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梁的振动实验报告实验目的改变梁的边界条件，对比分析不同边界条件，梁的振动特性（频率、振型等）。
对比理论计算结果与实际测量结果。
正确理解边界条件对振动特性的影响。
实验内容对悬臂梁、简支梁进行振动特性对比，利用锤击法测量系统模态及阻尼比等。
实验原理1、固有频率的测定悬臂梁作为连续体的固有振动，其固有频率为：()1,2,.......r r l r ωλ==其中，其一、二、三、四阶时， 1.87514.69417.854810.9955.....r l λ=、、、 简支梁的固有频率为：()1,2,.......r r l r ωλ==其中其一、二、三、四阶时， 4.73007.853210.995614.1372.....r l λ=、、、 其中E 为材料的弹性模量，I 为梁截面的最小惯性矩，ρ为材料密度，A 为梁截面积，l 为梁的长度。
试件梁的结构尺寸：长L=610mm, 宽b=49mm, 厚度h=8.84mm. 材料参数： 45＃钢，弹性模量E ＝210 (GPa), 密度ρ＝7800 (Kg/m 3)横截面积：A ＝4.33*10-4 (m 2),截面惯性矩：J ＝312bh =2.82*10-9(m 4)则梁的各阶固有频率即可计算出。
2、实验简图图1 悬臂梁实验简图图2简支梁实验简图实验仪器本次实验主要采用力锤、加速度传感器、YE6251数据采集仪、计算机等。
图3和图4分别为悬臂梁和简支梁的实验装置图。
图5为YE6251数据采集仪。
图3 悬臂梁实验装置图图4 简支梁实验简图图5 YE6251数据采集分析系统实验步骤1:"在教学装置选择"中，选择结构类型为"悬臂梁"，如果选择等份数为17，将需要测量17个测点。
2:本试验可采用多点激励，单点响应的方式，如果是划分为17等份,请将拾振点放在第5点。
3:请将力锤的锤头换成尼龙头,并将力通道的低通滤波器设置为1KHz,将拾振的加速度通道的低通滤波器设置为2KHz。
锤击法测振试验标准一、测试仪器1.测试仪器应符合国家有关标准，并经过计量检定合格。
2.测试仪器应具有可靠的安装和固定方式，以确保测试结果的准确性。
二、测试环境1.测试环境应符合相关标准要求，以保证测试结果的可靠性。
2.测试环境中应避免强磁场、电场和机械振动等干扰因素。
3.测试温度和湿度应符合相关标准要求，以保证测试结果的准确性。
三、测试对象1.测试对象应符合相关标准要求，以保证测试结果的可靠性。
2.测试对象应具有足够的代表性，以反映整个系统的振动情况。
3.测试对象应具有稳定的性能，以避免测试结果出现误差。
四、测试方法1.测试前应对测试仪器进行校准，以确保测试结果的准确性。
2.测试时应选择合适的锤击力度，以避免对测试对象造成损坏。
3.测试时应选择合适的测试点，以反映整个系统的振动情况。
4.测试时应进行多次测量，以避免测试结果出现误差。
5.测试时应记录测试数据，包括测试时间、测试地点、测试人员等信息。
五、安全措施1.测试人员应经过专业培训，并熟悉测试仪器和测试方法。
2.测试时应穿戴防护用具，以避免受伤。
3.测试时应保持安全距离，以避免因锤击力度过大而对测试人员和测试对象造成伤害。
4.测试时应定期检查测试仪器和测试对象的连接情况，以避免出现安全隐患。
六、数据处理与分析1.应根据测试数据绘制振幅-时间曲线图，以反映测试对象的振动情况。
2.应根据曲线图分析测试对象的振动特征，如振幅、频率等。
3.应根据分析结果提出相应的改进措施和建议。
七、结果解释与应用1.应将测试结果与相关标准进行比较，以评估测试对象的性能是否符合要求。
2.应将测试结果应用于实际工程中，以优化系统设计和运行性能。
3.应将测试结果反馈给相关部门和人员，以促进技术进步和应用推广。
八、试验报告编写与提交1.应根据测试过程和结果编写试验报告，报告内容应包括测试目的、测试仪器、测试环境、测试对象、测试方法、测试结果、数据处理与分析、结果解释与应用等。
2013~2014学年第二学期简支梁模态分析实训报告学院：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器班级：11级测控一班姓名：学号：联系电话：指导老师：2013~2014学年第二学期 (1)一、模态分析的步骤 (3)1. 确定分析方法 (3)2. 测点的选取、传感器的布置 (4)3. 仪器连接 (4)4. 示波 (4)5. 输入标定值 (5)6. 采样 (5)6.1 参数设置 (6)6.2 结构生成 (6)7. 传递函数分析 (7)7.1 参数设置 (7)7.2 采样 (7)8. 进行模态分析 (8)二、模态分析实例 (8)（1）测点的确定 (9)（2）仪器连接 (9)（3）示波 (9)（4）参数设置 (10)（5）采样 (12)（6）传函分析 (14)（7）模态分析 (15)三、实训总结 (23)简支梁模态分析实训报告模态分析是一种参数识别的方法，因为模态分析法是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。
模态分析实质上是一种坐标变换，其目的在于把原物理坐标系统中描述的相应向量，转换到"模态坐标系统"中来描述，模态试验就是通过对结构或部件的试验数据的处理和分析，寻求其"模态参数"。
模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量（或称特征振型、模态振型）。
试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号，经过参数识别获得模态参数。
具体做法是：首先将结构物在静止状态下进行人为激振（或者环境激励），通过测量激振力与振动响应，找出激励点与各测点之间的“传递函数”，建立传递函数矩阵，用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。
主要应用有: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。
可用模态试验结果去指导有限元理论模型的修正，使理论模型更趋完善和合理。
实验报告锤击法测量梁构建的模态姓名：***学号：***指导老师：***院系：***目录1. 实验目的 (1)2. 实验装置 (1)2.1 试件及传感器的布置 (1)2.2 采集系统设置 (2)3. 实验数据处理 (2)3.1 1号传感器与力锤的时域分析 (2)3.2 1号传感器与力锤的频域分析 (3)4. 1号传感器与力锤的频响函数估计 (5)4.1 H1估计 (5)4.2 H2估计 (6)4.3 H1、H2与频响函数之间的比较 (7)5. 估算模态参数 (8)5.1 固有频率、阻尼比的估算 (8)5.2 ANSYS建模进行模态分析 (8)5.3 振型图 (10)5.3.1 一阶振型 (10)5.3.2 二阶振型 (11)5.3.3 三阶振型 (11)1. 实验目的本实验采用LMS模态测试系统对某结构件固有频率进行测量，将实验数据进行处理。
（1）数据频谱分析，获取锤击信号及响应的幅频特性、相频特性、实频和虚频；（2）采用不同的频响函数估计方法对结构频响曲线进行估计，画出幅频、相频、实频、虚频和奈奎斯特图，并进行比较；（3）采用单自由度方法估计结构的频率、阻尼及振型。
2. 实验装置2.1 试件及传感器的布置图2.1.1 试件与传感器的布置图2.2 采集系统设置本次实验采用了锤击法，即用力捶敲击梁结构，采集梁结构振动的相关数据。
实验使用了5个加速度传感器，设置的采样频率：12800Hz，分别率：2HZ；锤击次数为8次，传感器和锤击点的方向设置为X正方向。
3. 实验数据处理3.1 1号传感器与力锤的时域分析图3.1.1 1号传感器与力锤时域图图3.1.2 第七次锤击振动信号时域图如图3.1.1所示，在分析数据后，发现锤击信号比较大，所以对其缩小十倍。
如图3.1.2所示是截取的第七锤的锤击信号。
3.2 1号传感器与力锤的频域分析图3.1.3 1号传感器与力锤频域分析后的幅频、相频图图3.1.4 1号传感器与力锤频域分析后的实频、虚频图图3.1.5 Nyquist图如图3.1.3所示，可以看出此次锤击实验激起了试件的五阶固有频率：一阶是400HZ ,二阶是1080HZ,三阶是2067HZ，四阶是3350HZ，五阶是4818HZ。
锤击法测量悬臂梁的固有振动参数试验报告
学号：试验时间：
一、试验目的
(1) 了解锤击法测量结构固有振动参数仪器设备的构成；
(2) 掌握锤击法测量结构固有振动参数的试验方法和试验原理；
(3) 熟悉锤击法测量结构固有振动参数的基本步骤；
二、试验对象
悬臂梁；
三、试验方法
采用模态试验中的锤击法得到力锤和各测定之间的频率响应函数，从而通过参数辨识得到测量对象的固有振动频率和振型。
四、试验系统的组成
本试验系统包括力锤、加速度传感器和数据采集与分析系统，系统示意图：
图1 试验系统示意图
五、试验过程
(1) 试验的基本步骤
a) 夹持试件
b) 安装并连接好加速度传感器
c) 设置好测量设备的采集参数和传感器参数
d) 定义好测量点几何信息
e) 设置好锤头的触发电平
f) 力锤锤击测量点，进行振动测量
g) 测量结束后，对测量结果进行分析，得到测量对象的振动频率和对应的振型。
(2) 试验的注意事项
a) 力锤锤击时力度要适度，避免因力度过大而造成试件和力锤损坏；
b) 由于采用锤击法试验，人员离测试对象较近，从而需注意测量过程中不要碰传感器导线。
六、试验结果
(1) 梁前三阶的固有振动频率
表1 梁前三阶
频率值模态阻尼值振型描述
的固有振动频
率列表频率
(Hz)
第一阶频率
第二阶频率
第三阶频率。
实验1 简支梁模态测试1.1实验原理通过模型振动试验测得结构的自振频率有很多方法，用锤击法测出结构的自振频率是一种比较经济、理想的测振方法。
这种方法可实现多点激振(用力锤对多点敲击)和单点响应(一只加速度计)，在计算机上实时显示锤击频响曲线，通过多次叠加平均计算出每个锤击测振点的传递函数、自功率谱、互功率谱、相干函数和傅立叶谱。
1.2实验目的(1) 实现多点激励（力锤锤击）单点响应（加速度响应）功能。
(2) 实时显示锤击力信号和加速度响应信号。
(3) 实时计算各测点的频谱。
(4) 六种频谱显示功能：幅值、相位、实部、虚部、幅值+相位、实部+虚部。
(5) 屏幕显示曲线光标读数功能。
(6) 动画显示简支梁模态。
1.3实验仪器主要的实验仪器：(1)力锤(带力传感器)(2)一只加速度计图1.1 力锤图1.2 加速度传感器(3)双通道电荷放大器(4)USB数据采集仪（同步采样）(5)台式计算机图1.3 电荷放大器和数据采集仪1.4实验步骤1.4.1.实验仪器布置和连接加速度传感器放置在1/4梁处，位于锤击点7和8之间。
图1.4模态测试实物图图1.5锤击点分布1.6程控电荷放大器参数1.4.2设定程控电荷放大器参数图1.4.3锤击试验1）.锤击试验流程：①选择锤击点，锤击测振逐一测点进行，根据试验需要任意选择测点。
②清除，表示是否继续本测点的锤击测振，选择“清除“是把上次的锤击计算平均结果清除，开始新的锤击测振；选择“不清”则继续锤击测振。
③示波显示，按“示波显示”键，开始示波，这时可观察锤击信号和加速度响应信号的幅值是否合适？在没有锤击时，信号是否为零？如信号不在零线，那么需要清零。
准备锤击，按“准备锤击”键开始锤击，这时程序等待锤击激励信号。
⑤锤击、多次平均，当锤击信号的幅值超过触发阀值时，锤击激励信号和加速度响应信号会被捕捉到，然后自动开始计算传递函数等，并进行多次平均计算。
⑥锤击点1和10位于固定端，测试时不敲击。
2013~2014学年第二学期简支梁模态分析实训报告学院：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器班级：11级测控一班姓名：学号：联系电话：指导老师：2013~2014学年第二学期 (1)一、模态分析的步骤 (3)1. 确定分析方法 (3)2. 测点的选取、传感器的布置 (4)3. 仪器连接 (4)4. 示波 (4)5. 输入标定值 (5)6. 采样 (5)6.1 参数设置 (6)6.2 结构生成 (6)7. 传递函数分析 (7)7.1 参数设置 (7)7.2 采样 (7)8. 进行模态分析 (8)二、模态分析实例 (8)（1）测点的确定 (9)（2）仪器连接 (9)（3）示波 (9)（4）参数设置 (10)（5）采样 (12)（6）传函分析 (14)（7）模态分析 (15)三、实训总结 (23)简支梁模态分析实训报告模态分析是一种参数识别的方法，因为模态分析法是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。
模态分析实质上是一种坐标变换，其目的在于把原物理坐标系统中描述的相应向量，转换到"模态坐标系统"中来描述，模态试验就是通过对结构或部件的试验数据的处理和分析，寻求其"模态参数"。
模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量（或称特征振型、模态振型）。
试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号，经过参数识别获得模态参数。
具体做法是：首先将结构物在静止状态下进行人为激振（或者环境激励），通过测量激振力与振动响应，找出激励点与各测点之间的“传递函数”，建立传递函数矩阵，用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。
主要应用有: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。
可用模态试验结果去指导有限元理论模型的修正，使理论模型更趋完善和合理。
一种快速方便的试验模态分析方法——锤击法摘要：本文主要介绍了一种快速方便的试验模态分析方法——锤击法。
该方法通过对结构体系进行钝化处理，利用实验锤击对结构进行激励，利用加速度传感器记录结构动力响应，通过对响应波形进行分析，可以得到结构的自然频率、阻尼比和模态形式等特征参数。
该方法简单易行，不需要复杂的仪器和设备，适用于大多数简单工程结构的模态分析。
文章还对该方法的优缺点进行了讨论，并提出了进一步优化的建议。
关键词：试验模态分析；锤击法；自然频率；阻尼比；模态形式Abstract:This paper mainly introduces a fast and convenient experimental modal analysis method-hammering method. This method passivates the structural system, uses experimental hammering to stimulate the structure, and uses an acceleration sensor to record the dynamic response of the structure. By analyzing the response waveform, characteristic parameters such as the natural frequency, damping ratio, and mode shape of the structure can be obtained. This method is simple and easy to implement, does not require complex instruments and equipment, and is suitable for modal analysis of most simple engineering structures. The article also discusses the advantages and disadvantages of this method and proposes suggestions for further optimization.Keywords: experimental modal analysis; hammering method; natural frequency; damping ratio; mode shape一、概述试验模态分析是工程结构振动分析的重要方法之一，其目的是获取结构的自然频率、阻尼比和模态形式等特征参数，为结构设计、优化、调试及故障诊断提供依据。
锤击法进行钢筋混凝土梁式桥的模态试验研究刘文峰 柳春图 （中国科学院力学研究所，100080，北京） 应怀樵 （东方振动和噪声技术研究所，100085，北京） 摘要： 桥梁模态中多通过天然脉动作为激励力， 但是很多情况下由于脉动信号的不可控制性而导致试验结果较差， 摘要： 而将力锤的脉冲激励应用到实际桥梁测试中，得到理想的试验结果。
作者通过力锤对 31.7m 的预应力高架铁路桥 梁的桥墩和桥身进行激励，得到桥梁水平方向的动力特性，得出的结论对于这一类的高架铁路桥梁都具有借鉴作 用。
在此试验中成功的首次利用锤击法对预应力钢筋混凝土的铁路桥梁进行激励。
文中并且对不同的激励方法得 到的试验效果进行了分析和比较，指出了在不同情况下使用不同试验方法的效果和限制。
关键词： 关键词：模态识别; 桥梁振动; 锤击法Reinforce concrete bridge Mode Identification by hammer stimulatingLiu Wenfeng Liu Chuntu Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences Beijing,100080 Ying Huaiqiao China orient institute of noise and vibration Beijing,100085 Abstract: Most stimulating force is natural vibration in bridges’ mode identifying. But the result is bad for the natural force uncertainty. The authors got a fine result by stimulating the bridge by hammer. We got a 31.7meter span elevated railroad bridge’ horizontal dynamic characters by a hammer stimulating it. The result is very useful to this kind of elevated railroad bridge. As authors know, it is the first to stimulate reinforce concrete bridge by hammer. The paper compares many different stimulating methods in the measuring result. Keyword: model identification, bridge vibration, stimulated by hammer 1、前言： 、前言： 在结构模态试验中，不同的测试方法和分析方法均会对最终的结果产生影响，而且有时候由 于使用了不合适的方法，可能会出现误差甚至错误的结果。
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。
锤击法测量悬臂梁的固有振动参数试验报告悬臂梁是工程中常用的一种结构形式，在实际应用中，了解悬臂梁的固有振动参数对于设计和分析都非常重要。
锤击法是一种常见的测量悬臂梁固有振动参数的实验方法，本文将通过锤击法测量悬臂梁的固有振动参数，并撰写一份试验报告。
1.实验目的：本实验的目的是采用锤击法测量悬臂梁的固有振动参数，包括固有频率和振动模态。
2.实验设备和材料：-悬臂梁：长度为L的悬臂梁-锤子：质量为m的锤子-支座：用于支撑悬臂梁和固定激振点的支座-多功能振动测试仪：用于采集实验数据和分析振动模态-实验室测量器具：如电子天平、尺子等3.实验步骤：3.1准备工作-准备好悬臂梁和支座，并确保悬臂梁能够在支座上稳定地放置。
-将多功能振动测试仪连接到计算机上，并打开测试软件。
3.2测量固有频率-将锤子在悬臂梁上的不同位置进行轻微的敲击，记录每次敲击的时间和位置。
-根据记录的数据，计算出各个位置的固有频率，即悬臂梁的自由振动频率。
-重复上述操作，至少进行五次测量以获得准确结果。
3.3测量振动模态-在悬臂梁的敏感点上安装合适的加速度计。
-通过多功能振动测试仪采集加速度计的数据，并进行实时分析。
-在分析软件中观察和记录悬臂梁的振动模态，包括节点位置和相应的模态形态。
-重复上述操作，至少进行五次测量以获得准确结果。
4.数据处理与分析：4.1固有频率的计算根据实际测量的数据，可以计算出悬臂梁的固有频率。
根据振动理论，悬臂梁的固有频率与其几何尺寸和材料属性有关，可以使用以下公式计算：fn = αn * sqrt(E/(ρ*L^4))其中，fn为第n个固有频率，αn为与振动模态相对应的常数，E为悬臂梁的杨氏模量，ρ为悬臂梁的质量密度，L为悬臂梁的长度。
4.2振动模态的分析通过振动测试仪采集的振动信号，可以进行振动模态的分析。
根据振动模态的特点，可以确定悬臂梁的节点位置和相应的模态形态。
通过多次测量和分析，可以进一步验证实验结果的准确性。
锤击法试验操作指南本指南由德国m+p国际公司北京代表处制作。
在SmartOffice中，锤击法试验的基本过程分为如下几个步骤：几何建模、试验设置、锤击操作过程、模态分析和模态模型校验。
目录1. 新建工程 (1)2. 几何模型建立 (1)3 试验参数设置 (3)4 试验操作 (6)5 模态分析部分 (7)6. 模态模型校验 (10)1.新建工程。
2.几何模型建立。
2.1 点击菜单栏上的Analysis，打开下拉菜单，选择Geometry Wizard。
2.2 点击Next，在出现的部件定义页面中输入部件名称，例如beam。
2.3 点击Next，在出现的节点定义页面中定义节点。
2.4 点击Next，在线定义页面中定义线。
方法：使用鼠标左键拾取节点。
提醒：请逐点连接各个节点。
Tips：可按住鼠标左键进行旋转视角；按住Ctrl和左键拖动，平移视角；按住Shift和左键拖动，缩放视角。
2.5 点击Next，在面定义页面中定义面（如有需要）。
2.6 点击Next，进入下一页面。
点击Finish，完成模型。
3试验参数设置3.1选择左侧工具栏上的Configuration，，勾选Impact（锤击法）。
3.2点击Next，输入本次试验设置的名称（任意）。
点击OK3.3Meta data 设置。
点击Next。
3.4 传感器参数设置，定义传感器的类型和技术指标。
其中，对于移动力锤方法， Response 通道的Name定义为模型名字.传感器所在节点编号.方向，例如beam.3.Z；试验开始后，SmartOffice会自动将Excitation的Name从模型名字.起始节点.方向逐次增加到模型名字.最终节点.方向，例如从beam.1.Z到beam.11.Z。
3.5 通道定义。
3.6 采样设置和触发方式选择。
3.7 操作设置，平均次数定义、连击的检测和自动剔除的设定。
3.8 锤击法试验模式选择，移动力锤或移动传感器。
添加需要测量的信号，选中左侧的项目，点击Add（+）->。
实验十用锤击法测量简支梁的模态参数一、实验目的1、了解测力法实验模态分析原理。
2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。
二、实验系统框图图1-2-19 测试系统框图三、实验原理目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。
1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。
因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。
在测量频率响应函数时，可采用力锤和激振器两种激励方式。
力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。
由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。
激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。
这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。
2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。
其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环境，测试成本低，方便和快速。
测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。
而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。
3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。
引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。
ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT或者Order)、非稳态升/降速ODS。
根据结构的阻尼特性及模态参数特征，模态分析可分为实模态分析和复模态分析。
锤击法简支梁（固支梁）模态实验一、实验目的1、了解模态分析基本原理；2、了解模态测试及分析方法。
二、实验仪器安装示意图安装图局部安装图动态分析仪计算机系统及分析软件打印机或绘图仪简支梁加速度传感器力锤力传感器三、实验步骤实验梁如下图所示，长（x向）700mm，宽(y向)45mm。
用单点拾振法做梁z 方向的振动模态。
具体实验步骤介绍如下。
（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（本例单点拾振法-跑激励），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。
此例中x方向把梁分成十四等份，布置了十三个测点（两端点视为不动点）。
选取拾振点时要尽量避免使拾振点在模态振型的节点上，此处取拾振点在四号测点处。
（2）仪器连接仪器连接如下图所示，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道，DH201加速度传感器接第二通道。
（3）打开仪器电源，启动DHDAS控制分析软件，选择分析/频响函数分析功能。
a、在菜单“分析(N) ”选择分析模式“单输入频响”。
b、在新建的四个窗口内，分别单击右键，在“信号选择”对话框中设定四个窗口依次为：频响函数数据、1-1通道的时间波形、相干函数数据和1-2通道的时间波形,如下图。
（4）参数设置分析参数设置采样频率：Hz；触发方式：信号触发；延迟点数：200。
平均方式：线性平均；预览平均：√采样率触发方式启动回放延迟点数平均方式预览平均(5）数据预处理P6系统参数设置参考通道：1-1设定参考通道工程单位和灵敏度：将两个传感器灵敏度输入相应的通道的灵敏度设置栏内。
传感器灵敏度为KCH（PC/EU）表示每个工程单位输出多少PC的电荷，如是力，而且参数表中工程单位设为牛顿N，则此处为PC/N；如是加速度，而且参数表中工程单位设为m/s2 ，则此处为PC/ m/s2 。
量程范围：调整量程范围，使实验数据达到较好的信噪比。
振动测试与实验应力分析实验指导书工程力学及相关专业目录第一部分振动测试技术实验----------------------------------------------------------------1实验一机械振动基本参数测量-------------------------------------------------------------------2 实验二强迫振动法测量单自由度系统固有频率和阻尼比--------------------------------------5 实验三自由衰减法测单自由度系统固有频率和阻尼比---------------------------------------- 8 实验四多自由度系统各阶固有频率及主振型的测量-----------------------------------------11 实验五叶片的固有频率测量-------------------------------------------------------------------14 实验六冲击运动测量----------------------------------------------------------------------------16 实验七共振法测简支梁的模态参数测量-----------------------------------------------------19 实验八传感器测量系统的校准--------------------------------------------------------------24 实验九用模态分析法测量平板的模态参数----------------------------------------------------26 实验十锤击法测量简支梁的模态参数---------------------------------------------------------30 实验十一线性扫频法测量简支梁的模态参数------------------------------------------------34 实验十二随机激励法测量简支梁的模态参数------------------------------------------------37 实验十三不测力模态分析法测量简支梁的模态参数----------------------------------------40 实验十四圆板各阶固有频率及主振型的测量------------------------------------------------43 实验十五附加质量对系统固有频率的影响---------------------------------------------------45 第二部分电测技术实验---------------------------------------------------------------------47实验一电阻应变片的粘贴-------------------------------------------------------------------------------48 实验二电阻应变片灵敏系数的测定------------------------------------------------------------50 实验三电阻应变片横向效应系数的测定-------------------------------------------------------53 实验四电阻应变片在电桥中的接法------------------------------------------------------------55 实验五动态应变的观测-------------------------------------------------------------------------57 实验六偏心拉伸（拉、弯组合）内力测定--------------------------------------------------------59 实验七薄壁圆筒受弯、扭组合载荷时内力测定------------------------------------------------63 实验八薄壁圆筒弯扭组合主应力测定---------------------------------------------------------68 第三部分光测技术实验-------------------------------------------------------------------------------70实验一光弹仪的构造及光学效应--------------------------------------------------------------71 实验二光弹性材料条纹值和应力集中系数的测定--------------------------------------------73 实验三平面光弹性实验-------------------------------------------------------------------------75 实验四三维光弹性实验-------------------------------------------------------------------------76 实验五环氧树脂光弹性模型制作--------------------------------------------------------------78 实验六贴片光弹法实验-------------------------------------------------------------------------79 实验七全息照相实验----------------------------------------------------------------------------81 实验八全息干涉二次曝光法测定悬臂梁挠度实验--------------------------------------------82 实验九认识光纤干涉仪-------------------------------------------------------------------------85 实验十光的等厚干涉现象与应用--------------------------------------------------------------88第一部分振动测试技术实验实验一 机械振动基本参数测量一、实验目的1、学习常用测振传感器及其配套仪器的使用方法。
实验十用锤击法测量简支梁的模态参数一、实验目的1、了解测力法实验模态分析原理。
2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。
二、实验系统框图图1-2-19 测试系统框图三、实验原理目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。
1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。
因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。
在测量频率响应函数时，可采用力锤和激振器两种激励方式。
力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。
由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。
激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。
这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。
2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。
其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环境，测试成本低，方便和快速。
测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。
而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。
3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。
引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。
ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT或者Order)、非稳态升/降速ODS。
根据结构的阻尼特性及模态参数特征，模态分析可分为实模态分析和复模态分析。
1、实模态分析对于无阻尼系统和比例阻尼(粘性比例阻尼和结构比例阻尼)系统，由于表示系统的模态参数是实数矢量，故称为实模态系统，相应的模态分析过程称为实模态分析。
由振动理论可知，一个N 自由度的线性系统，有N 个无阻尼固有频率i ω（i =1,2,…N ）,和相应的N 个模态振型。
12{}{}T i i Ni φφφφ=⋅⋅⋅（i =1,2,…N ）在比例粘性阻尼情况下，模态振型对质量矩阵[m ]、刚度矩阵[k ]和阻尼矩阵[c ]均满足下面形式的加权正交关系：0{}[]{}T s i is im M s i φφ≠⎧=⎨=⎩0{}[]{}Ts i is i k K s i φφ≠⎧=⎨=⎩ 0{}[]{}T s i is ic C s i φφ≠⎧=⎨=⎩其中，阻尼矩阵 [][][]c m k αβ=+（,αβ为常数），i M 、i K 和i C 分别称为模态质量、模态刚度和模态阻尼系数。
有时用模态衰减系数i σ或模态阻尼比i ζ表征系统的阻尼特性，且有2ii i i i C M σζω== 2i ii i i iC M σζωω==系统的无阻尼固有频率i ω与有阻尼模态频率di ω之间的关系为i ω== 通常称di ω、{}i φ、i M 、i K 、i C （或i σ、i ζ）为系统的模态参数。
一个N 自由度系统，有N 个模态，那么它有N 组模态参数。
在上述分析中，这些模态参数都是实数。
当系统的阻尼为比例粘性阻尼时，对N 个自由度系统，其频率响应函数为一矩阵，即21{}{}[()]T Ni ii i i iH K M j C φφωωω==-+∑ (1-2-1) 当在p 点激励在l 点响应时，l 点与p 点之间的频率响应函数为21()[1()2]nli pilp i i i i iH K j φφωωωζωω==-+∑ (1-2-2)由上式（1-2-2）可知，系统的任一频率响应函数均可表示为其各阶频响函数的线性和，当模态之间的相互耦合作用可忽略不计，且当i ωω=时，有22()()(12)li pilp i i i i iH H K j φφωωωωζωω≈=-+1,2,,i n = (1-2-3)若取频响函数矩阵的第p 列，当i ωω=时，22{}{()}(12)i pip i i i iH K j φφωωωζωω≈-+ (1-2-4)式（1-2-4）是由n 个线性方程组成，只要在某一个i ω处利用N 个{()}i p H ω值就可计算出该阶模态参数，利用全部{()}i p H ω值就可计算出各阶模态参数。
2、复模态分析对于具有一般粘性阻尼和一般结构阻尼振动系统，由于表示系统的模态参数是复数矢量，故称该系统为复模态系统，有关的模态分析称为复模态分析。
当系统阻尼为一般粘性阻尼时，对N 个自由度系统，当在p 点激励在l 点响应时其传递函数为：**1()()Ni i lp i ii A A H s s p s p ==+--∑ (1-2-5) i p 为系统的极点（*i p 为其共轭复数），i A ，*i A 分别为()lp H s 相应于极点i p 、*i p 的留数。
当模态耦合可以忽略时，在i p 附近**()()()i lp i lp lp iiA A H s s p s p=+--（1,2,,i n =）(1-2-6) ()i lp A 是留数矩阵[i A ]中的第l 行第p 列元素，只要识别出留数矩阵[i A ]的一列（或一行）就可以得到各阶复模态向量。
总之，根据传递函数阵[()]H s 中的任一元素确定极点i p （1,2,,i n =）。
根据[()]H s 的一列（或一行）确定[()]H s 在极点的留数矩阵[i A ]的一列（或一行）就可以确定各复模态参数。
模态分析方法和测试包括下面几个方面：1、建模。
建模包括：建立几何模型，定义自由度和确定测量方向。
在建立几何模型时，要根据测量内容和要求对结构进行网格划分，并输入每个测点的几何坐标值。
2、频率响应函数测量。
1）激励方式的确定。
是采用力锤激励还是采用激振器激励。
若采用力锤激励，则常采用测量点固定、多点轮流激励的方法，这样得到的是频响函数矩阵中的一行，此法常用于轻薄型小阻尼结构频率响应函数测量；若采用激振器激励，则常采用激励点固定、多点轮流测量响应的方法，这样得到的是频响函数矩阵中的一列，此法常用于笨重、大型及阻尼较大的结构；当结构过于巨大和笨重时，采用单点激振不能提供足够的能量，把感兴趣的模态激励出来，或者在结构同一频率处可能有多个模态时，就需要采用多点激振的方法，采用两个甚至更多的激振器来激发结构的振动。
2）结构安装方式一种方式是自由悬挂式，如放在很软的泡沫塑料上，或用很长的柔索将结构吊起，结构在任一坐标上都不与地面相连接。
另一种方式是把结构刚性固定在地面上，结构上一点或若干点与地面固结。
第三种方式是按结构实际工作状况安装。
3）频率响应函数的测量。
结构上i和j两点之间的频率响应函数定义为在j点作用单位力时，在i点所引起的响应。
要得到i和j点之间的频率响应函数，只要在j点加一个激振信号，并测量i点的响应，然后对激励信号和响应信号分别进行FFT分析，就可以得到频率响应函数曲线。
4）在测量频率响应函数时，要同时测量相干函数，以对频响函数的质量进行检验。
3、参数识别。
通过对测量的频率响应函数进行曲线拟合，获得结构的固有频率、阻尼比、振型等参数。
在测力法中，常用的模态分析方法有：峰值拾取法、导纳圆法、整体多项式拟合法和复指数拟合法等，其中，峰值拾取法和导纳圆法为图解法，它们都是单自由度识别法，适用于模态不密集的小阻尼结构的模态分析。
整体多项式拟合法和复指数拟合法为多自由度解析法，用于模态比较密集、大阻尼结构的模态参数识别。
4、查看模态参数检验结果。
可以通过查看模态比例因子（MSF）和模态判定准则（MAC）等检验模态参数的有效性。
四、实验步骤简支梁尺寸如图1-2-20所示，长（x向）500mm，宽(y向)50mm，使用多点敲击、单点响应方法测量其z方向的振动模态，可按以下步骤进行。
1、测点的确定（建模）由于梁在y、z方向和x方向尺寸相差较大，所以，可以将梁简化为杆件，只需在x方向顺序布置若干敲击点即可。
敲击点的数目要根据测量的模态阶数来定，一般情况下，敲击点数目要多于所要测量的阶数。
实验中将梁在x方向10等份，即可布9个测点。
选取拾振点时要尽量避免将拾振点放置在所要测量的模态振型的节点上。
2、仪器连接按实验系统框图连接仪器，将力锤上的力传感器通过电荷放大器接到采集器的通道1，压电加速度传感器通过电荷放大器接到采集器的通道2。
3、打开仪器电源，双击控制分析软件，选择分析/频响函数分析功能。
在新建的四个窗口内，分别显示频响函数数据、通道1的时间波形、相干函数和通道2的时间波形。
4、参数设置1）分析参数设置：采样率：由测量频率范围选定(分析频率取整)采样方式：瞬态触发方式：信号触发延迟点数：-200平均方式：线性平均平均次数：5时域点数:1024或2048频域点数：800预览平均：√2）系统参数设置参考通道：通道1工程单位和灵敏度：在灵敏度设置栏内输入相应通道传感器的灵敏度。
传感器灵敏度为K CH（PC/EU）表示每个工程单位输出多少PC的电荷，如是力，在参数表中工程单位设为牛顿N，则此处为PC/N；如是加速度，参数表中工程单位设为m/s2 ，则此处为PC/ m/s2。
量程范围：调整量程范围，使实验数据达到较好的信噪比。
调整原则：不要使仪器过载，也不要使得信号过小。
模态参数：编写测点号和方向。
采用单点拾振法时，如果测量1号点的频响函数数据，在通道1（力锤信号）的模态信息/节点栏内输入1，测量方向输入+Z；通道2（加速度传感器信号）内输入传感器放置的测点号，方向为+Z。
当力锤移动到其他点进行敲击时，就必须相应的修改力锤通道的模态信息/节点栏内的测点编号。
每次移动力锤后都要新建文件。
5、预测试。
用力锤敲击各个测点，观察有无波形，如果有一个或两个通道无波形或波形不正常，就要检查仪器是否连接正确、导线是否接通、传感器、仪器的工作是否正常等等，直至波形正确为止。
使用适当的敲击力敲击各测点，调节量程范围，直到力的波形和响应的波形既不过载也不过小。
6、正式测量。
按编写好的敲击点以此进行敲击，由于预览平均方式处在打开状态，软件在每次敲击采集数据后，会提示是否保存该次试验数据。
若力锤信号无连击，力和响应信号均无过载，且相干函数较好，就选择“保存”本次测试数据。
若力锤信号有连击，力和响应信号有过载，就不要保存本次测试数据，可选择“否”，重新对该点进行敲击和测量。
7、数据预处理采样完成后，对采样数据重新检查并再次回放计算频响函数数据。
