模态分析理论
Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
模态分析指的是以振动理论为基础、以模态参数为目标的分析方法。首先建立结构的物理参数模型，即以质量、阻尼、刚度为参数的关于位移的振动微分方程；其次是研究其特征值问题，求得特征对（特征值和特征矢量），进而得到模态参数模型，即系统的模态频率、模态矢量、模态阻尼比、模态质量、模态刚度等参数。
特征根问题
以图3所示的三自由度无阻尼系统为例，设123m =m =m =m ，123k =k =k =k ，
图三自由度系统
其齐次运动方程为：
mz?+kz =0（8）
其中m ，k 分别为系统的质量矩阵和刚度矩阵，
12
3m 00m 00m=0m 0=0m 000m 00m ????????????????????，1
12
1222
1k -k 0k -k 0k=-k k +k -k =-k 2k -k 0
-k k 0-k k ????
????????????????
，则运动方程展开式为：
¨1
1¨22¨33z m 00k k 0z 00m 0z k 2k k z 000m 0k k z 0z ??
??-????????
??????????+--=????????????????????-????????????
（9） 定义主振型
由于是无阻尼系统，因此系统守恒，系统存在振动主振型。主振型意味着各物理坐标振动的相位角不是同相（相差0o ）就是反相位（相差180o ），即同时达到平衡位置和最大位置。主振型定义如下：
()i i j ωt+i i sin ωt+=Im(e )φφi mi mi z =z z （10）
其中z i 为第i 阶频率下，各自有度的位移矢量，z mi 为第i 个特征矢量，表示第i 阶固有频率下的振型，i ω为第i 阶频率下的第i 个特征值，i φ为初始相位。 对于三自由度系统，在第i 阶频率下，等式可以写成
1m1i 2m2i i i 3m3i z z z =z sin(ωt+)z z φ????
????????
????????
（11）
mki z 表示第k 个自由度在第i 阶模态下的模态矩阵。
特征值
对式（10）二次求导，得
2i i i =-ωsin(ω+)φ¨
i mi z z （12）
代入齐次运动方程得
m [?ωi 2z mi sin (ωi +
i )]+k [z mi sin (ωi +i )]
=0（13）
去除sin (ωi +i )项化简得 (k ?ωi 2m )z mi =0（14）
以矩阵的形式展开得：
2i 2
i mi 2i k-ωm -k 0-k 2k-ωm -k z =00-k k-ωm ??????????
（15） z mi 有非零解，则
2i 2
i 2i k-ωm -k 0-k 2k-ωm -k =00-k k-ωm ??????????
（16）
即
()234222ω-m ω+4km ω-3k m =0（17）
方程解如下：1ω=0
，2ω=±
，3ω=±。三个解对应该系统的前三阶固有频率，每一个特征根对应一个特征矢量z i ，表示对应模态下该系统的振型。
特征矢量
由式 (k ?ωi 2m )z mi =0得矩阵展开形式：
2i m1i 2
i m2i 2i m3i k-ωm -k 0z -k 2k-ωm -k z =00-k k-ωm z ????????????
???
?????（18） 展开第一行和第二行，忽略下脚标m 和i ，得
()()2i
1
2
21
i
3
k-ωm z -kz =0
-kz 2k-ωm kz
+-=（19）
得
22i 12
4
22
3i
i
2
1z k-ωm =z k z m ω-3km ω+k =z k （20）
如果设定了1z 值，则就可以求出三个特征根值下，2z 和3z 相对于1z 的位移。假设m=k=1，
一阶模态，1ω=0：2
1z =1z ，31
z =1z ，即z 1=[111]；
二阶模态，2
23k ω=m ：2
1z =0z ，31z =-1z ，即z 2=[10?1
]；
三阶模态，2
3k
ω=m ：21z =-2z ，31z =1z ，即z 3=[1?21
]。
模态矩阵
所谓模态矩阵就是指各列由各阶模态特征矢量构成的矩阵，如图4所示。
图模态矩阵
对于前面提到的三自由度系统，模态矩阵如下：
z m =[11110?21?11
]
运动方程的解耦
对于一个复杂的系统，在物理坐标系统中建立的运动方程之间存在耦合关系，因此求解起来比较麻烦，因此需要进行坐标系转化，将耦合的运动方程变为非耦合的运动方程，再将求得的结果转化为物理坐标系下的结果，运动方程解耦过程如下图5：
图运动方程解耦过程
在进行坐标变换之前需对刚度矩阵和质量矩阵进行归一化。任意上面的三自由度系统为例，由式m [?ωi 2z mi sin (ωi +i )]+k [z mi sin (ωi +i )]=0得
ωi 2mz mi =kz mi （21）
ωj 2mz mj =kz mj （22）
对式（21）左乘z mj T 得
ωi 2z mj T mz mi =z mj T
kz mi （23）
又因为
ωj 2z mj T m T =z mj T k T
因为系统对称所以，m T =m ，k T =k ，则：
ωj 2z mj T m =z mj T
k （24）
对式（24）右乘z mi
ωj 2z mj T mz mi =z mj T
kz mi （25）
则式（23）—式（25）得
(ωi 2?ωj 2)z mj T mz mi =0（26）
当(ωi 2?ωj 2)≠0时，则
z mj T
mz mi =m ji =0（27）
当(ωi 2?ωj 2)=0，即i =j ，则z mj T mz mi 可以为任何值，令
z mj T
mz mi =m ii （28）
则对质量矩阵和刚度矩阵的归一化结果如下：
m n =z m T mz m （29）
k n =z m T
kz m （30）
特征矢量的归一化
由于特征矢量只是位移之比，而不是绝对振幅，因此可以对其进行归一化处理。令z ni T mz ni =1.0，其中
z ni =
z mi
[z mi T mz mi ]12
=
z mi q i
（31）
q i =
[∑z mji (∑m jk z mki n k=1)n j=1]1
2
（32）
对于对角质量矩阵
q i =
[∑m k z mki 2n j=1]1
2
（33）
则三自由度系统：
z m =[111
10?21?11
]（34）
=00n z （35） 则归一化的质量矩阵为
100010001??
??=??
????
T
n n n m =z mz （36） 同理归一化后的刚度矩阵为
000k =010m
003??
????????
n k （37） 可以看出归一化后的刚度矩阵对角线上的各项就是各阶模态固有频率的平方。
运动方程解耦
将物理坐标系下的运动方程¨1
1¨22¨33z m 00k -k 0z 0 0m 0z +-k 2k -k z =000m 0-k k z 0z ??
??????????
????????????????????
??????????????????????按照
前面介绍的归一化方法转化为主坐标系下的运动方程，其结果如下：
¨p1
p1¨p2p2¨p3p30z 00z 0k 00z +-k z =0m 00z 03k z 0
-k
m 001101??????
?????????
?????????????????????
???????????????????????
?
38） 可以看出在主坐标系中的运动方程之间没有耦合关系，分别单独描述各阶模态的运动特性。
初始条件和激励的坐标转换
物理坐标系中的非齐次运动方程为
..
mz+kz =F （39）
做如下变形
..
T
-1T -1T
n n n
n n n n z mz z z+z kz z z =z F （40）
其中T n
n z mz ，T
n n z kz 就是前面介绍的质量和刚度矩阵的对角化。 令T
p n n m =z mz ，主坐标质量矩阵； T p n n k =z kz ，主坐标刚度矩阵； ..
..
-1p n
z z =z ，主坐标系加速度矢量；
-1n p z z =z ，主坐标系位移矢量； T n p z F =F ，主坐标系激励矢量。
同样的关系也适用于初始位移和速度：
-1
op n o .
.
-1
op n
o
z =z z z =z z （42）
两种坐标系的对比
动模态下的位移和速度。
由主坐标系转变为物理坐标系
前面介绍了物理坐标系与主坐标系之间的关系为
-1n p z z =z （43）
对式（41）左乘n z ，变为
=-1
n n n p z z z =z z z （44）
同理
p =..
n z z z （45）
非参数模型
传递函数
传递函数由系统的本质特性所决定，与系统的输入输出无关。知道了系统的传递函数就可以根据输入求输出或根据输出求输入。以图2的单自由度粘性阻尼系统为例，
图单自由度系统
则该系统的运动方程为：
..
.
m z +c z +kz=F （1）
其中m 为质量，c 为阻尼系数，k 为刚度系数，z ，z?，z?分别为位移、速度和加速度。
对二阶微分方程进行拉普拉斯变换，其中二阶导数项的拉普拉斯变换为：
?{z?(t)}=s 2z (s )?sz (0)?z?(0)（2）
假设初始位移和速度都为零，则
?{z?(t)}=s 2z (s )（3）
则经过拉普拉斯变换后的运动方程为：
ms 2z (s )+csz (s )+kz (s )=F(s)（4）
求解拉氏方程得传递函数：
22z(s)11/m
==
c k
F(s)ms +cs+k s +s+m m
（5）
其中定义2n k
ω=
m
为非阻尼系统的固有频率，rad/sec
；cr c =界阻尼值，ζ为阻尼比，一般为阻尼与临界阻尼的比值，cr
c
=
c ζ，则n c 2ω=
m
ζ。 则传递函数又可以写成：
22
n n z(s)1/m
=F(s)s +2ωs+ωζ（6） 频响函数FRF
用“j ω”代替s ，得系统的频响函数，其中j 是虚数项：
()()22n n 22
n n z(j ω)1/m
=
F(j ω)j ω+2ζωj ω+ω1/m
=
-ω+2ζωωj+ω（7）
其中n k
ω=
m
，ζ，则频响函数可以写成 2
z(j ω)1
=F(j ω)-m ω+j ωc+k
（8） 质量、阻尼、刚度对FRF 的影响
刚度增大导致共振频率的增大，并且降低FRF 在低频段的幅值。增加阻尼会使共振频率略微减小，但它的主要作用是减小频响函数在共振点的幅值，同时使相位的改变较为平缓。如果阻尼为零，在共振点振动振幅将趋于无穷大，相位会突变180o 。增大质量会降低共振频率，同时也降低FRF 在高频段的幅值。
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
模态分析与振动测试技术 固体力学 S0902015 李鹏飞
模态分析与振动测试技术 模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。近二十多年来，模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理数理统计以及自动控制理论中的有关“营养”，结合自身内容的发展，形成了一套独特的理论，为模态分析及参数识别技术的发展奠定了理论基础。 一、单自由度模态分析 单自由度系统是最基本的振动系统。虽然实际结构均为多自由度系统，但单自由度系统的分析能揭示振动系统很多基本的特性。由于他简单，因此常常作为振动分析的基础。从单自由度系统的分析出发分析系统的频响函数，将使我们便于分析和深刻理解他的基本特性。对于线性的多自由度系统常常可以看成为许多单自由度系统特性的线性叠加。 二、多自由度系统模态分析 对于多自由度系统频响函数数学表达式有很多种，一般可以根据一个实际系统来讨论，给出一种形式；也可根据问题的要求来讨论，给出其他不同的形式。为了课程的紧凑，直接联系本课程的模态分析问题，我们就直接讨论多自由度系统通过频响函数表达形式的模态参数和模态分析。即多自由度系统模态参数与模态分析。 多自由度系统模态分析将主要用矩阵分析方法来进行。 我们以N个自由度的比例阻尼系统作为讨论的对象。然后将所分析的结果推广到其他阻尼形式的系统。 设所研究的系统为N个自由度的定常系统。其运动微分方程为： （2—1） ++= M X CX KX F ?）阶式中M，C，K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵。均为（N N 矩阵。并且M及K矩阵为实系数对称矩阵，而其中质量矩阵M是正定矩阵，刚度矩阵K对于无刚体运动的约束系统是正定的；对于有刚体运动的自由系统则是半正定的。当阻尼为比例阻尼时，阻尼矩阵C为对称矩阵（上述是解耦条件）。 N?阶矩阵。即 X及F分别为系统的位移响应向量及激励力向量，均为1
模态分析实验报告 姓名： 学号： 任课教师： 实验时间： 指导老师： 实验地点：
实验1 传递函数的测量 一、实验内容 用锤击激振法测量传递函数。 二、实验目的 1)掌握锤击激振法测量传递函数的方法； 2)测量激励力和加速度响应的时间记录曲线、力的自功率谱和传递函数； 3)分析传递函数的各种显示形式（实部、虚部、幅值、对数、相位）及相干函 数； 4)比较原点传递函数和跨点传递函数的特征； 5)考察激励点和响应点互换对传递函数的影响； 6)比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响； 三、实验仪器和测试系统 1、实验仪器 主要用到的实验仪器有：冲击力锤、加速度传感器，LMS LMS-SCADAS Ⅲ测试系统，具体型号和参数见表1-1。 仪器名称型号序列号灵敏度备注 数据采集和分析系统LMS-SCADAS Ⅲ比利时力锤2302-10 3164 2.25 mV/N 加速度传感器100 mV/g 丹麦B&K 表1-1 实验仪器 2 、测试系统 利用试验测量的激励信号(力锤激励信号)和响应的时间历程信号，运用数字信号处理技术获得频率响应函数(Frequency Response Function, FRF)，得到系统的非参数模型。然后利用参数识别方法得到系统的模态参数。测试系统主要完成力锤激励信号及各点响应信号时间历程的同步采集，完成数字信号的处理和参数的识别。 测量分析系统的框图如图1-1所示。测量系统由振动加速度传感器、力锤和比利时LMS公司SCADAS采集前端及Modal Impact测量分析软件组成。力锤及加速度传感器通过信号线与SCADAS采集前端相连，振动传感器及力锤为ICP
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。
模态分析理论 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
模态分析指的是以振动理论为基础、以模态参数为目标的分析方法。首先建立结构的物理参数模型，即以质量、阻尼、刚度为参数的关于位移的振动微分方程；其次是研究其特征值问题，求得特征对（特征值和特征矢量），进而得到模态参数模型，即系统的模态频率、模态矢量、模态阻尼比、模态质量、模态刚度等参数。 特征根问题 以图3所示的三自由度无阻尼系统为例，设123m =m =m =m ，123k =k =k =k ， 图三自由度系统 其齐次运动方程为： mz?+kz =0（8） 其中m ，k 分别为系统的质量矩阵和刚度矩阵， 12 3m 00m 00m=0m 0=0m 000m 00m ????????????????????，1 12 1222 1k -k 0k -k 0k=-k k +k -k =-k 2k -k 0 -k k 0-k k ???? ???????????????? ，则运动方程展开式为： ¨1 1¨22¨33z m 00k k 0z 00m 0z k 2k k z 000m 0k k z 0z ?? ??-???????? ??????????+--=????????????????????-???????????? （9） 定义主振型 由于是无阻尼系统，因此系统守恒，系统存在振动主振型。主振型意味着各物理坐标振动的相位角不是同相（相差0o ）就是反相位（相差180o ），即同时达到平衡位置和最大位置。主振型定义如下： ()i i j ωt+i i sin ωt+=Im(e )φφi mi mi z =z z （10）
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
研究生课程论文(2016-2017学年第二学期) 振动测试技术 研究生：
模态试验大作业 0 模态试验概述 模态试验（modal test）又称试验模态分析。为确定线性振动系统的模态参数所进行的振动试验。模态参数是在频率域中对振动系统固有特性的一种描述，一般指的是系统的固有频率、阻尼比、振型和模态质量等。 模态试验中通过对给定激励的系统进行测量，得到响应信号，再应用模态参数辨识方法得到系统的模态参数。由于振动在机械中的应用非常普遍。振动信号中包含着机械及结构的内在特性和运行状况的信息。振动的性质体现着机械运行的品质，如车辆、航空航天设备等运载工具的安全性与舒适性；也反映出诸如桥梁、水坝以及其它大型结构的承载情况、寿命等。同时，振动信号的发生和提取也相对容易因此，振动测试与分析已成为最常用、最基本的试验手段之一。 模态分析及参数识别是研究复杂机械和工程结构振动的重要方法，通常需要通过模态实验获得结构的模态参数即固有频率、阻尼比和振型。模态实验的方法可以分为两大类：一类是经典的纯模态实验方法，该方法是通过多个激振器对结构进行激励，当激振频率等于结构的某阶固有频率，激振力抵消机构内部阻尼力时，结构处于共振状态，这是一种物理分离模态的方法。这种技术要求配备复杂昂贵的仪器设备，测试周期也比较长；另一类是数学上分离模态的方法，最常见的方法是对结构施加激励，测量系统频率响应函数矩阵，然后再进行模态参数的识别。 为获得系统动态特性，常需要测量系统频响函数。目前频响函数测试技术可以分为单点激励单点测量( SISO)、单点激励多点测量( SIMO) 、多点激励多点测量( MIMO)等。单点激励一般适用于较小结构的频响函数测量，多点激励适用于大型复杂机构，如机体、船体或大型车辆机构等。按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类，其中随机激励又有纯随机、伪随机、周期随机之分。瞬态激励则有快速正弦扫描激励、脉冲激励和阶跃激励等几种方式。按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类，其中随机激励又有纯随机、伪随机、周期随机之分，瞬态激励则有快速正弦扫描激励、脉冲激励和阶跃激励等几种方式。 振动信号的分析和处理技术一般可分为时域分析、频域分析、时频域分析和时间序列建模分析等。这些分析处理技术从不同的角度对信号进行观察和分析，为提取与设备运行状态有关的特征信息提供了不同的手段。信号的时域分析包括时域统计分析、时域波形分析和时域相关分析。对评价设备运行状态和
模态分析中的几个基本概念 物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。模态这个概念一般是在振动领域所用，你可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。模态是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。有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。但是对于运动起主导作用的只是前面的几阶模态，所以计算时根据需要计算前几阶的。一个物体有很多个固有振动频率（理论上无穷多个），按照从小到大顺序，第一个就叫第一阶固有频率，依次类推。所以模态的阶数就是对应的固有频率的阶数。振型是指体系的一种固有的特性。它与固有频率相对应，即为对应固有频率体系自身振动的形态。每一阶固有频率都对应一种振型。振型与体系实际的振动形态不一定相同。振型对应于频率而言，一个固有频率对应于一个振型。按照频率从低到高的排列，来说第一振型，第二振型等等。此处的振型就是指在该固有频率下结构的振动形态，频率越高则振动周期越小。在实验中，我们就是通过用一定的频率对结构进行激振，观测相应点的位移状况，当观测点的位移达到最大时，此时频率即为固有频率。实际结构的振动形态并不是一个规则的形状，而是各阶振型相叠加的结果。 固有频率也称为自然频率( natural frequency)。物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有特性有关（如质量、形状、材质等），称为固有频率，其对应周期称为固有周期。 物体做自由振动时，其位移随时间按正弦规律变化，又称为简谐振动。简谐振动的振幅及初相位与振动的初始条件有关，振动的周期或频率与初始条件无关，而与系统的固有特性有关，称为固有频率或者固有周期。 物体的频率与它的硬度、质量、外形尺寸有关，当其发生形变时，弹力使其恢复。弹力主要与尺寸和硬度有关，质量影响其加速度。同样外形时，硬度高的频率高，质量大的频率低。一个系统的质量分布，内部的弹性以及其他的力学性质决定 模态扩展是为了是结果在后处理器中观察而设置的，原因如下： 求解器的输出内容主要是固有频率，固有频率被写到输出文件Jobname.OUT 及振型文件Jobnmae.MODE 中，输出内容中也可以包含缩减的振型和参与因子表，这取决于对分析选项和输出控制的设置，由于振型现在还没有被写到数据库或结果文件中，因此不能对结果进行后处理，要进行后处理，必须对模态进行扩展。在模态分析中，我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说，扩展模态不仅适用于Reduced 模态提取方法得到的缩减振型，而且也适用与其他模态提取方法得到的完整振型。因此，如果想在后处理器中观察振型，必须先扩展模态。谱分析中的模态合并是因为激励谱是其实是由一系列的激励组合成的一个谱，里面的频率不会是只有一个，而不同的激励频率对于结构产生的结果是不一样的，对于结果的贡献也是不一样的，所以要选择模态组合法对模态进行组合，得到最终的响应结果。
（一）创建部件 1：模块：部件 2：从菜单栏中选择部件→创建，弹出创建部件对话框 名称：LIAN_FuJian 模型空间：三维 类型：可变形 形状：实体 类型：拉伸 大约尺寸：2000，为部件最大尺寸的2倍 3：点击继续，进入草绘模式，为实体拉伸绘制截面草图。4：点击创建圆工具，绘制2个同心圆。大圆直径为1000，小圆直径为400。 5：点击创建构造：圆工具，绘制一个直径为700的构造圆。 6：点击创建构造工具，创建2条构造线，一并添加固定约束。 7：点击创建圆工具，以构造圆与竖直构造线的交点为圆心，绘制一个直径为100的圆。
8：点击环形阵列工具，点选刚才创建的圆为要阵列的实体，按下鼠标中键，弹出环形阵列对话框 个数：6 总角度：360 点击确定 阵列结果如下： 9：在绘图区按下鼠标中键，弹出编辑基本拉伸对话框 类型：指定深度 深度：200 点击确定，第一个部件绘制完成 10：创建第二个部件-轴：ZHOU。 （二）装配 1：模块：装配 2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框 创建实例：从部件 部件：按住Ctrl选取LIAN_FuJian与ZHOU这2个部件 实例类型：非独立（网格在部件上）
点击确定，装配体如下 2：点击平移实例工具，选择ZHOU为要平移的实例，点击完成。输入平移向量的起始点（0，0，0），回车；输入平移向量的终点（0，0，100），回车。再点击确定，平移后的装配体如下 3：点击合并/切割实例工具，弹出合并/切割实体对话框。部件名：ASM 运算：合并-几何 原始实体：禁用 相交边界：删除 点击继续，选择待合并的实例，框选整个模型，点击完成。4：在模型树下删除LIAN_FuJian-1和ZHOU-1 5：由于在接下来的分析中只需要用到ASM部件，故可以将LIAN_FuJian和ZHOU删除。 模块：部件 点击部件管理器工具，选中LIAN_FuJian和ZHOU，删除。
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
模态分析在工程中的应用概述 学号：XXXXXX 姓名：XXX 模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，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（FEA）；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，称为实验模态分析（EMA）。通常，模态分析都是指实验模态分析。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个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。 模态分析所寻求的最终目标在于改变机械结构系统由经验与类比和静态设计为动态、优化设计方法；在于借助试验与理论分析相结合的方法，对已有结构系统进行识别、分析和评价，从中找出结构系统在动态性能上所存在的问题，确保工程结构能安全可靠及有效地工作；在于根据现场测试的数据来这段及预报振动故障和进行噪声控制。通过这些方法为老产品的改进和新产品的设计提供可靠的依据。[1] 模态分析是一项综合性技术，可以应用于各个工程部门及各种工程结构。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、瞬息万变。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，通过测量激振力与响应并进行双通道快速Fourier 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实验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物体的模态参数，从而建立起结构物体的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物体的实际振动的响应历程或响应谱。[2] 模态分析技术的应用可以归纳为以下几个方面：评价现有结构系统的动态特性，在新产品设计中进行结构动态特性的预估及优化设计，诊断及预报机构系统的故障，控制结构的辐射噪声，识别结构系统的载荷。[1] 下面对近几年国内模态分析在工程中各个方面的应用分别进行概述。 1.评价现有结构系统的动态特性 在处理结构的振动问题时，必须对其动态特性有全面的了解，而其动态特性
EDM-Modal 模态分析软件的单输入多输出FRF模态测试（以下简称SIMO FRF模态测试）用于单激振器采集FRF信号。使用高通道采集系统（比如，Spider-80X或Spider-80Xi），该激振方法提供高效的FRF信号采集效率，以及最大限度减少施加力的峰值有效值比。 SIMO FRF输出类型支持纯随机（白噪声），脉冲随机，线性调频及脉冲线性调频，伪随机，和周期随机。针对周期随机类型（伪随机和周期随机），为了每次采集时使结构达到稳态响应，提供延迟块和循环块数（Nd,Nc）两个参数，这样可以避免泄漏而无需加窗。 与锤击法一样，SIMO FRF的FRF采集过程与模态分析过程无缝衔接，不用单独启动分析程序。 ★EDM Modal 的SIMO FRF 模态测试主要特征如下： ①易用的测试流程 ②自动/手动改变测点自由度单激励（单参考） ③为同步采集和激励增加源触发模式（Source trigger） ④纯随机（白噪声），突发随机，线性调频及脉冲线性调频，伪随机，周期随机等输出类型
⑤为伪随机和周期随机输出类型：延迟块和循环块数（Nd,Nc）H1，H2，H3和Hv方式计算FRF ★EDM Modal模态支持的功能如下： ①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。 ②工作变形分析(ODS) ③锤击法模态实验 ④SIMO与MIMO FRF模态测试 ⑤SIMO正弦扫频模态测试 ⑥SIMO与MIMO步进正弦模态测试 ⑦工作模态测试，SSI模态识别算法 ⑧多参考点模态分析Poly-X (p-LSCF) 模态分析 杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，专注于振动控制、数据采集、模态分析、动态信号分析、故障诊断、综合环境测试领域，产品包括手持一体化动态信号分析仪、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统，解决方案包括NVH测试、新能源电池测试、结构模态分析、故障诊断监测、机械性能测试、转子动力学测试、疲劳可靠性测试、综合环境测试。更多详情请拨打联系电话或登录杭州锐达数字技术有限公司咨询。
第十章周期对称结构的模态分析 ANSYS的周期对称分析支持静力（Static）分析和模态（Modal）分析。静力分析支持线性和大变形非线性；模态分析支持带有预应力的模态分析和不带有预应力的两种，关于带有预应力的模态分析本书第九章有专门讲述。本章只讲述不带有预应力的模态分析。在静力分析和模态分析这两种分析类型中，关于模型建立部分的要求是一致的，不同的是在进行模态分析时需要指定求解的节径数以及指定对于每个节径数的求解的模态阶数。对于每个节径，ANSYS均将其作为一个载荷步。ANSYS将周期对称边界条件施加于每一载荷步，并且每求解一个载荷步（即节径）后，都将构成周期对称边界条件的约束方程删除（保留任何用户自定义的约束方程）。在静力分析中ANSYS只求解零节径，而在模态分析中默认将求解全部节径。 本章中介绍的实例依然是第7章的轮盘，包括模型和边界条件。 10．1 问题描述 某型压气机盘，见7.1节的对其描述。要求查看其低阶频率结构和振动模态。 10．2 建立模型 在周期对称分析中，在建立模型后，划分网格之前，需要指定周期对称选项。 10．2．1 设定分析作业名和标题 在进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库文件名（原因见第二章），并在图形输出窗口中定义一个标题用来说明当前进行的工作内容。另外，对于不同的分析范畴（结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析等）ANSYS6.1所用的主菜单的内容不尽相同，为此我们需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便ANSYS6.1显示出跟其相对应的菜单选项。 （1）选取菜单路径Utility Menu >File >Change Jobname，将弹出修改文件名(Change Jobname)对话框，如图10.1所示。
模态分析的应用及它的试验模态分析 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。 模态分析技术的应用可归结为以下几个方面： 1) 评价现有结构系统的动态特性； 2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3) 诊断及预报结构系统的故障； 4) 控制结构的辐射噪声； 5) 识别结构系统的载荷。 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型数据。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域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。
模态试验分析方法简介 1 试验模态分析的基本步骤 试验模态分析一般分为如下的四个步骤： 第一步：建立测试系统 所谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系统进行校准。 第二步：测量被测系统的响应数据 这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。在某一激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，只需要时间历程就可以了。 第三步：进行模态参数估计 即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括：固有频率，模态振型，模态阻尼，模态刚度和模态质量等。 第四步：模态模型验证 它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测系统进行动力学分析的必要过程。 以上的每个步骤都是试验模态中必不可少的组成部分，其具体的介绍如下： 2、建立测试系统 建立测试系统是模态试验的前期准备过程，它主要包括：被测对象的理论分析和计算，测试方案的确定（包括激振方式的确定，传感器的选择，数据采集分析仪器的选择等），按照方案要求安装和调试，测试系统的校准等工作。 接下来对激振方式，传感器的选择和数据采集仪器的选择的具体介绍如下： 2.1激振方式的确定： 激振方式有很多种，主要分为天然振源激振和人工振源激振。天然振源包括地震，地脉动，风振，海浪等；其中地脉动常被使用于大型结构的激励，其特点是频带很宽，包含了各种频率的成分，但是随机性很大，采样时间要求较长，人工振源包括起振机，激振器，地震模拟台，车辆振动，爆破，张拉释放，机
锤击法简支梁模态实验 一、实验目的 1、测定直杆模态参数； 2、模态分析原理及测试分析方法。 二、实验仪器安装示意图 三、实验原理 1、模态分析方法 模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识 别），从而大大地简化了系统的数学运算。通过实验测得实际响应来寻求相应的模型或调整 预想的模型参数，使其成为实际结构的最佳描述。 可以用于振动测量和结构动力学分析。可测得比较精确的固有频率、模态振型、模态 阻尼、模态质量和模态刚度。可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算机模型更趋于完善和合理。 2、模态分析基本原理 （略） 3、模态分析方法和测试过程 （1）激励方法 为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。然后建立结构模型，采用适当的方法进行模态拟合，得到各阶模态参数和相应的模态振型动画，形象地描述出系统的振动型态。 根据模态分析的原理，实际应用时，在结构较为轻小，阻尼不大的情况下，常用锤击法
激振，即单击拾振法。 （2）结构安装方式 在测试中使结构系统处于什么状态，是试验准备工作的一个重要方面。 本实验使试件处于自由状态。即使试验对象在任一坐标上都不与地面相连接，自由地悬浮在空中。如放在很软的泡沫塑料上或用很长的柔索将结构吊起而在水平方向激振，可认为在水平方向处于自由状态。 如果在我们所关心的是实际情况支承条件下的模态，这时，可在实际支承条件下进行 试验，放在很软的泡沫上。 四、实验设备 DH132型压电式加速度传感器 DH5923动态信号测试分析仪 LC13F02型力锤DHDAS控制分析软件 五、实验步骤 横梁如图下图所示，长（x向）500mm，宽(y向)40mm，欲使用多点敲击、单点响应方法 做其z 方向的振动模态，可按以下步骤进行。 梁的结构示意图和测点分布示意图 （1）测点的确定 此梁在y、z方向尺寸和 x方向（尺寸）相差较大，可以简化为杆件，所以只需在x方向顺序布置若干敲击点即可（采用多点敲击、单点响应方法），敲击点的数目视要得到的模 态的阶数而定，敲击点数目要多于所要求的阶数，得出的高阶模态结果才可信。实验中x 方向把梁分成十六等份，即可布十七个测点。选取拾振点时要避免使拾振点在模态振型的节 点上，此处取拾振点在六号点处。 （2）仪器连接 仪器连接下图所示，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道（即振动测量通道），压电加速度传感器接第二通道（振动测试通道）。
模态分析综述 1、前言 最初是听师兄们说起“模态”这么名词的，但由于各种原因刚开始对模态没有过多的关注，后来选课的时候师兄们极力推荐褚老师的模态分析课，说以后用处很大，于是就毅然决然的选了褚老师的结构模态分析理论与应用这门课。初次上这课并不怎么听得懂，但却被褚老师幽默风趣的讲课风格所吸引！另外褚老师世界著名的振动噪声测量及分析解决方案供应商Brüel&K?jr中国公司外聘技术专家、技术总工程师的头衔也深深地震撼了我，并且也激发了我去深入了解模态的兴趣，于是在上网和查阅了一些书籍之后对模态分析有了一定的认识，然而遗憾的是目前对于常用的模态分析软件ansys还不是很熟练，所以也就只好先写一下自己对于模态分析的认知了，还望老师海涵！ 模态分析是近代才被用来研究结构动力特性的一种方法，是被用在工程振动领域中的系统识别上的。模态是机械结构固有的振动特性，每一个模态都具有自己特定的固有频率、阻尼比和模态振型。我想这应该就像每个人都具有自己独特的DNA一样吧，可以根据这个特性来辨识每个人的身份。机械结构的这些模态参数通常是计算机或者实验分析来获得的，而进行计算或者分析的过程就被称之为模态分析。模态分析的过程应该和人类的DNA检测差不多吧。通常将通过试验把采集到的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数的方法称为试验模态分析。通过模态分析的方法可以搞清楚结构物在某一个易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，这样就可以预先知道结构在此频段内在外部或者内部各种振源作用下所产生的实际振动响应。也正因此模态分析成为了结构动态设计以及设备故障诊断的重要方法。其实这样看来，模态分析的过程真的和DNA检测相类似，通过DNA检测也可以知道某个人是否存在先天的生理病因，并及时的得到预防和治疗。 2、模态分析的发展过程 模态分析技术是起源于上世纪30年代所提出来的将机电进行比拟机械阻抗技术。然而在当时由于测试技术及计算机技术的限制，模态分析技术在很长的时期
模态分析方法在发动机曲轴上的应用研究 xx （xx大学 xxxxxxxx学院 , 山西太原 030051） 摘要：综述模态分析在研究结构动力特性中的应用，介绍模态分析的两大方法：数值模态分析与试验模态分析。并着重介绍目前的研究热点一一工作模态分析。通过发动机曲轴的模态分析这一具体的实例，综述了运行模态分析国内外研究现状，指出了其关键技术、存在问题以及研究发展方向。 关键词：模态分析数值模态试验模态工作模态 Abstract ：Sums up methods of model analysis applied on the research of configuration dynamic;al characteristio. It introduces two methods of model analysis: numerical value model analysis and experimentation model analysis. Then it stresses the hotspot-working model analysis.Some key techniques, unsolved problems and research directions of OMA were also discussed. Key words:Model analysis Numerical value model analysis Experimentation model analysis Working model analysis 1、引言 1.1模态分析的基本概念 物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。模态这个概念一般是在振动领域所用，你可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。 一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。
点，有图可知节点并不唯一，而且修改前后节点的位置未变。对应尽可能避开结构振动的节点，以免给测量带来误差。４．４试验模态分析 试验模态分析的目的是为了验证理论模态分析的正确性的基础上进行深入研究奠定基础。 ４．４．１试验模态分析的理论基础阻１所以在进行模态实验为在理论模态分析 在物理坐标下，描述Ｎ自由度离散振动系统的运动微分方程为 阻】耕＋【ｃ】扛｝＋医】Ｍ＝沙｝（４．２）式中：【Ｍ］——质量矩阵（对称且正定），Ｍ∈Ｒ～， 【Ｃ】——阻尼矩阵，Ｃ∈Ｒ“”， 晖】——刚度矩阵（对称且正定或半正定），Ｋ∈Ｒ“”， ｛ｘ），｛卦，｛封——Ｎ维位移、速度和加速度响应向量， ｛厂（ｒ））——＿Ｎ维激振力向量。 设系统的初始状态为零，对式（４．２）两边进行拉普拉斯变换可得 （［Ｍｌｓ２“Ｃ］ｓ＋【Ｋ］）｛Ｘ０））＝【Ｚ（ｓ）］｛工０））＝｛Ｆ０））式中的矩阵 【Ｚ（ｓ）］－（［Ｍ］ｓ２＋［ｃ］ｓ＋［Ｋ】） 反映了系统的动态特性，称为系统动态矩阵或广义阻抗矩阵，其逆阵 ［日（５）】＝［Ｚ（ｓ）】～＝（【Ｍ］ｓ２＋【Ｃ］ｓ＋［Ｋ］）。１称为广义导纳矩阵，也就是传递函数矩阵。由式（２．２）可知 ｛ｘ（Ｊ））＿【日０）】（Ｆ（Ｊ）｝ 在上式中．令Ｓ＝ｊｏＪ，即可得到系统在频域内输出和输入的关系式 ｛并（国）｝＝【日（脚）】（Ｆ（国））（４．３）（４．４）（４．５）（４．６）（４．７） 式中［Ｈ（ｃｏ）】为频率响应函数矩阵。［Ｈ（∞）】矩阵中第ｆ行＿，列的元素 ％（叻２篇（４８）表示仅在』坐标激振（其余坐标激振力为零）时，ｉ坐标的响应与激振力之比。 在式（４．４）中令Ｓ＝＿，∞，可得阻抗矩阵