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。
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模態空間係列(五十六)趣味解讀模態空間--你如何選擇模態試驗的參考點位置?需要考慮什麽(me) ?
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你如何選擇模態試驗的參考點位置?需要考慮什麽(me) ?
我們(men) 討論一下這個(ge) 問題來看一看如何考慮它。
現在,選擇參考點位置是進行試驗模態測試的非常重要的步驟之一。如果參考點位置(一個(ge) 或多個(ge) )選得糟糕,那麽(me) 非常有可能,係統的一階或多階模態可能會(hui) 表現的很差,或者,zui壞情況下,根本沒有。如果過去曾經多次測試過類似的結構,那麽(me) 常常根據先驗知識選擇參考點,在這種情況下,選擇就簡單多了。但是當結構獨特、沒有以前的經曆,那麽(me) 參考點的選擇會(hui) 複雜得多。顯然,這些情況下,經驗優(you) 先。另外也許有分析模型可以幫助選擇參考點。所以我們(men) 討論一些基礎知識,並說一說選擇參考點位置(一個(ge) 或多個(ge) )時的一些考慮事項。
真正要說明的第1件事情是決(jue) 定參考點選擇的基本方程。就像我總是對我所有學生講的那樣,“記住…非常簡單的是你絕大多數模態問題的重要答案”。當然,學生們(men) 都取笑我這個(ge) 說了一遍又一遍,但zui終他們(men) 認識到,他們(men) 的大多數模態問題常常就是用這句話來回答的!那麽(me) 我這樣說是什麽(me) 意思。回憶一下,留數按如下形式給出
但我們(men) 沒有采集全部的這些輸入輸出組合(並且理論告訴我們(men) ,當然也沒有必要全部測量它們(men) )。所以需要非常仔細地選擇測量哪些行或列。如果我們(men) 觀察一列,可以寫(xie) 成
顯然對所有需要測量的模態,參考點位置的模態振型值必須比較顯著。如果這樣的話,則測得的FRFs將具有很強的係統模態響應。但是對某階或多階係統模態,如果參考點位置的模態振型值不明顯的話,則FRFs可能不含有係統所有階模態的強響應。這會(hui) 使得模態參數估計過程更加困難。
所以,如果有分析模型,則可以觀察模態振型來選擇的參考點位置。常用的一個(ge) 簡單工具是驅動點留數。一般來講,這是模態振型的估量,表示為(wei) 留數
這是用於(yu) 初期評估的通用工具,通常稱為(wei) 預試驗分析。當然還有其他工具,例如模態振型和,MODMAC,有效獨立性,以及超出在這裏能夠討論的其他工具。但是,如果沒有有限元模型,怎麽(me) 辦呢?或者(讓我悄悄地這麽(me) 說)如果模型不正確,怎麽(me) 辦呢?所以我們(men) 需要在沒有任何先驗知識或者沒有分析模型幫助的情況下,能夠選擇參考點。
所以很多時候進行試驗設置,首先要做的是進行預試驗,來確定結構上可能存在多少階模態。有時,檢驗驅動點FRFs – 可能的情況下,觀察FRF的虛部。遺憾的是,這可能不是一個(ge) 用來觀察的較好的測量結果。這是由於(yu) 可能很難識別密集模態,因為(wei) 函數中FRF虛部的所有峰將具有同為(wei) 正或同為(wei) 負的峰。實際上,非驅動點測量結果更好,因為(wei) 幅值可以既為(wei) 正又為(wei) 負,使得有更好的機會(hui) 來確定密集模態。例如,圖1所示的兩(liang) 次測量結果。上麵的曲線是驅動點FRF,在第1個(ge) 峰上不可能確定有兩(liang) 階模態。下麵曲線是跨點測量結果,很明顯在那個(ge) 頻率上有兩(liang) 階模態。所以你可以發現,驅動點測量結果有用但也可能帶有欺騙性,因為(wei) 各階模態的強度在測量結果中不明顯。
圖 1 – 密集模態下的驅動點頻響和跨點頻響對比
進行模態試驗設置時,有時,憑知識或經驗猜想什麽(me) 可能是合理參考點的情況下,隨便測得一個(ge) FRF樣本。這種隨機選擇的結果如圖2所示,同時顯示出選擇的測量結果,用不同顏色表示。
圖 2 – 隨機選擇FRFs進行試驗設置
檢查FRFs,注意一個(ge) 一個(ge) 測量結果地識別FRFs中的峰。如果所有的峰都相同,沒有得到其他的峰,那麽(me) 從(cong) 測得的這些測量結果中可能合理地選擇了參考點。遺憾的是,所有的結果是按照有點隨機的方式測得的。另外用這種方式,非常有可能丟(diu) 失某些關(guan) 鍵的模態。(我見過,即使是很好的試驗工程師偶爾也會(hui) 丟(diu) 失結構的主要模態)
另外一種確定可能參考點的可行方法是,在所有可能適合的參考點位置得到一小部分FRFs。這部分FRFs如圖3所示意。接著對這個(ge) 矩陣進行SVD。通過評價(jia) 這個(ge) 原始矩陣的子矩陣的SVD(也即按照可控的方式去掉個(ge) 別的參考點),可以確定重要模態數目的估計。如果得到了相同數量的重要模態,則對於(yu) 識別係統模態,去掉的參考點不是關(guan) 鍵參考點。但是,如果識別的主要模態更少,則對那些不再觀察得到的模態,去掉的參考點是重要參考點,應該被保留作為(wei) 模態試驗的參考點。
圖 3 – 有步驟地選擇SVD的FRF子矩陣
所以,盡管測量許多隨機選擇的FRFs來確定可能的參考點位置是一種習(xi) 慣做法,但是對於(yu) 確定可能的參考點,一種可能的替代方法,對一組FRFs用數學方法進行SVD,可能是一種更為(wei) 嚴(yan) 格的機製。這種方法,通常稱為(wei) 試驗參考點確定方法(TRIP),提供了參考點確定的一種技術。當沒有分析模型,或者當對用於(yu) 預試驗分析的有限元模型的準確度受到懷疑的時候,這種方法特別有用。
這裏真正的竅門是選擇一個(ge) 合理的項,這樣參考點位置的模態振型值是一個(ge) 大的數值。這就會(hui) 使FRFs有明顯的峰,允許得到可用的測量結果。當然為(wei) 了完成這一點,你必須了解一下係統模態振型是什麽(me) 。對完成這一點,有限元模態或先驗知識很有幫助。
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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