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运行模态分析方法综述

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运行模态分析方法综述

作者:陈东弟, 向家伟, Chen Dongdi, Xiang Jiawei

作者单位:桂林电子科技大学机电工程学院,广西,桂林,541004

刊名:

桂林电子科技大学学报

英文刊名:JOURNAL OF GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY

年,卷(期):2010,30(2)

被引用次数:0次

参考文献(47条)

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27.李晔.向树红基于正弦振动试验的航天器结构模态参数识别 2006(5)

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32.刘丽兰.刘宏昭.吴子英基于时变多变量Prony法的时变振动系统模态参数辨识 2006(1)

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37.LIND R.BRENNER M.HALEY S Estimation of modal parameters using s wavelet-based approach 1997

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41.李鹤.姚红良.闻邦椿基于小波变换方法的高层建筑模态参数辨识 2005(5)

42.徐增丙.轩建平.史铁林LS-SVM在基于小波变换的模态分析中端部效应的应用 2008(13)

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45.陈隽.徐幼麟HHT方法在结构模态参数识别中的应用 2003(3)

46.ONG K C G.WANG Z.MAALEJ M Adaptive magnitude spectrum algorithm for Hilbert-Huang transform based frequency identification 2008(1)

47.Yang Hai.Cheng Wei.Zhu Hung TVAR time-frequency analysis for non-stationary vibration signals of spacecraft 2008(5)

相似文献(8条)

1.期刊论文李怀鹏.岳林.LI Huai-peng.YUE Lin基于峭度的运行模态分析中谐波的识别方法-机械工程与自动化

2010(4)

为了能够将含有谐波响应的实测信号应用于运行模态分析,根据系统响应与谐波响应统计特性的不同,应用一种基于随机变量的峭度值的方法将谐波响应识别出来,以便在后续的模态参数识别中消除谐波响应的影响.用GARTEUR飞机模型数值仿真以及利用带有电机的框架模型进行实验,结果验证了该方法的有效性.

2.期刊论文王彤.张令弥.WANG Tong.ZHANG Ling-mi运行模态分析的频域空间域分解法及其应用-航空学报

2006,27(1)

提出了一种基于频域空间域分解(Frequency and Spatial Domain Decomposition,FSDD)的运行模态分析方法.该法将同时具有输入和输出的试验模态分析的经典方法--复模态指示因子(Complex Mode Indicator Function,CMIF)法拓展到了仅有输出响应的运行状态模态分析.FSDD法采用奇异值分解将信号空间和噪声空间分离开来,把奇异值曲线作为模态指示的依据,以奇异值向量作为加权函数得到每一阶模态的增强功率谱(Power Spectrum

Density,PSD),进而在频域内对增强PSD曲线进行最小二乘拟合以得到准确的模态频率和阻尼参数.采用了一个二层楼仿真算例和在欧洲广为人知的瑞士

Z24公路大桥实测算例来验证FSDD算法.

3.会议论文万岭.洪明.姜大正基于运行模态分析的船舶结构模态参数辨识2009

运行模态分析是一种仅仅通过结构响应数据来识别结构模态参数的方法,一般此种方法基于输入为平稳白噪声的假设.本文首先论述了运行模态分析方法的特点及发展,并且简述了运行模态分析的几种典型方法和关键问题;而后将几种常用的结构振动分析测试方法在船舶中的应用做了比较;最后论述了基于运行模态分析方法的船舶结构模态参数识别和减振设计.

4.期刊论文姜大正.洪明.周力.Jiang Da-zheng.Hong Ming.Zhou Li运行模态分析技术在船舶结构振动中的应用

-中国舰船研究2010,05(3)

运行模态分析是一种仅基于环境激励下结构的响应来提取模态参数的方法,通常假设环境激励为白噪声进行分析.实际上,船舶航行过程中所受激励十分复杂,除受海浪等随机激励外,还受到来自螺旋桨、主机等确定的单频激励.因此航行中的船舶所受激励应假设为白噪声和确定频率的激励同时存在.讨论运行模态分析方法在船舶结构中应用的可行性;在白噪声激励假设下,提出使用自互谱密度法来进行结构模态参数识别,并用简支梁实验对上述方法进行验证.最后将该方法运用于对某船航行中桅杆的振动响应数据进行分析和讨论.

5.学位论文郭胜利模态参数识别方法与模块开发2007

经过国内外学者几十年的共同努力,模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理、概率统计以及自动控制理论中的相关理论,形成了一套具自身特色的理论体系,提出了许多模态参数识别方法,一些模态分析的软件也随之开发出来,在工程领域中得到广泛的应用。

本文首先对这些模态参数识别方法——从时域到频域,从试验模态分析到运行模态分析,进行了详细而系统地研究;然后用Matlab软件对模态分析软件的各个部分进行了模块开发,主要包括数据信号的生成模块、振动信号预处理模块、振动信号时域处理模块、振动信号频域处理模块、模态参数时域识别模块和模态参数频域识别模块,并提出了Matlab与LabVIEW的混合编程思想初步设想了模态分析软件的框架,使用户界面与内核有效连接起来;最后对软件中的各个模块进行了算例仿真和实验分析,算例和实验都表明了各个模块程序的正确性与精确程度。

6.期刊论文毛宽民.李斌.Mao Kuanmin.Li Bin基于响应信号的结构模态参数提取方法-华中科技大学学报(自然

科学版)2008,36(7)

基于现有实验模态分析技术,提出了以一个响应信号作为参考信号,并且只利用响应信号提取结构模态参数的方法.以一个自由的钢梁为实验对象,通过与传统的用传递函数矩阵进行模态参数识别的实验模态分析法的识别结果比较,验证了所提出方法的有效性:固有频率识别精度和模态阻尼比的识别精度较高,误差分别不超过0.5%和18%;振型有一定的误差,但是总体趋势是一致的.能够反映结构的振动形态.该方法特别适合于用力锤或激振器无法激振的大型重型结构.如大型机床等设备,也适合于那些不宜用外力激振的设备,如高精密机床等.

7.期刊论文预应力连续箱梁桥的基准动力有限元模型研究-振动与冲击2009(11)

介绍了作为预应力混凝土连续梁桥的通扬运河特大桥的环境激励振动试验,并利用基于频域空间域分解的运行模态分析法进行模态参数识别,得到大桥的动力特性测试结果(模态频率和振型).建立了大桥的初始空间有限元模型,利用上述测试结果,基于遗传算法对模型进行了修正,获得能基本准确反映上述桥梁实际结构动力行为的基准有限元模型,它可用于大桥的健康检测、状态评估和损伤识别.

8.学位论文郑立辉发动机悬置系统动力学计算与实验研究2009

汽车动力总成悬置系统是整车振动控制的重要组成部分,对提高汽车NVH特性,满足良好的乘坐舒适性具有重要的作用。本文以某橡胶悬置的汽车动力总成悬置系统为研究对象,对悬置系统的动态特性进行了计算分析和试验研究。

一般在悬置系统建模方法中,通常以悬置元件的静刚度构建计算模型中的刚度矩阵。然而,实际工况下的悬置元件是在一定频率和振幅的激励力下工作的,而且,橡胶悬置的动刚度与激励力的振幅和频率有关。本文以发动机怠速工况为例,通过试验模拟悬置元件实际工况下的工作状态,测试其动刚度值,并以动刚度值构建力学模型中的刚度矩阵,计算悬置系统实际工况下的动态特性。

其次,本文采用传统的锤击法对悬置系统进行了试验模态分析。测试中,应用不同质量的脉冲锤进行模态试验,由于橡胶悬置元件刚度的非线性

,获得的模态参数有所差异。针对传统试验模态分析方法的不足之处,采用运行模态分析的方法,对悬置系统怠速工况下的模态参数进行了辨识。考虑到悬置系统模态比较密集的特点,采用模态分析领域近年来最新推出的对于模态密集型系统也有较好识别精度的PolyMAX模态参数识别方法,对实际工况下的悬置系统进行了模态参数的辨识,并对所获得的模态参数进行了验证。运行模态分析中,由于测试数据直接来源于发动机悬置系统实际振动工作环境,所以运行模态参数能够更加准确的描述系统实际工况下的动态特性。

采用悬置元件的动刚度值构建刚度矩阵,计算的模态参数与运行模态参数的误差,比采用静刚度值计算有了明显的降低。

所以,基于悬置元件的动刚度建立的力学模型能更好的模拟悬置系统实际工况下的动态特性。对悬置系统特定工况下的动态特性分析,优化设计及减振降噪等有一定的参考价值。

本文链接:https://www.wendangku.net/doc/0a12287478.html,/Periodical_gldzgyxyxb201002017.aspx

授权使用:北京信息科技大学(bjxxkjdx),授权号:1c8e471a-f8c7-4e3b-9ed7-9ea401508bc1

下载时间:2011年3月12日

结构模态分析方法

模态分析技术的发展现状综述 摘要:本文首先系统的介绍了模态分析的定义,并以模态分析技术的理论为基础,查阅了大量的文献和资料后,介绍了三种模态分析技术在各领域的应用,以及国内外对于结构模态分析技术研究的发展现状,分析并总结三种模态分析技术的特点与发展前景。 关键词:模态分析技术发展现状 Modality Analysis Technology Development Present Situation Summary Abstract:This article first systematic introduction the definition of modality analysis,and based on modal analysis theory,after has consulted the massive literature and the material.Introduced application about three kind of modality analysis technology in various domains. At home and abroad, the structural modal analysis technology research and development status quo.Analyzes and summarizes three kind of modality analysis technology characteristic and the prospects for development. Key words:Modality analysis Technology Development status 0 引言 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。模态分析的过程如果是由有限元计算的方法完成的,则称为计算模态分析;如果是通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别来获得模态参数的,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。 1 数值模态分析的发展现状 数值模态分析主要采用有限元法,它是将弹性结构离散化为有限数量的具体质量、弹性特性单元后,在计算机上作数学运算的理论计算方法。它的优点是可以在结构设计之初,根据有限元分析结果,便预知产品的动态性能,可以在产品试制出来之前预估振动、噪声的强度和其他动态问题,并可改变结构形状以消除或抑制这些问题。只要能够正确显示出包含边界条件在内的机械振动模型,就可以通过计算机改变机械尺寸的形状细节。有限元法的不足是计算繁杂,耗资费时。这种方法,除要求计算者有熟练的技巧与经验外,有些参数(如阻尼、结合面特征等)目前尚无法定值,并且利用有限元法计算得到的结果,只能是一个近似值。 正因如此,大多数数学模拟的结构,在试制阶段常应做全尺寸样机的动态试验,以验证计算的可靠程度并补充理论计算的不足,特别对一些重要的或涉及人身安全的结构,就更是如此。 70 年代以来,由于数字计算机的广泛应用、数字信号处理技术以及系统辨识方法的发展 , 使结构模态试验技术和模态参数辨识方法有了较大进展,所获得的数据将促进产品性能的改进、更新[1] 。在硬件上,国外许多厂家研制成功各种类型的以FFT和

白车身模态分析试验方法研究 毕业设计

目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 绪论 (3) 2 试验模态分析 (5) 2.1模态试验理论 (5) 2.2试验测试系统组成 (6) 3 模态参数识别方法 (7) 3.1模态参数识别主要方法 (7) 3.2最小二乘复频域法 (9) 3.2.1最小二乘复频域法简介 (9) 3.2.2系统模型的确定 (9) 4 白车身模态试验 (10) 4.1白车身参数 (10) 4.2试验结构的支撑方式 (10) 4.3传感器的选择及布置原则 (12) 4.4激励系统 (13) 4.4.1激励方式 (13) 4.4.2振动激励源的选择和比较 (14) 4.4.3设备传感器 (15) 4.5试验测试系统检验 (16) 5 试验测试结果及分析 (21) 5.1稳态图 (21) 5.2模态频率与阻尼比 (23) 5.3模态振型 (24) 5.4模态试验的有效性 (26) 6 有限元分析结果与试验结果对比 (30) 结论 (33) 谢辞 (34) 参考文献 (35)

白车身模态试验方法研究 摘要:本文的目的在于研究模态分析参数识别不同方法之间的优缺点,重点是PolyMAX法和时域分析法之间的对比,以研究通过何种方法才能获得精 确地实验数据。为此本文分别采用多参考最小二乘复频域(PolyMAX) 法和时域分析法对结构模态参数进行识别,得到白车身各阶的模态图、 模态频率和振型并采用模态置信判据法(MAC)验证试验结果,比较二者 之间的优缺点,从而发现PolyMAX能提供比时域法法更多的稳定极点 并且有一个清晰地图标,确保一个用户独立和简洁明了的解释,大量简 化了鉴别过程。为进一步验证PolyMAX法的准确性,将PolyMAX分析 结果与有限元分析相对比,发现两者具有相当高的一致性。因此,本文 认为在白车身模态试验中PolyMAX法是最佳的试验模态分析方法。 关键词:白车身模态试验分析方法MIMO PolyMAX 1

DHMA实验模态分析系统的概述

DHMA实验模态分析系统的概述 江苏东华测试技术有限公司推出的“DHMA实验模态分析系统”, 从激励信号、传感器、适调器、数据采集和分析软件到实验报告的生成,构成了完整的进行实验模态分析的硬件和软件条件。专业的技术培训,保证了用户可靠、准确、合理的使用本系统。 DHMA实验模态分析系统汇集了公司多年来硬件、软件研发经验,和广大用户对实验模态分析系统的改进意见,参考国内外实验模态分析领域专家学者的研究成果和指导意见,功能强大,特点鲜明:采用内嵌专业知识的软件模式,即使是非专业的用户也可以成功地进行模态实验;内嵌的工作流程保证符合质量标准的重复实验过程;强大的模态参数提取技术保证了高质量、不受操作者经验多寡的影响,即使对模态高度密集或阻尼很大的结构也游刃有余。 汽车白车身现场图片

汽车白车身一阶振型 针对不同实验对象的特点,本公司提供了三种具体的解决方案,满足了大多数用户的需求: 方案一:不测力法(环境激励)实验模态分析系统 不测力法实验模态分析(OMA)可用于对桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行结构特性的动态实验。仅利用实测的时域响应数据,通过一定的系统建模和曲线拟合的方法识别结构的模态参数。桥梁及大型建筑、运行状态下的机械设备等不易实现人工激励的结构均可采用不测力法来进行实验模态分析。

方案二:锤击激励法实验模态分析系统 DHMA实验模态分析系统可以提供用户完整的锤击激励法实验模态分析完整的解决方案,是对被测结构用带力传感器的力锤施加一个已知的输入力,测量结构各点的响应,利用软件的频响函数分析模块计算得到各点频响函数数据。利用频响函数,通过一定的模态参数识别方法得到结构的模态参数。锤击激励法实验模态分析可分为单点激励法和单点拾振法。

环境振动下模态参数识别方法综述.

环境振动下模态参数识别方法综述 摘要:模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法,是系统识别方法在工程振动领域中的应用。环境振动是一种天然的激励方式,环境振动下结构模态参数识别就是直接利用自然环境激励,仅根据系统的响应进行模态参数识别的方法。与传统模态识别方法相比,具有显著的优点。本文主要是做了环境振动下模态识别方法的一个综述报告。 关键词:环境振动模态识别综述 Abstract: The modal analysis is the study of structural dynamic characteristics of a modern method that is vibration system identification methods in engineering applications in the field. Ambient vibration is a natural way of incentives, under ambient vibration modal parameter identification is the direct use of the natural environment, incentives, based only on the response of the system for modal parameter identification method. With the traditional modal identification methods, has significant advantages. This paper is a summary report of the environmental vibration modal identification method. Keywords: Ambient vibration ;modal parameters ;Review 随着我国交通运输事业的发展,各种形式的大、中型桥梁不断涌现,由于大型桥梁结构具有结构尺大、造型复杂、不易人工激励、容易受到环境影响、自振频率较低等特点,传统模态参数识别技术在应用上的局限性越来越突出。传统的振动试验采用重振动器或落锤激励桥梁,需要投入大量人力和试验设备,激励成本增高,难度大,而且对于桥梁这样的大型复杂结构,激励(输入)往往很难测得,也不适合长期监测的实验模态分析。 环境振动是指振幅很小的环境地面运动。系由天然的和(或)人为的原因所造成,例如风、海浪、交通干扰或机械振动等,受激结构的振幅较小,但响应涵盖频率丰富。系统或者结构的模态参数包括:模态频率、模态阻尼、模态振型等。模态参数识别是系统识别的一部分,通过模态参数的识别可以了解系统或结构的动力学特性,这些动力特性可以作为结构有限元模型修正、故障诊断、结构实时监测的评定标准和基础。环境振动下的模态参数识别就是利用自然环境激励,根据结构的动

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模态分析步骤 第1步:载入模型 Plot>Volumes 第2步:指定分析标题并设置分析范畴 1 设置标题等Utility Menu>File>Change Title Utility Menu>File> Change Jobname Utility Menu>File>Change Directory 2 选取菜单途径 Main Menu>Preference ,单击 Structure,单击OK 第3步:定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Types对话框,单击Add出现Library of Element Types 对话框,选择Structural Solid,再右滚动栏选择Brick 20node 95,然后单击OK,单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。 第4步:指定材料性能 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models。出现Define Material Model Behavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数,Structural>Density指定材料的密度,完成后退出即可。 第5步:划分网格 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出

现MeshTool对话框,一般采用只能划分网格,点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小(太小的计算比较复杂,不一定能产生好的效果,一般做两三组进行比较),保留其他选项,单击Mesh出现Mesh Volumes对话框,其他保持不变单击Pick All,完成网格划分。 第6步:进入求解器并指定分析类型和选项 选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,将出现New Analysis对话框,选择Modal单击 OK。 选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options,将出现Modal Analysis 对话框,选中Subspace模态提取法,在 Number of modes to extract处输入相应的值(一般为5或10,如果想要看更多的可以选择相应的数字),单击OK,出现Subspace Model Analysis对话框,选择频率的起始值,其他保持不变,单击OK。 第7步:施加边界条件. 选取Main Menu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement,出现ApplyU,ROT on KPS对话框,选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框,选择(All DOF,UX,UY,UZ)相应的约束,单击apply或OK即可。第8步:指定要扩展的模态数。选取菜单途径Main Menu>Solution>Load Step Opts>ExpansionPass>Expand Modes,出现Expand Modes对话框,在number of modes to expand 处输入第6步相应的数字,单击 OK即可。(当选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options,将出现Modal Analysis 对话框,选中Subspace模态提取法,在 Number of modes to extract处输入相应

准滑动模态控制matlab仿真实例.

准滑动模态控制 2.8.1准滑动模态控制 在滑动模态控制系统中,如果控制结构的切换具有理想的开关特性,则能在切换面上形成理想的滑动模态,这是一种光滑的运动,渐进趋近于原点。但在实际工程中,由于存在时间上的延迟和空间上的滞后等原因,使得滑动模态呈抖振形式,在光滑的滑动上叠加了抖振。理想的滑动模态是不存在的,现实中的滑动模态控制均伴随有抖振,抖振问题是影响滑动模态看控制广泛应用的主要障碍。 所谓准滑动模态,是指系统的运动轨迹被限制在理想滑动模态的某一?领域内的模态。从相轨迹方面来说,具有理想滑动模态的控制是使一定范围内的状态点均被吸引至切换面。而准滑动模态控制则是使一定范围内的状态点均被吸引至切换面的某一?领域内,通常称此?领域为滑动模态切换面的边界层。 在边界层内,准滑动模态不要求满足滑动模态的存在条件,因此准滑动模态不要求在切换面上进行控制结构的切换。它可以在边界层上进行结构变换的控制系统,也可以根本不进行结构变换的连续状态反馈控制系统。准滑动模态控制在实现上的这种差别,使它从根本上避免或削弱了抖振,从而在实际中得到了广泛的应用。 在连续系统中,常用的准滑动模态控制有以下两种方法: (1) 用饱和函数()sat s 代替理想滑动模态中的符号函数sgn()s 。 1 ()1s sat s ks s s >??? =≤???-<-? ? 1k = ? (2.46) 其中?称为“边界层”。饱和函数()sat s 如图2-26所示,饱和函数的本质为:在边界层外,采用切换控制;在边界之内,采用线性化反馈控制。 (2) 将继电特性连续化,用连续函数()s θ取代sgn()s 。 ()s s s θδ = + (2.47) 式中δ是很小的正常数。 2.8.2 仿真实例 对象为二阶传递函数:

试验模态分析的两种方法

试验模态分析的两种方法 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析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。 试验模态分析主要有以下两种方法,OROS模态分析软件MODEL 2 完全具备了这两种常用的模态方 法。 锤击法模态测试 用于满足锤击法结构模态试验,以简明、直观的方法测量和处理输入力和响应数据,并显示结果。提供两种锤击方法:固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。用力锤来激励结构,同时进行加速度和力信号的采集和处理,实时得到结构的传递函数矩阵。能够方便地设置测量参数,如触发量级、测量带宽和加窗类型,同时对最优的设置提供建议指导。 激振器法模态测试 主要是通过分析仪输出信号源来控制激振器,激励被测试件,输出信号有先进扫频正弦,随机噪声,正弦,调频脉冲等信号。支持单点激励(SIMO)与多点同时激励法(MIMO)。 1)几何建模 结构线架模型生成,节点数和部件数没有限制,测量点DOF自动加到通道标示;建立几何模型,以3维方式显示测量和分析结果。结构模型可以作为单个部件的装配,及采用不同的坐标系(直角、圆柱、球体坐标系),要求除点的定义外,还可定义线和面,真实的显示试验结构。结构线架模型生成,节点数和部件数没有限制,测量点自由度自动加到通道标示。

机床实验模态分析综述

机床的模态分析方法综述 甄真 (北京信息科技大学机电工程学院,北京100192) 摘要:模态分析是研究机械结构动力特性的一种近代方法,是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机床在工作时,由于要承受各种变载荷而产生振动,其精度和寿命会受到影响。因此有必要对机床进行模态分析,了解其动态特性,以便进一步分析和改进。本文概述了模态分析的概念、研究意义及发展历史,介绍了机床模态分析的研究现状, 从理论方法与试验方法两方面指出了其关键技术以及研究发展方向。 关键词:模态分析;动态特性;机床;理论方法;实验方法 Summary of the model analysis method of machine tool ZHEN Zhen (Beijing Information Science & Technology University, Mechanical and Electrical Engineering College, Beijing, 100192) Abstract:Modal analysis is a modern method to study the dynamic characteristics of mechanical structure. It’s an important method in structure dynamic design and fault diagnosis of equipment.Its accuracy and lifetime will be affected due to withstand all kinds of variable load and vibration when the machine tool works.So it is necessary to make modal analysis and to understand the dynamic characteristics for machine tool in order to further analyze and improve. This paper summarizes the concept, significance and history of modal analysis and introduces the research status of model analysis of machine tool. It also points out the key technology and research direction in this field from two aspects of theoretical method and experimental method. Key words:model analysis; dynamic characteristics; machine tool; theoretical method; experimental method 0 引言 模态是指机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析是一种研究机械结构动力的方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析法搞清楚了结构物在某一个易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法[1]。 模态分析将构件的复杂振动分解为许多简单而独立的振动,并用一系列模态参数来表征的过程。根据线性叠加原理,一个构件的复杂振动是由无数阶模态叠加的结果。在这些模态中。模态分析最终目标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。模态分析主要分为3类方法:一是,基于计算机仿真的有限元分析法;二是,基于输入(激励)输出(响应)模态试验的试验模态分析法;三是,基于仅有输出(响应)模态试验的运行模态分析法。有限元分析属结构动力学正问题,但受无法准确描述复杂边界条件、结构物理参数和部件连接状态等不确定性因素的限制难以达到很高的精度。第二、三类方法属结构动力学反问题,基于真实结构的模态试验。因而能得到更准确

机械制造专业_毕业设计_小型龙门加工中心基础件设计与受力分析(ANSYS模态分析)

第一章概述 1.1课题研究的背景及意义 机床是现代制造技术的工作母机,在某种意义上,一个国家机床设计和制造水平的高低,决定着这个国家整个制造业水平的高低。在信息革命的推动下,现代工业技术发展迅猛。近年来,各国在信息工业,航空航天工业,军事工业,电子工业,能源工业等领域竞争日益激烈。随着这些高科技领域日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化的方向发展,对机床的要求也越来越高。现代机床正向高速、大功率、高精度的方向发展。随着机床向高速度、大功率和高精度方向的发展,除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好的工艺性能以外,而着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。而机床的加工性能又与其动态特性紧密相关。事实表明,随着机床的加工精度的不断提高,对机床动态特性的要求也愈来愈高。 多年来,由于受到理论分析和测试实验手段落后的限制,机床结构的设计计算主要沿用传统的结构强度为主的设计方法。传统设计方法主要是保证刀具和工件间具有一定的相对运动关系和满足机床几何精度要求,采用经验和类比的方法进行,设计的主要依据是静刚度和静强度,对机床的动态性能考虑较少。在利用传统方法进行机床结构的设计计算时,因为不能准确地把握机床结构与其动态特性之间量的关系,所以结构设计的结果常常是以较大的安全系数加强机床结构。这样的设计方法容易导致机床结构尺寸和重量的加大;其结果一则不能很好发挥材料的潜力,二来机床结构的动态性能也不会有根本的改进提高。所以,后来科研工作者对机床的动态特性、切削稳定性进行了大量的研究工作,最初是以实物或模型为基础,进行机床性能试验,从中发现规律,分析影响机床动态性能的主要原因,寻求解决问题的方法,处于弄清机理,说明现象的定性阶段。从二十世纪六十年代中期以来,由于计算机技术、振动理论和结构动力学理论等的发展,为机床的动态性能研究提供了坚实的理论基础和先进的测试手段,使研究进入一个全新的计算机辅助分析和优化设计的定量研究阶段,系统地建立了机床动态特性的研究理论,达到了一定的实用程度,并在不断地深化和发展。1.2我国基础件现状 基础件是机床的重要组成部分。我的国对机械基础件在机械工业中的重要地位认识较晚,长期投入乏力,致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。随着我国主机水平的提高,机械基础件落后于主机的瓶颈现象日益显现。近年来,虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面,国家给予了一定的支持,但与当前市场需求及国外水平相比,仍有不少差距。具体表现在以下几个方面: 一、产品品种少,水平低,质量不稳定,早期故障率高,可靠性差。我国机械基础件产品品种、规格少,特别是高档产品差距较大,不能满足主机日益发展的需求。目前,各类主机基础件的性能指标大体相当于国外20世纪80年代水平。质量不稳定,早期故障率高,可靠性差,是基础件的致命弱点。因此,不少主机厂为提高其主机的市场竞争力,往往选择进口基础件配套。因而,国产基础件,特别是技术含量较低的产品,国内市场占有率在明显下降。虽然基础件产品出口有明显优势,但主要是劳动密集型产品,数量大,价值低,技术附加值不高。 二、重复建设严重,专业化程度低,形不成规模,经济效益差。机械基础件与主机相比,企业建立的初始资金和技术所需投入相对较少,因此在国家几次经济大发展时期,都增加了一批基础件生产企业。行业中已呈现大量的低水平重复建设,点多、批量小,形不成经济规模。基础件企业虽然逐渐独立于主机厂,但大多数企业本身就是“大而全”、“小而全”,专业化程度低,装备水平不高,质量不稳定,经济效益低下。例如,轴承行业哈轴、瓦轴、洛轴三家大型骨干企业年产轴承的总和还不到国外一家著名公司的50%,现在全国轴承厂

模态分析意义

模态分析意义模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先,将结构物在静止状态下进行人为激振,通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换(FFT)分析,得到任意两点之间的机械导纳函数(传递函数)。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合,识别出结构物的模态参数,从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下,就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。近十多年来,由于计算机技术、

FFT 分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展,试验模态分析得到了很快的发展,受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中,大致均可分为四个基本过程:(1)动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析1)激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励,采集各点的振动响应信号及激振力信号,根据力及响应信号,用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同,相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)多输入多输出(MIMO)三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机(包括白噪声、宽带噪声或伪随机)、瞬态激励(包括随机脉冲激励)等。2)数据采集。SISO 方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号,用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。SIMO 及MIMO 的方法则要求大量通道数据的高速并行采集,因此要求大量的振动测量传感器或激振器,试验成本较高。3)时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。(2)建立结构数学模型根据已知条件,建立一种描述结构状态及特性的模型,作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同,也分为频域建模和时

【完整版】毕业设计论文基于ANSYS的轴承座的模态分析

河南科技学院 2013届本科毕业论文(设计) 论文题目:基于ANSYS的轴承座的模态分析 学生姓名:刘x 所在院系:机电学院 所学专业:机械设计及其自动化 导师姓名: 完成时间:2013年5月8日

摘要 轴承座在机械生产中很常见,在各类机器、机构中都有它存在的身影,由于轴承座本身结构并不是太复杂,所以本文并没有借助其他类型的三维软件建模,而是在ANSYS环境下建立的模型。轴承座的受力主要是分布在轴承孔圆周上,还有轴承孔的下半部分的径向压力载荷。为了提高结构的抗振性,本文借助于ANSYS软件强大的模态分析功能,运用ANSYS软件建立了轴承座的三维模型,并对轴承座进行模态分析,并给出前20阶的固有频率和振型,以此来指导结构的优化设计[1]。 关键字:轴承座,模态分析,有限元,ANSYS Abstract Bearing seat is common in the machinery manufacturing, it exists in all kinds of machine, figure, because the bearing seat structure itself is not too complicated, so this article does not use other types of 3 d software modeling, but established under ANSYS environment model. Stress is mainly distributed in the bearing hole of the bearing on the circumference of a circle, and the bearing hole of the bottom half of the radial pressure load. In order to improve the vibration resistance of structure, in this paper, with the aid of powerful modal analysis function of ANSYS software, and the 3 d model of the bearing was established by applying the ANSYS software, and the modal analysis was carried out on the bearing seat, and give the top 20 order natural frequency and vibration mode, in order to guide the optimization design of structure. Keywords: bearing seat,modal analysis,finite element ,ANSYS

各种模态分析方法总结及比较

各种模态分析方法总结与比较 一、模态分析 模态分析是计算或试验分析固有频率、阻尼比和模态振型这些模态参数的过程。 模态分析的理论经典定义: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。 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模记分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析最终目标是在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。二、各模态分析方法的总结

(一)单自由度法 一般来说,一个系统的动态响应是它的若干阶模态振型的叠加。但是如果假定在给定的频带内只有一个模态是重要的,那么该模态的参数可以单独确定。以这个假定为根据的模态参数识别方法叫做单自由度(SDOF)法n1。在给定的频带范围内,结构的动态特性的时域表达表示近似为: ()[]}{}{T R R t r Q e t h r ψψλ= 2-1 而频域表示则近似为: ()[]}}{ {()[]2ωλωψψωLR UR j Q j h r t r r r -+-= 2-2 单自由度系统是一种很快速的方法,几乎不需要什么计算时间和计算机内存。 这种单自由度的假定只有当系统的各阶模态能够很好解耦时才是正确的。然而实际情况通常并不是这样的,所以就需要用包含若干模态的模型对测得的数据进行近似,同时识别这些参数的模态,就是所谓的多自由度(MDOF)法。 单自由度算法运算速度很快,几乎不需要什么计算和计算机内存,因此在当前小型二通道或四通道傅立叶分析仪中,都把这种方法做成内置选项。然而随着计算机的发展,内存不断扩大,计算速度越来越快,在大多数实际应用中,单自由度方法已经让位给更加复杂的多自由度方法。 1、峰值检测 峰值检测是一种单自由度方法,它是频域中的模态模型为根据对系统极点进行局部估计(固有频率和阻尼)。峰值检测方法基于这样的事实:在固有频率附近,频响函数通过自己的极值,此时其实部为零(同相部分最

毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析

毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析 JIU JIANG UNIVERSITY 毕业论文 题目汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析英文题目 Modeling by UG and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing 院系机械与材料工程学院 专业车辆工程 姓名 班级 指导教师 摘要 本篇毕业设计(论文)题目是《汽车驱动桥壳建模UG及有限元分析》。作为汽车的主要承载件和传力件,驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷,而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等,并经过悬架系统传递给车架和车身。因此,驱动桥壳的研究对于整车性能的控制是很重要的。 本课题以重型货车驱动桥壳为对象,详细论述了从UG软件中的参数化建模,到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。并且通过对桥壳在不同工况下的静力分析和模态分析,直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下,为 桥壳设计提出可行的措施和建议。 【关键词】有限元法,UG,ANSYS ,驱动桥壳,静力分析,模态分析

Abstract This graduation project entitled “Modeling and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing”. As the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspension system, frame and carriage. The article studies based on heavy truck driver axle ,discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the different main conditions of static analysis and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recommendations in drive axle housing design.Plans to establish thet hree---dimensional model by UG, to make all kinds of emulation analysis by Ansys. 【Key words】 Finite element method,UG,ANSYS,Drive axle housing,Static analysis,Modal analysis 目录 前言 1 第一章绪论 2

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