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模態空間係列(七十六)趣味解讀模態空間-我老是聽說模態參與,那到底是什麽意思?

發布時間:2022-05-26 13:21:04 瀏覽量:3522 作者:Peter Avitabile

摘要

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。


正文

模態空間係列(七十六)趣味解讀模態空間-我老是聽說模態參與(yu) ,那到底是什麽(me) 意思?


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。


我老是聽說模態參與(yu) 。那到底是什麽(me) 意思?


好吧 – 我們(men) 討論一下這個(ge) 問題。



盡管人們(men) 總是討論模態參與(yu) ,但是當他們(men) 討論它時,或許真的並不清楚它們(men) 指的是什麽(me) 。所以我們(men) 討論一下這個(ge) 概念究竟是怎麽(me) 回事,並用可能更合適的方式來講解這些。


但是為(wei) 了將它放到上下文背中去,我們(men) 寫(xie) 出運動方程



那麽(me) 要理解的zui重要的事情是,這個(ge) 方程右邊具有模態振型的轉置乘以施加到結構上的物理力向量。所以如果你觀察感興(xing) 趣的特定階模態,你會(hui) 發現模態振型值對這個(ge) 物理力有多少被分配到感興(xing) 趣的特定階模態具有強烈的影響。


我的意思是,如果跟那個(ge) 特別自由度聯係在一起的模態振型值大,在這裏施加了作用力,那麽(me) 在模態空間中,那個(ge) 特定階模態將會(hui) 有更多的作用力分配給它。另一方麵,如果模態振型值小,那麽(me) 模態空間中將會(hui) 有更少的力分配給那個(ge) 特定階模態。並且如果模態振型值為(wei) 零,那麽(me) 模態空間中將不會(hui) 有力分配給那階模態 – 這意味著這個(ge) 特定階模態對於(yu) 響應沒有貢獻,因為(wei) 在模態空間中它看到沒有作用力作用到那個(ge) 特定模態振子上。


所以模態變換方程確定如何將耦合的所有物理方程組進行解耦,同時它也確定了模態空間中給每個(ge) 模態振子分配了多少物理作用力。作用到特定模態振子的力越大,響應越大(一般情況下),在係統的總體(ti) 響應中,那個(ge) 特定模態貢獻或參與(yu) 越大。


那麽(me) 我們(men) 考察一個(ge) 簡單的3自由度係統並觀察多少力被分配到了模態空間。模型和物理空間中的運動方程如下



圖1 – 簡單的3自由度模型及運動方程


現在對它進行特征求解,得到頻率和模態振型如下



現在我們(men) 考慮2個(ge) 不同的激勵函數。


第1種情況僅(jin) 施加f1,1階模態上的力將是0.5*f1,2階模態上的力將是0.707*f1,3階模態上的力將是-0.5*f1。現在,物理作用力在每個(ge) 模態振子上具有不同的分配,它受模態振型值控製,振型跟力作用位置的自由度相關(guan) 。


現在第2種情況僅(jin) 施加f2,對於(yu) 這三階模態,每個(ge) 模態振子上的作用力將是0.707*f2,0.0*f2以及0.707*f2。注意到,2階模態看不到力,因為(wei) 對於(yu) 2階模態,跟力相聯係的自由度的模態振型值是零,所以我們(men) 可以說,2階模態沒有參與(yu) 到係統響應中去。其模態參與(yu) 是零。但這並不意味著2階模態不存在 – 它僅(jin) 僅(jin) 表示對於(yu) 這個(ge) 特定的負載情形它於(yu) 係統響應沒有貢獻(但對於(yu) 第1種負載情況,它確有貢獻)。


那麽(me) 我試著舉(ju) 一個(ge) 小例子來更好地解釋這點。假設你是一家餐館的廚師。並想象你有很多不同的菜肴你能夠烹飪。在可以烹製的所有不同菜肴中,你也有很多食材和調料可用。我的問題是,在所有的菜肴中你會(hui) 用相同份量的調料嗎?不會(hui) 。每個(ge) 菜肴中你用不同份量的調料。並且在某些菜肴中有很多調味料甚至從(cong) 來都沒有用過。我要說的是,你沒有同時用到所有的調料。僅(jin) 僅(jin) 是某些調味料以不同的量“參與(yu) ”到每個(ge) 菜肴中。


現在如果我是在烹製法國菜,某些調料會(hui) 比我做日本菜更占主導。但我們(men) 的調料盒依然有所有的調料,對於(yu) 我能烹飪的所有不同類型的菜肴,我或許會(hui) 需要。但那並不意味著僅(jin) 僅(jin) 是因為(wei) 它們(men) 在調味盒裏,我就要用到我擁有的每一樣調味料。並且某種特定的調料不會(hui) 在每一樣菜肴中(除非你在做意大利裏菜,大蒜無處不在!)。但我認為(wei) 你現在明白其中的意思了。


意大利羅勒大蒜濃菜湯
3盎司意大利煙肉,剁成碎末,3頭大蒜,1杯橄欖油,
一撮牛至,1/2杯意大利番茄醬,1茶匙雞湯,1湯匙鹽,
1撮胡椒粉,10盎司直通粉,3湯匙鮮羅勒,1杯巴馬幹酪


另一個(ge) 很好的例子是管弦樂(le) 隊。樂(le) 隊中有很多樂(le) 器。每個(ge) 樂(le) 譜不會(hui) 同時用到所有樂(le) 器。事實上隨著某個(ge) 譜子的演奏,來自於(yu) 每種樂(le) 器的貢獻將不斷變化。有時管號占主導,有時弦樂(le) 器是zui強音。並且隨著譜子的演奏,每種樂(le) 器將根據特定音樂(le) 的編排按照不斷變化的程度參與(yu) 其中。某些譜子有時不需要來自於(yu) 某些樂(le) 器的任何貢獻(像後麵帶三角的家什)。但是管弦樂(le) 隊總是由所有管弦樂(le) 器組成 – 但對於(yu) 樂(le) 隊演奏的每首不同的曲子,所有的樂(le) 器具有不斷變化的參與(yu) 程度。


嗯,任何結構係統的響應也是同樣的。係統的總體(ti) 響應是係統中可能存在的所有階模態子集的線性疊加而構成的。對於(yu) 可能存在的每種激勵條件,不是所有階模態都對響應有貢獻。僅(jin) 僅(jin) 是某些模態可能有顯著貢獻,某些模態可能有點貢獻,而某些模態或許根本沒有任何貢獻。所有階模態的這個(ge) 貢獻量是變化的,依賴於(yu) 考慮什麽(me) 樣的負載條件。所以某些階模態具有不同的模態參與(yu) ,依賴於(yu) 考慮什麽(me) 樣的負載情況。


但是重要的是要理解,在模態空間中決(jue) 定分配到模態振子的力的量上,以及物理係統中力的分配上,模態振型發揮了重要的作用。因此理解模態振型同樣有助於(yu) 確定施加於(yu) 係統所有階模態上的作用力。


我希望這個(ge) 解釋有助於(yu) 你更好地理解模態參與(yu) 。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!


如果您對WaveHitMAX-全自動衝(chong) 擊測試的智能脈衝(chong) 錘有興(xing) 趣,請訪問上海昊量光電的官方網頁:

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