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[其他相关] 什么是振动模态?

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发表于 2022-1-17 10:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

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任意一个结构都有其结构的振动模态 (vibration modes),概述如下:

一个结构系统,理论上有无穷多个振动模态,而影响结构高贡献度的振动,通常是来自较低频率的振动模态。振动模态包括3个重要的模态参数 (modal parameters):

  · 自然频率 (natural frequency)

  · 模态振型 (mode shape)

  · 模态阻尼比 (modal damping ratio)

结构的振动模态可以由分析或实验方法求得:

  · 分析或数值解析可以由理论模态分析 (theoretical modal analysis, TMA) 求得结构的理论模态参数,其中模态阻尼比通常需要由实验取得。

  · 实验方法称为实验模态分析 (experimental modal analysis, EMA) 或模态试验 (modal testing),也是在求得结构的实际模态参数。

模态参数是成对出现的,例如结构的第一个振动模态有:第一个自然频率 (f1)、第一个模态振型 (ϕ1) 及第一个模态阻尼比 (ξ1),这三个模态参数是成对的 (in a pair)。因为,结构的振动模态有无穷多个,在标示结构振动模态,以自然频率的大小,由小排到大,f1<f2<f3<…;而每个自然频率,有其对应的模态振型及模态阻尼比。所以,例如第r 个振动模态有:第r 个自然频率 (fr)、第r 个模态振型 (ϕr)、及第r 个模态阻尼比 (ξr),r=1,2,3,…。

如何解读振动模态的物理意义,请参阅下面的视频。结构的振动模态,可以概分为刚体模态 (rigid body mode) 和弹性体模态 (flexible body mode)。

1. 结构的刚体模态

结构的刚体模态,顾名思义,刚体也就是结构体本身没有变形的效应。此刚体模态在自由边界的结构,其6个刚体模态的自然频率,通常为0Hz。当结构体如弹簧边界,也就是在弹性支撑的边界下,也会有刚体模态。但其刚体模态自然频率就不会是0Hz,这取决于支撑边界弹簧的弹簧常数。

结构的刚体模态又可以分为:

  · 三个平移模态 (translational mode):分别是x、y、z 三个方向的平移刚体模态。

  · 三个旋转模态 (rotational mode):分别是x、y、z 三个方向的旋转刚体模态。

2. 结构的弹性体模态

结构的弹性体模态,其实也都有x、y、z 三个方向的侧向振动 (lateral vibration),以及x、y、z 三个方向的旋转振动 (torsional vibration) 的振动特性。顾名思义,弹性体也就是结构体本身会有变形的效应。

结构的弹性体模态,也可以依照结构特征,区分为:整体结构模态 (global mode) 和局部结构模态 (local mode)。

来源:试验模态分析微信公众号(ID:gh_827c7495311e),作者:仰望天空。本文转载了台湾王柏川教授的振动噪音科普视讲义和视频。

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发表于 2022-1-17 13:21 | 显示全部楼层
挺详细 需要好好学习
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