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
模态试验分析系统 系统简介 模态试验与分析系统是指通过数据采集系统获得激励（和响应）数据，经动态信号分析与模态参数识别，确定机械结构的固有频率、阻尼比、振型和模态参与因子等揭示结构动态特性的参数。模态实验广泛应用于振动排故、状态检测、故障诊断和结构健康监测，以及动态响应预报、结构动态修改、有限元模型修正、动态分析与设计、振动控制等。 系统特点 ★快速几何建模 1、集成交互式几何建模模块，实现节点、连线、多边形、3D对象的交互式选择、移动、旋转、放大、删除、修改等功能 2、可定义总体坐标和局部坐标，具有笛卡尔、柱、以及球等三种坐标系统，各种坐标系统间转换方便 3、可实现线段、直线、矩形、梯形、扇面、椭圆、圆台、球体等规则3D对象的快速建模，还可自
定义三维单元库 4、除了交互式几何建模，模型几何信息也可通过配置信息界面直接进行修改、添加、删除等操作 ★快速、易用的信号分析功能 1、向导式的信号处理参数设置，实现趋势去除、时域抽取、快速傅立叶变换（FFT）、加窗函数等功能 2、 FFT长度：基2整数，根据实测数据自由可选；重叠：0%～83%，可从下拉列表中选择；平均次数：用户自定义；窗函数：矩形窗、汉窗、海明窗、平顶窗、指数窗、力窗、指数窗等；分析频率范围：采样频率的1/2或1/2.56 3、功率谱估计：自谱、互谱、功率谱密度矩阵、半功率谱密度矩阵 4、单输入多输出（SIMO）的频率响应函数（FRF）估计：H1、H2估计 5、多输入多输出（MIMO）的频率响应函数估计及相干函数估计 6、多线程支持的信号处理过程，并可采用不同设置参数重复进行 ★灵活的二维\三维图形显示、控制和输出 1、提供专用的二维曲线与三维图形控制面板，以及鼠标、快捷键、菜单等多种控制方式 2、多种曲线表达方式，诸如频率响应函数的幅值（线性、对数、dB坐标）、相位、展开相位、实部、虚部、奈奎斯特图等 3、方便灵活的二维曲线显示与控制，网格、图例等元素可显示或隐藏，并能提供相应曲线的完善测量信息（测量节点、方向，是否原点测量等） 4、缩放（具有不同缩放状态的记忆能力）、选段、寻峰寻谷等实用功能 5、方便灵活的三维图形显示与控制，节点号、输入/输出标记、坐标轴等元素可显示或隐藏，并能轻易实现平移、缩放、旋转等功能 6、提供三维图形的俯仰、左右、前后等各向视图，能实现结构的框架线显示或着色面渲染 7、二维曲线和三维图形的各元素颜色均可自定义 8、基于OpenGL的三维图形动画控制，实现播放、暂停、帧播放、幅度控制、速度控制等功能 9、各种二维曲线和三维图形均可复制到操作系统剪贴板中，亦可一键存储为BMP或JPG文件 10、振型动画和ODS可直接输出成AVI文件 ★先进、准确、可靠的模态分析技术 1、EMA : 基于输入（激振力）、输出（响应）测量的试验模态分析技术 （1）单输入/多输出（SIMO）的全局模态识别技术，可识别得到全局模态参数 （2）多点激振的多输入/多输出（MIMO）模态识别技术，具有识别高密度或重频模态的能力，是大型、复杂结构试验模态分析的理想方法 （3）单参考点和多参考点锤击法（MRIT）模态识别技术。 2、OMA: 环境激励下仅有输出（响应）可测量的运行模态分析技术，可以对桥梁、建筑、汽车、飞机、旋转机械等机械结构在运行状态进行试验与分析，无须人工激振，只需测量响应 （1）不仅简单可行，同时还可获得结构在真实运行状态下的动态特性，且天然具备多参考点特性，具有解耦密集模态的能力 （2）基于全功率谱密度矩阵的窄带模态参数识别方法（频域空间域分解法，FSDD），方便易用，结
风电电能质量检测系统 横河电机低电压穿越（LVRT）解决方案 低电压穿越（Low Voltage Ride Through, LVRT）是指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。 如果风电机组不具备LVRT能力，就会在电网故障导致电压跌落时，由于风机自身的保护系统动作使风机与电网断开，电网电压会降的更低，甚至有使系统崩溃的风险。 国际电工委员会（International Electro technical Commission，简称IEC）针对风力发电机组发布了IEC61400系列技术标准。其中的第21部分即IEC61400-21，内容是关于并网风力 发电机组电能质量特性测试，规定了风电电能质量的测试项目、测试原理以及测试指标等，是风力发电电能质量测试的基本依据。低电压穿越能力的标准就是之中的重要组成部分。 IEC61400-21主要测试项目包括： 1.低电压穿越 2.谐波、间谐波、高频谐波 3.闪变 4.有功功率、无功功率 5.电网保护、重连时间 不同国家(和地区)所提出的LVRT要求不尽相同。目前在一些风力发电占主导地位的国家，如丹麦、德国等已经相继制定了基于IEC61400-21的新的电网运行准则。中国也已经发布了基于IEC61400-21的国内风力发电机组并网标准。 IEC61400-21定量地给出了风电系统离网的条件（如最低电压跌落深度和跌落持续时间），只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。 图1 IEC61400-21标准中的风电系统离网的条件 ●红线所示程度以上的电网跌落，不能导致风机脱网或发电单元运行不稳定。 ●风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保持并网运行625 ms的低电压穿越能力。 ●风场电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风场必须保持并网运行。 ●风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。 IEC61400-21标准中低电压穿越测试要求记录风力发电机输出端的有功功率、无功功率、有功电流、无功电流和电压随时间的变化。
模态试验及分析的基本步骤 1.动态数据的采集及响应函数分析 首先应选取适当的激励方式。激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。然后进行数据采集。对于单输入单输出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;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，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 根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。 3.参数识别 按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。 4.振型动画 参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。
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。
本特利风力发电机状态监测解决方案 1
本特利内华达ADAPT.Wind TM风力发电机状态监测解决方案-实现对风电机组产品生命周期的有效延伸 随着中国市场对清洁能源需求的日益增长，在风电行业出现持续增长的同时，如何对制造后的产品实现在运行层面有效监测，提升风机的实际使用寿命周期，从而实现风力发电生产的持续竞争力等一系列需求，也逐渐成为了风机制造商，风场业主与运行人员最为关心的话题之一。 本特利内华达ADAPT.wind TM状态监测系统解决方案提供了从传感器到监测器和软件以及故障诊断服务的一体化可扩展的解决方案，经过主动预防性地检测风电机组传动系统早期的故障和问题，不但帮助风机制造厂商及时对安装机组进行故障预警及诊断，提升售后质保期内的产品安全可靠性，为高效率服务提供更加可视的平台，同时也极大的帮助运营商控制运行维护成本，更加优化管理风电场的资产，提高设备的可利用率并降低维护的费用，提升风场经济效益。ADAPT.wind TM系统不但已作为GE风电机组配置的标准状态监测解决方案在全球使用，同时它还能够根据整机制造商的要求，灵活配置在其它任何整机制造商生产的风电机组上。 为什么要振动状态监测？
风电机组会长期承受诸多无法预知的运行条件，这些都可能会对机组运行造成非常严重的不良影响。如果能尽早地发现这些问题并加以处理，那么必然会提高风机的可利用率，同时也能够降低维护成本。因此先进的状态监测技术与专业经验对于可靠地进行资产设备管理而言至关重要。 齿轮箱是首要问题 行星齿轮箱的故障是风电机组制造商和运行人员主要担心的问题。据统计仅与齿轮箱本身的故障问题直接相关的维护费用就占到了风电场运行与维护费用的25%-30％。本特利内华达风机状态监测系统让运行人员能够远程获知齿轮箱的运行状况。经过该系统获取的齿轮箱早期故障状态数据，使运行人员在齿轮箱出现轻微故障时，能够合理地改变运行方式，延长机组的运行时间，从而保证发电收益，而且能够降低被动式故障检修的风险，避免非计划停机或灾难性事故的发生。 对风场的所有风机实施主动预防性的状态监测还能够帮助运行人员有效地规划和合理地安排机组的停机维护计划。将所有需要停机维护的风机集中安排在一次检修计划中进行检修，只需使用一台吊车，这样便能节省近百万的维护费用。 为什么要使用本特利内华达ADAPT.wind TM系统？ 它能使您从使用的第一天就对机组运行状况了如指掌。经过
临湘荆竹山风电场工程施工测量技术方案 集团有限公司 深能源翰嘎利风电工程项目部 2016年11月
编写：周衍旺 校核：刘强高 审核：柳建军 批准：易美康 目录
1.工程概况 (1) 1.1地形地貌 (1) 1.2交通条件 (1) 2.施工测量准备工作 (1) 2.1资料收集 (1) 2.2现场的勘察 (2) 2.3全面熟悉设计图表 (2) 2.4测量人员及仪器配备 (3) 3.建立测量制度 (3) 4.施工测量的复测和加密 (4) 5.风机中心桩放样、高程获取及预埋件、基础环安装测量 (4) 5.1风机中心桩的放样 (4) 5.2高程测量方法 (5) 5.3预埋件、基础环安装测量 (6) 6.基础土（石）方量的计算 (6) 7. 质量保证措施 (6) 7.1仪器鉴定 (6) 7.2原控制点的复测 (7) 7.3控制测量 (7) 7.4完善测量记录 (7) 8.安全保证措施 (7) 9.工程竣工验收 (7)
1.工程概况 1.1地形地貌 科右中旗东俯东北平原，西临蒙古高原，南通哲里木粮仓，北接呼伦贝尔草原。场址附近属于丘陵区，地表为草地，山头绝对高程多在300~350m间，相对高度多不足百米。山脊普遍较宽，山坡平缓。场址区地面高程约在263~340m之间。风电场的面积大约为25km2。 1.2交通条件 本工程项目位于内蒙古兴安盟科右中旗巴彦呼舒镇北部平原，科尔沁右翼中旗交通便利，目前已有111国道和省级大通道从风电场区附近通过，县级公路有6条，贯穿全旗各地。 2.施工测量准备工作 2.1资料收集 我部在施工复测之前，首先将设计单位移交的有关资料，如科右中旗翰嘎利湖风电场一期工程地形测量技术报告，翰嘎利风电场地形图，25个风机中心坐标，地勘报告等进行室内检核和现场核对。全面了解路线、风机位置及地形情况，以便确定相应的测量方法。对于设计单位提供的以上资料，我项目部工程管理部及测量队要全面的熟悉图纸并进行认真的审核，对于在审核中所发现错误或者表述不清之
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
风电叶片监控系统解决方案
为什么要对叶片进行状态监测? ?叶片是风机中受压最大的部件之一 -面临着极端的外部条件，而且动态载荷大。 ?叶片更换费用非常昂贵 ?在极端损坏情况下，风机必须立刻停机减少直接或二次损害。 ?如果能提早发现损伤，叶片可以很好地被修复。 ?目前，主要检测手段是视觉，但这种方法时间间隔长，非实时，且花费巨大。 →完全不适用于海上风机 ?状态监测系统的两大功能 -提高可利用小时数 ?覆冰检测 ?静态和动态载荷评估 -叶片损伤检测 ?雷击检测 ?叶片内部和外部损伤
损伤检测 ?更早检测到叶片的损伤 →降低维修成本 ?严重损伤给出自动停机信号→安全操作，避免灾难?经过DNV GL认证 →得到官方认可 覆冰检测 ?精确检测叶片覆冰 →安全操作 ?自动重启 →可获得更高收益 ?经过DNV GL认证 →得到官方认可 改善运营 ?检测动态不平衡 →提高收益 →降低载荷 ?动态载荷配准 →预防过载 ?显著的运行状态检测 →避免额外支出
覆冰检测DNV-GL证书/ 叶片状态监测系统DNV-GL 证书 ?BLADE control?覆冰检测，2008年获得了DNV-GL 的认证。 ?含自动启机功能的认证 ?BLADE control?在2013年获得了首个风机叶片状态监测 系统的GL认证。
BLADEcontrol?检测的叶片故障类型 ?气动表面壳体损伤 -裂痕和分层，尤其是前缘和尾缘 -雷击导致的叶尖开裂 ?结构支撑件的损伤（致命） -腹板分层或断裂 -梁/ 翼梁分层或断裂 -叶片轴承损伤 腹板 翼梁 气动表面 前缘 尾缘 ?松动部件 -叶片内 -轮毂内 -叶片外部 （防损保护层，扰流器）?气动不平衡 -变桨偏差 -变桨传感器故障
模态试验及分析的基本步骤 1 1.动态数据的采集及响应函数分析 2 首先应选取适当的激励方式。激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。激3 励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。目前主要有单输入单输出、单输入多4 输出和多输入多输出三种方法。然后进行数据采集。对于单输入单输出方法要求同时5 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6 振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要7 求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。在采集信号数据以后，还要在时8 域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相9 关分析等。 10 2.建立结构数学模型 11 根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依 12 据，目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建13 模和时域建模。根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。 14 3.参数识别 15 按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。激励方式不同，相应的识别参16 数方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多17 数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得18 良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量19 数据不可靠，识别的结果也不会理想。 20 4.振型动画 21 参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应22 各阶模态的振型。但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振23
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
****** 风电工程沉降观测方案 一、工程概况： 岚县河口风电工程安装了24 台风机。地质环境属于覆矿风场，风机运行期间，附近矿区采矿，露天挖掘作业将部分风机所在的山体周围挖掘严重。特别是#10 风机，山体周围被挖成断壁状，破坏了山体原来的地貌，严重威胁到风机的安全运行。目前矿区已停止对#10 风机所在山体的挖掘工作。为保障风机的安全运行，防止发生倒塔事故，掌握风机在特种地理环境和地质条件下的基础沉降数据，检修公司试验研究所对该风机进行了跟踪观测。目前已取得第一次观测数据作为后续观测的初始数据。便于进一步比较分析，形成沉降-时间关系曲线。 二、现场实际情况、观测点、基准点的布置 工程上对建筑物的沉降观测一般采用水准测的方法，在建筑物上埋设观测点，沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。在建筑物附近并能躲开建筑物影响的范围外（一般取80m-100 m）埋设水准点，水准点可利用已有的、稳定性好的埋石点和墙脚水准点，水准点经过校验是稳定的，利用水准仪测量观测点与水准点之间的高程差，来判断建筑物是否发生沉降。观测点、水准点应不受环境条件及人为损坏。 对于风机基础沉降的观测，《中国大唐集团新能源股份有限公司机务技术监督实施细则》中规定：沿风机基础底座周边与基础底座轴线相交的位置布点，每台风机设置沉降观测点不得少于 4 个，对每个观测点均需观测和记录，水准工作基点应尽量靠近观测点位置,但应在基础沉降影响范围之外，即距风机基础边线至少应大于80m,基准点一般不少于3个。
实验 等截面悬臂梁模态测试实验 一、 实验目的 1. 熟悉模态分析原理； 2. 掌握悬臂梁的测试过程。 二、 实验原理 1. 模态分析基本原理 理论上，连续弹性体梁有无限多个自由度，因此需要无限多个连续模型才能描述，但是在实际操作中可以将连续弹性体梁分为n 个集中质量来研究。简化之后的模型中有n 个集中质量，一般就有n 个自由度，系统的运动方程是n 个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。这就是说梁可以用一种“模态模型”来描述其动态响应。 模态分析的实质，是一种坐标转换。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。 多次锤击各点，通过仪器记录传感器与力锤的信号，计算得到第ｉ个激励点与定响应点（例如点2）之间的传递函数 ω ，从而得到频率响应函数矩阵中的一行 频响函数的任一行包含所有模态参数，而该行的r 阶模态的频响函数 的比值，即为r 阶模态的振型。 2. 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。传递函数分析实质上就是机械导纳，i 和j 两点之间的传递函数表示 [] ∑==N r iN r i r i r H H H 1 21 ... [] Nr r r N r r r r ir k c j m ???ωω? (2112) ∑ =++-=[]{}[] T r ir N r r iN i i Y H H H ??∑==1 21 ...
风电监测的方法详解 为了分析和找寻可能的监测方法，需要细剖风力电机的物理现象交互过程：风力（风速、风压）->叶片（应变、振动、转动）->轴(转速、振动、噪音)->齿轮箱（振动、摩擦、发热、噪音）->发电机（振动、摩擦、发热）->电线（发热）。 那么即可以从振动信号（振动、转速）、油液信号（摩擦时交换物质被带入润滑油/液压油中）、应变信号、红外信号（温度）、噪音信号和效能信号（风速、转速、电能质量）六大类进行监测。 （1）油液监测。油液监测是早期预警的重要手段。齿轮间的啮合摩擦会使金属颗粒被带入油液当中，随着时间的推移就会出现磨损、裂痕等状况。大多数的轴承与齿轮老化，都是因为使用润滑油不当而导致进一步损伤风机传动系统。这类监控包含油粒子( Oilparticle) 计数与温度测量。通过如粒子计数器等装置，即可了解润滑油的品质与可能的污染状态。而工业级用油中的水污染物，扮演了极重要的角色。水分过高可能导致元件过热、腐蚀，出现严重故障。 （2）振动监测。油液监测是中期预警的重要手段。通过振动监视可以了解旋转机械设备的状态，因此振动是风电机组监测最重要的方面之一。风电机组都包括主轴承、齿轮箱与发电机，通过振动监测可以有效地了解这些设备的健康状态。根据有效的频率范围，可以使用位置传感器(低频段)、速度传感器(中频段) ，或加速度传感器(高频段)。振动传感器固定在待测部件之上，从而获取与瞬时本地运动相应的模拟信号。针对这类测量，采集设备应具备高采样率、高动态范围与抗混叠等功能。此外，还可以监测风机机舱与塔架的结构振动，从而了解结构弯曲，以及风力的气体动力效应。通过监视这些振动信号，就可以在关键部件发生重大故障之前，先发现部件是否产生任何问题，比如齿轮或轴承的老化/破损。而针对旋转机械，必须对传感器信号进行阶次分析以获取谐波信息。谐波(Harmonics)可以用来判断部件性能，进行早期诊断。 （3）应变监测。油液监测是中期预警的重要手段。应变监测常见于结构健康监测等应用中，且在风力发电领域逐渐凸显其重要性。实验室往往通过应力测量，测试风机叶片的使用寿命。这些测量通常使用金属馅(Metalfoil) 应变计，相应的数据采集装置则需要具备电压激励与桥路补偿等功能。应变计可安装于叶片的任何位置，但根据传感器数目的不同，其分布位置也有所差异。传感器应妥善安
风力发电行业的完整测试解决方案 新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。目前我国新能源利用技术已经取得了长足进展，并在各地形成了一定的规模，尤其在风能领域发展非常迅速。近期国家出台了新能源发展规划，风力发电作为重点扶持行业，拥有了更广阔的发展前景。 风能领域概述 和其他类型的新能源相比，风能的独特优势使其在新能源开发利用中备受青睐。 其一，储量大、分布广。我国探明风能理论储量为32.26×109kW，而可开发利用的为2.53×109kW，近海可利用风 能7.5×109kW。我国东南沿海和内蒙、新疆、甘肃等东北、西北地区是最大风能资源区。 其二，可利用性强，成本相对低。目前风电场造价成本约为8500～9000元/千瓦时，机组（设备）占70%左右，基础设施占25%，其他占5%。风电场运行维护成本费用很低（约占风电机组成本的3%～5%），建设周期短（半年左右）。一旦建成，风电场就是一源源不断的出钱机器。 风力发电的技术核心 风力发电系统作为风能发电领域的核心环节，技术进步也是日新月异。目前主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。 恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值，从而保证发电机端输出电压的频率和幅值恒定，其运行范围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。 变速恒频风力发电系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮，使整个系统在很大的速度范围内按照最高的效率运行，这是目前风力发电技术的发展方向。对于风机来说，其调速范围一般在同步速的50%～150%之间，如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同步电机系统，变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当，非常不经济。双馈异步风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仅仅是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统，尤其是大中容量的风力发电系统。 采用绕线异步电机作为发电机并对其转子电流进行控制，是变速恒频异步风力发电系统的主要实现形式之一。主要的拓扑结构包括交流励磁控制、转子斩波调阻以及由上述两种拓扑结构结合发展而来的混合结构。 1 交流励磁结构 交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的电流进行励磁，这种方式的变频装置通常使用交交变频器，矩阵变换器或交直交变频器。 2 斩波调阻结构 这种结构的基本思想是采用一个可控电力电子开关，以固定载波频率的PWM方法控制绕线电机转子回路中附加电 阻接入时间的长短，从而调节转子电流的幅值，控制滑差约在10%的范围之内。该结构依靠外部控制器给出的电流基准值和电流的测量值计算出转子回路的电阻值，通过电力电子器件的导通和关断来调整转子回路的电阻值。这种电力电子装置的结构相对简单，但是其定子侧功率因数比较低，且只能在发电机的同步转速以上运行，是一种受限制的变速恒频系统。 3 混合结构 为了降低变流器的成本并且能够实现风力发电系统的宽转速范围运行，有人提出一种基于双馈电机斩波调阻与交流励磁控制策略多功能变流器拓扑结构，将整流器、斩波器和逆变器结合在一起，该结构的巧妙之处在于斩波器和逆变器共用了一组可控的电力电子开关，但是由于引入了四个接触器型的受控开关，导致该结构的主回路结构复杂，很难
模态测试与分析基本概念 1.模态假设：线性假设、时不变假设、互易性假设、可观测性假设 线性假设：结构的动态特性是线性的，就是说任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合，其动力学特性可以用一组线性二阶微分方程来描述。 时不变性假设：结构的动态特性不随时间变化，因而微分方程的系数是与时间无关的常数。 可观测性假设：这意味着用以确定我们所关心的系统动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。 互易性假设：结构应该遵从Maxwell互易性原理，即在q点输入所引起的p点响应，等于在p点的相同输入所引起的q点响应。 2.EMA、OMA、ODS 试验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA) 力锤激励EMA技术 激振器激励EMA技术 工作模态分析(Operational Modal Analysis, OMA) 工作变形模态(Operational Deflection Shape, ODS) 3.SISO、SIMO、MIMO SISO：设置1个响应测点，力锤激励遍历所有测点，也称为SRIT SIMO：设置若干响应测点，力锤激励遍历所有测点，也称为MRIT；用一个激振器固定在某测点处激励结构，测量所有测量自由度的响应，经FFT快速测量计算FRF MIMO：用多个激振器激励结构，测量所有测量自由度的响应，经FFT快速测量计算MIMO-FRFs，输入能量均匀，数据一致性好，能分离密集和重根模态，在大型复杂或轴对称结构模态试验尤为重要 4.模态分析基本步骤 建立模型：确定测量自由度、生成几何、确定各类参数：BW，参考点、触发等 测量：FRF，（时域数据可选） 参数估计：曲线拟合、参数提取 验证：MAC、MOV、MP等
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
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。
常见风电叶片问题及风电叶片检查方案
目录catalog 01常见叶片问题及检查方法 Blade inspection methods 02介绍及案例展示 CobotAI-B1 introduce and inspection case
风电叶片容易受到强风、雷击、疲劳的影响，引起风电叶片结 构损伤；且由于出厂质量影响，有些缺陷长期存在，影响叶片的可靠性。 Wind turbine blades easily affected by strong winds, lightning, fatigue, caused blades damage ; And because of the influence of the factory quality, some defects exist for a long time, the influence on the reliability of the blade 随风机运行时间增长，叶片维修需求增加，但普通叶片检查只能查出表面缺陷，存在隐患，所以需要开展叶片无损内部检测。Grow along with the running time, blade repair demand increases, but blade visual inspection only can be found surface defect, so need for a nondestructive internal inspection.
分类人为检测仪器检测 检测方式Inspection way 人工目测、敲击、 单反相机远距拍照 visual inspect , knock, take picture 超声无损检测 Ultrasonic 红外无损检测 infrared 特点Feature 简单，直接，易于操作，成本较低。叶片成 型前缺陷及人不可及处缺陷无法检测，人为 因素影响检验结果Simple, direct, easy to operate, low cost . Blade molding defects and the person before and cannot detect flaw, human factors affect the test result 在工厂针对断层和缺胶检 查，目前无法实现风场实 时检测In view of the faults and short of glue in the factory inspection, at present can't wind field real- time detection 检测灵敏度高、检测速度快，检 测缺陷范围广，实时成像，能够 实现风场实时检测。High detection sensitivity, fast detection, real-time imaging, the testing range of the wind field can be implemented for real-time detection.