼。这样的支撑称为自由支撑。经常采用的方式有橡皮绳悬挂、弹簧悬挂、气垫支撑、空气弹簧支撑、螺旋弹簧支撑等等。采用自由支撑后，相当于给结构增加了柔软约束，刚体模态频率不再是零，弹性模态也会受到影响。但由于自由支撑的刚度、阻尼较小，结构的弹性模态不会受到很大的影响。比如，刚性体模态最高频率占到结构最低弹性模态固有频率的1/3时，自由支撑对结构最低弹性模态固有频率的影响只有1%，故自由支撑一般能达到较好的效果。如果将自由支撑点选在结构上关心模态的节点附近，并使支撑体系与该阶模态主振动方向正交，则自由支撑对该阶模态的影响将达到最理想的效果。

　　有些边界条件非完全自由而受到弱约束的结构也可以采用自由支撑。如汽车、摩托车、自行车、轮船等，所受的约束相对结构自身刚度来说小得多了。这类结构采用自由支撑也是适当的。运用模态综合法研究子结构模态特性时，经常采用自由支撑。

　　3 固定支撑

　　固定支撑用于结构承受刚性约束的情形，故又称刚性支撑，如高层建筑、大坝的模型试验需要采用固定支撑。许多具有刚性基础的机械结构也应采用刚性支撑。

　　固定支撑要求支撑具有较大的刚度和质量，才能减少对结构高阶模态的影响。一般以实测支撑系统的最低固有频率大于所关心的结构最高固有频率的3倍为参考标准。

　　运用模态综合法研究子结构模态特性时，有时也采用固定支撑。

　　4 原装支撑

　　原装支撑是广泛应用的一种支撑方式。事实上，自由支撑和固定支撑都是原装支撑的特殊情况。对完整结构来说，原装支撑是最优边界模拟。

　　在现场模态试验中，实际安装中的结构原型便具有最优原装支撑，无需做任何变动。在实验室实验中，则要尽量模拟现场的安装条件。对某些放置于地面上的结构(如各种车辆)，在实验室进行模态试验时，完全可以自由地置于地面上进行测试，这类结构自身的支撑系统已做到较好的模拟实际边界条件。

　　另外指出，大多数模态实验是在静态下进行的，即被测结构处于静态。有些结构在静、动态下的特性相差较多，如具有滑动轴承的转子，欲获得结构在动态下的固有特性，应在运行状态下进行模态实验, 如果结构静、动态特性的差异只由边界条件决定，亦可在静态下模拟动态边界条件，但往往是困难的。

　　以上三种支撑方式并无优劣之分，而是视具体问题而定。对完整结构而言，事实上应尽量做到原装支撑。


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