模態空間是Peter Avitabile教授發表的係列模態解讀文章。Peter Avitabile教授是美國麻省大學洛威爾校區UMASS Lowell機械工程係結構動力學和聲學係統實驗室的副主任，以及模態分析和控製實驗室的主任。Peter Avitabile教授以略帶口語化、生動而又幽默的語言，在每篇文章中集中介紹試驗模態分析的一個(ge) 主題，是非常好的試驗模態分析的入門文章。它涉及到了試驗模態分析的方方麵麵，是模態試驗新手的入門材料，學習(xi) 它有助於(yu) 理解什麽(me) 是試驗模態，以及取得高質量的模態參數。
在北京科尚儀(yi) 器官網發布模態空間係列文章及其中文翻譯，得到了Peter Avitabile教授的書(shu) 麵授權，Peter Avitabile教授擁有文章全部權利，北京科尚儀(yi) 器隻為(wei) 學習(xi) 教育目的而使用它們(men) 。如您轉載此係列中文翻譯，請保留本段的描述信息。
模態空間係列（八十八）趣味解讀模態空間 – 試驗需要何種程度的自由？多等程度的自由真的至關(guan) 重要嗎？
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試驗需要何等程度的自由？多等程度的自由真的重要嗎？
這點很重要，需要討論。
嗯 — 現在，我認為(wei) 對於(yu) 這個(ge) 問題大家都會(hui) 感到困惑。它實際上起源於(yu) 我們(men) 都熟悉的剛體(ti) 動力學及其相關(guan) 概念。但我們(men) 不要輕易對這些概念不做深究。
我的意思是當根據質量中心的概念來描述物體(ti) 時，剛體(ti) 動力學是一個(ge) 很好的逼近。那麽(me) 我們(men) 得到的是在空間中的一個(ge) 點，我們(men) 隻需要這個(ge) 點來描述與(yu) 之相關(guan) 的結構整體(ti) 運動。
並且這是一個(ge) 很強的說法，它意味著結構幾何外形上的每一點可以根據結構上的某個(ge) 點來完全確定。因此，如果情況是這樣，可以講我們(men) 得到了一個(ge) 剛體(ti) 。
那麽(me) 現在當我們(men) 說我們(men) 有一個(ge) 自由-自由係統並且我們(men) 得到了描述這個(ge) 係統的剛體(ti) 模態，是什麽(me) 意思？這意味著我們(men) 跟地麵之間沒有丁點的約束並且結構在空間內(nei) 是完全自由浮起的。如果情況是這樣，那麽(me) 我們(men) 能夠得到剛體(ti) 模態，描述物體(ti) 在空間中能夠運動的六種獨立方式。沿三個(ge) 主方向上有三個(ge) 獨立的平動以及沿三個(ge) 單獨方向的三個(ge) 獨立旋轉運動。當然我們(men) 必須認識到六個(ge) 獨立運動可以由其他的運動線性組合而成為(wei) 另外一種可能的運動。僅(jin) 僅(jin) 是因為(wei) 我們(men) 傾(qing) 向於(yu) 按照x,y,z方向來思考，並不意味著剛體(ti) 運動需要跟其他三個(ge) 方向隔絕開來 – 任意的線性組合都是可以的。
好 – 那麽(me) 現在我們(men) 學會(hui) 了這個(ge) 剛體(ti) 模態的概念。現在我們(men) 來討論一個(ge) 簡單的梁，我們(men) 可以根據有限元模型來進行建模。我們(men) 首先假設這個(ge) 梁截麵一致，質量分布一致，那麽(me) 這個(ge) 梁沒有什麽(me) 特別之處。為(wei) 了將討論進一步簡單化，我們(men) 隻考慮平麵運動，但是沒有理由我們(men) 不能將之擴充為(wei) 一般的六個(ge) 自由度。
那麽(me) 我們(men) 首先描述這個(ge) 平麵係統的少數前幾階模態。圖1展示了平麵梁係統的前四階模態。注意前2階是剛體(ti) 模態，接下來的2階是係統的彈性體(ti) 模態。
圖1 – 自由-自由梁的各階模態
注意到第1階模態是上下運動的沉浮模態，第2階是繞梁幾何中心的搖擺模態。對於(yu) 一個(ge) 完全無約束的梁結構自由模態，這正如我們(men) 所預期。
現在，我們(men) 考慮當在試驗室內(nei) 對梁測試時，梁實際上不能在空間無約束地浮動。於(yu) 是我們(men) 考慮施加一定範圍的彈簧剛度到梁的兩(liang) 端。然後進一步讓剛度範圍從(cong) 接近於(yu) 零一直變大為(wei) 一個(ge) 很大的剛度，接近於(yu) 鉸接或者完全約束狀態。這如圖2中所示。
圖2 – 彈性支承梁
現在為(wei) 了將這個(ge) 問題簡化，當增加梁端部的彈簧剛度時，我們(men) 隻打算觀察第1階模態是如何變化的。要看看隨著剛度增加，模態振型發生什麽(me) 變化。隨著剛度增加，模態振型從(cong) 上到下，如圖3所示。
圖3 – 1階模態振型的演變
所畫的第1階振型是自由-自由梁的第1階模態振型。那麽(me) 隨著我們(men) 增加梁端部的剛度，固有頻率將向上增加，因為(wei) 剛度上有增加，如所預期。那麽(me) 如果我們(men) 隻是增加一點兒(er) 剛度，模態振型變化的可能察覺不到。於(yu) 是我們(men) 看到上麵第2張圖上，模態振型依然跟剛體(ti) 模態非常相似，但梁上有少許的彎曲。隨著剛度增加，觀察到第3張圖上，振型跟完全剛體(ti) 的模態實際上不一樣了，並且振型開始成更大程度的彎曲，如同係統的第1階彎曲模態。當增加剛度到更大程度時，第4和第5張圖跟剛體(ti) 模態完全不再相似了，基本上可以講模態振型完全類似於(yu) 一個(ge) 彎曲模態，帶有少許一點兒(er) 剛體(ti) 運動。
那麽(me) 故事到此基本上講完了。僅(jin) 僅(jin) 是當完全自由-自由時，剛體(ti) 模態才是真正的剛體(ti) 模態。在梁的端部加入一定程度的剛度時，模態開始從(cong) 剛體(ti) 類型的模態向彎曲類型的模態變化，並且剛體(ti) 和彈性體(ti) 模態的比例很大程度上依賴於(yu) 所加剛度的量級以及結構自身的剛度。
這意味著當我們(men) 在試驗室內(nei) 按照所謂的自由-自由狀態測量任何結構時，得到的實際剛體(ti) 模態將總是包含一定程度的彈性體(ti) 模態，實際上並非完全剛體(ti) 模態。取決(jue) 於(yu) 試驗如何設置以及自由-自由支撐何等的剛度，這會(hui) 對這些剛體(ti) 模態為(wei) 何等剛度具有直接的影響。我希望這個(ge) 簡單的解釋澄清了你可能會(hui) 有的錯誤理解。如果你有關(guan) 於(yu) 模態分析的任何其他問題，盡管問我好了。
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模態激勵全新的解決(jue) 方案-WaveHitMAX自動脈衝(chong) 錘
實驗模態分析中必不可少的一環就是模態激勵，昊量光電新推出的這款智能衝(chong) 擊錘的發明為(wei) 結構動力學国产成人在线观看免费网站提供了機械激勵的新途徑。智能意味著設備內(nei) 部處理信號。模態錘WaveHitMAX保證了測試對象的全自動、可重複和高精度激勵，而沒有雙重打擊。用戶可以根據不同的阻尼/延遲時間，設置撞擊次數、衝(chong) 擊力和撞擊之間的延遲時間。所有的預置，如零點或衝(chong) 擊力搜索，都是由錘子自動完成的。用戶不再需要手動調整。
針對全自動衝(chong) 擊錘的研製，WaveHitMAX采用包括整個(ge) 運動控製的閉環控製方法解決(jue) 了這一問題。
圖1. 用於(yu) 脈衝(chong) 錘內(nei) 部運動控製的傳(chuan) 感器-執行器控製回路示意圖
對新型衝(chong) 脈衝(chong) 錘WaveHitMAX的係統設計進行了改進，使傳(chuan) 感器信號作為(wei) 運動控製單元的主要輸入參數。這樣，脈衝(chong) 錘的手臂可以向上移動到試件的命中點，在那裏，通過力傳(chuan) 感器信號中的特征變化檢測到接觸事件，手臂的移動方向可以反轉。
與(yu) 半自動衝(chong) 擊錘相比，WaveHitMAX自動脈衝(chong) 錘具有新的功能。內(nei) 部信號處理的優(you) 點有:
• 全自動單擊
• 自動搜索用戶自定義(yi) 的衝(chong) 擊力
• 自動零點搜索
• 確認對質量保證的影響
• 更改錘頭與(yu) 測試對象之間的位置，無需重新設置
WaveHitMAX自動模態力錘可以通過以太網在Windows設備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速、輕鬆地操作。
自動模態脈衝(chong) 錘特點：
• 自動零點搜索
• 可重複的單擊激發
• 內(nei) 部傳(chuan) 感器評估和過程控製
• 自動搜索和調整衝(chong) 擊力
• 位置的變化是自動預測的
• 通過附件配置脈衝(chong) 特性
• 通過遠程控製或集成到客戶係統中來觸發功能
• 在德國設計和組裝
• CE認證
1.確保單次激發
雙重撞擊激勵可以在時域和頻域檢測到
2.豐(feng) 富的配件支持
不同的傳(chuan) 感器-尖端-配重的組合。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用於(yu) 全自動衝(chong) 擊測試的智能脈衝(chong) 錘，在全新的AI智能脈衝(chong) 領域實現真正意義(yi) 上的全自動智能脈衝(chong) 錘！
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