模态测试试验

制动盘模态试验分析作者：上海汇众汽车制造有限公司陈晓鹏模态分析技术是用于对零部件或工程结构系统进行动力学分析的现代化方法和手段，借此可以解决很多工程实际问题。

对零部件进行模态分析有利于优化运动机械的整体性能。

以汽车制动盘为例，制动盘的模态决定着车辆在制动过程中的部分振动、噪声性能，并对制动盘的寿命、异常磨损等产生影响，测量并确定制动盘的模态频率与振型是研究并解决车辆制动引起振动与噪声的重要手段。

本文利用LMS公司有关模态测试软件对我公司某车型前制动盘进行比较完整的模态测量后，得出了制动盘的各种模态特性；并利用测试软件对测试方法进行了简短的分析，给出了在仅仅想得到零部件固有频率的试验要求下可以简化几何模型、减少测量次数，从而达到最快得到试件固有频率的目的。

制动盘模态特性及要求作为高速旋转部件，制动盘具有中心对称特性。

对于制动盘制动摩擦面，其振型主要是沿圆周均匀分布的变形（对于矩坐标系，相同θ角的各点位相相同，沿圆周呈波浪分布）及相同r（在矩坐标系中）具有相同形变（幅值与位相均相同）的变形。

当与制动系统中其他部件组合后，如果某种激励正好位于某一固有频率下，模态被激发，处于共振情形中的这种自身变形会产生强烈的振动与噪音。

前一种模态发生共振的可能性更大。

通常，制动盘处于本文后面所提到的0/4模态占优势，在产品设计与开发阶段要特别注意此类模态的特性。

测量与分析利用LMS TestLab 中的MODAL IMPACT模块可对制动盘进行模态测量。

用弹性绳把制动盘悬挂起来，将由试件与软绳所组成的系统振动的固有频率控制在5Hz以下，就能完全满足测试要求。

制动盘具有中心对称轴，以中心轴为Z轴，建立柱坐标系。

显然，制动盘除Z轴外的其他两方向的刚度比Z轴方向的刚度要大得多，在常规频段振动主要是沿着Z轴方向发生，因此只测定Z轴方向的加速度值即可。

制动盘结构相对较小，质量不大，因此在粘贴传感器时应尽量减小附加质量的影响，为此采用分别在多点激励、测取某一点处的响应的方法进行。

制动盘模态试验分析陈晓鹏上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心 上海 200122〔摘要〕本文叙述了利用LMS TestLab模态测试软件测取某轿车制动盘的各种模态，并对其模态进行了简单的分析。

探讨了利用更简单的几何模型及对部分测量点进行激励时对模态测量的影响，指出如果只要求测定固有频率而不关心具体的振型，可以采用简单的几何模型及进行部分点的测试。

关键词：制动盘 模态 试验key words: brake disc, modal, test1 前 言汽车工业的发展对零部件的开发也提出了越来越高的要求。

制动盘的模态决定着车辆在制动过程中的部分振动、噪声性能，并对制动盘的寿命、异常磨损等产生影响。

模态分析技术是用于对零部件或工程结构系统进行动力学分析的现代化方法和手段，借此可以解决很多工程实际问题。

测量并确定制动盘的模态频率与振型是研究并解决车辆制动引起振动与噪声的重要手段。

本文利用LMS公司有关模态测试软件对某车型的前制动盘进行比较完整的模态测量后，得出了制动盘的各种模态特性；并利用测试软件对测试方法进行了简短的分析，给出了在仅仅想得到零部件的固有频率的试验要求下可以简化几何模型、减少测量次数，从而达到最快得到试件的固有频率的目的。

2 制动盘模态特性及要求作为高速旋转部件，制动盘具有中心对称特性。

对于制动盘制动摩擦面，其振型主要是沿圆周均匀分布的变形（对于矩坐标系，相同θ角的各点位相相同，沿圆周呈波浪分布）及相同 r（在矩坐标系中）具有相同形变（幅值与位相均相同）的变形。

当与制动系统中其它部件组合后，如果某种激励正好位于某一固有频率下，模态被激发，处于共振情形中的这种自身变形会产生强烈的振动与噪音。

前一种模态发生共振的可能性更大。

通常，制动盘处于本文后面所提到的0/4模态占优势，在产品设计与开发阶段要特别注意此类模态的特性。

3 测量与分析利用LMS TestLab 中的MODAL IMPACT模块对制动盘进行模态测量。

LMS b锤击法模态测试流程 比利时LMS国际公司北京代表处LMS Test. Lab锤击法模态测试及分析的流程在软件窗口底部以工作表形式表示，按照每一个工作表依次进行即可，如下图示。

１Documentation――可以进行备忘录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录，如下图示。

２Geometry――创建几何（参见创建几何步骤说明）３Channel setup――通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作。

４Calibration――对传感器进行标定５Impact scope――锤击示波，用来确定各通道量程６Impact setup――锤击设置，设置触发级、带宽、窗以及激励点选择７Measure――设置完成后进行测试以下为进行模态测试的流程。

步骤一：通道设置（Channel setup）假设已创建好了模型，传感器已布置完成，数采前端已连接完成。

通道设置窗口如下图示，在锤击法试验中，首先将力锤输入的通道定义为参考通道，其他为传感器对应的通道1——选取测试通道２——定义参考通道，通常为力锤输入的通道３——依次在ChannelGroupld中定义传感器测量类型（对加速度计和力锤则选vibration），在point中定义测点名称（也可对应为几何模型上的节点名，见后），在Direction中设置测点所测振动的方向，InputMode中设置传感器类型（通常为ICP，若为应变则选Bridge,若为位移则选Vlltage DC），在Measured Quantity中定义测量量（加速度、力、位移等），在Electrical Unit中定义输入量的单位，通常均为mv.另外若已经确定传感器的灵敏度则可在Actual Sensitivity中直接输入灵敏度值，否则可在Calibration工作表中进行标定。

注：通道设置中测点名称使用几何模型名称的方法步骤二：锤击示波（Impact scope）在该工作表中可设置测试的量程范围，以保证得到更精确的测试结果。

振动测试技术模态实验报告It was last revised on January 2, 2021研究生课程论文(2013-2014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。

分析结构的模态参数是优化试验对象力学性能的关键。

测试结构的固有频率、阻尼和模态振型有助于优化结构设计，改善结构性能。

因此，模态分析是产品开发的一个重要过程。

本文主要介绍通过试验模态分析获得了飞机模型的模态特性的过程。

利用一个模态激振器和多个传感器做SIMO FRF测试，获得结构的振动特性。

用激振器激励比用模态锤激励具有更好的一致性和可重复性。

另外，用激振器激励平均数更高，可以获得更干净的数据。

高质量测量有助于更好地获得结构的模态参数。

为了避免巡回响应测量中的质量附加效应，完整的模态试验在一次运行中完成。

一次性在对应的测点上共布置25个传感器。

这次SIMO FRFCE测试，硬件使用高通道系统Spider-80Xi ，软件使用最新发布版本EDM Modal 8.1 。

按照网格划分，25个测点布置在前翼和后翼上。

使用弹性绳悬挂飞机模拟自由-自由边界条件（如试验装置所示）。

模态激振器安装在飞机中心的正下方以激励全局模态。

通过均匀分布在机翼上的24个单轴加速度计和1个阻抗头采集响应。

测量垂直方向的激励和响应有助于获得平面外的模态振型我们对低阶模态感兴趣，因此设置采样率为1kHz，块大小为2048。

通过这两个设置获得0.488Hz足够高的频率分辨率。

对每个测量自由度上的28个块数据进行线性平均计算，获得较高的精度和更低的噪声。

用突发随机激励信号提供频宽450Hz的能量激励，可以设置激励信号持续时间占整个周期的百分比，以控制无输出持续时间，使响应衰减至零。

通过这个设置，将不会有泄露。

我们选择均匀窗，输出幅值设置为0.2V，激励信号持续时间百分比设为80%。

激励信号持续时间百分比设置为80%，保证了每个周期有1.64s的激励输出，0.41s 无输出。

这可以从上图中的时间块信号图中看出。

上图中的相干图出现了谷值，说明在这些频率范围结构的响应水平相对较低。

总的来说，输入和输出在期望的频率范围内是相关的。

FRF图显示在0-150HZ的频率范围内有良好的峰值。

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。

车身部件的模态试验1.测点选择和传感器布置为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减少模态丢失。

激励点的选择方法是选择几个不同的点分别激励，测得几个频响函数，比较这些频率响应函数，选择函数曲线清晰、光滑，在感兴趣的频率范围内相干函数均达到0. 9 以上的点作为激励点。

锤击法模态实验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。

激振器法模态测试操作流程1.设计试验计划：-确定测试目的，例如验证结构设计是否满足振动要求，识别结构的关键模态等。

-确定需要测量的结构部位和振动处理器的布置方式，以便提高测试效率和准确性。

2.准备激振器和测量设备：-选择适合的激振器，一般为电液激振器或电动激振器，并确保其性能满足测试需求。

-准备加速度计和测量数据采集系统，以记录结构的振动响应。

3.安装激振器和测量设备：-将激振器安装到结构表面，并确保其与结构之间的接触良好，通常采用磁吸或夹紧装置。

-安装加速度计，选择合适的位置，并使用胶粘剂或夹具将其固定在结构的关键部位。

4.进行振动台标定：-在测试之前，需要进行振动台标定，以确保激振器和测量设备的性能准确可靠。

标定过程中，可以通过施加一系列已知频率和振幅的激励信号，并记录结构的响应数据来进行。

5.进行自由振动测试：-施加单个频率的激励信号，记为主激励信号，一般为正弦波或扫频信号。

-收集结构的振动响应数据，通常通过加速度计记录。

-根据采集的信号数据，进行频率分析以确定结构的固有频率。

-利用振幅响应数据，进行模态参数辨识，包括模态阻尼比和模态形态等。

6.进行多自由度模态测试：-选择合适的多自由度激励信号，如随机激励或冲击激励信号。

-进行多自由度激励测试，即在每个观测点上施加激励并记录振动响应。

-利用多自由度激励测试的数据，进行模态参数辨识，得到结构的模态阻尼比和模态形态。

7.数据处理和分析：-对实测数据进行滤波和去噪处理，以提高数据的质量和准确性。

-利用相应的数据处理软件进行数据分析，包括频率分析、模态参数辨识和模态形态展示等。

-对测试结果进行评价和解释，根据结构的模态参数，分析结构的振动特性和固有频率分布。

8.结果验证和报告撰写：-对测试结果进行验证，与理论模态分析结果进行对比，以评估测试的准确性和可靠性。

-撰写测试报告，包括测试目的、方法、过程、结果和分析，以及结论和建议。

以上是激振器法模态测试的操作流程，该方法可以帮助工程师了解结构的动力特性，为结构设计和改进提供重要依据。

模态测试原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊模态测试原理。

模态测试啊，就好比是给一个物体做一次全面的“体检”！你想想看，一个物体，它有自己的特性和“脾气”呢。

模态测试就是要搞清楚它在不同情况下会怎么“表现”。

就像咱人一样，高兴的时候可能哈哈大笑，难过的时候可能会掉眼泪。

比如说一个大桥吧，风一吹，它可能会晃晃悠悠的。

那模态测试就是要弄明白它为啥会晃，晃的幅度有多大，会不会有危险。

这可太重要啦，要是不搞清楚，万一哪天出问题了咋办呀！模态测试的过程呢，有点像侦探破案。

要找到各种线索，分析来分析去。

测试的时候会在物体上装好多传感器，就像给它贴上了好多“小眼睛”，这些“小眼睛”能捕捉到物体的一举一动。

然后呢，通过一些巧妙的方法和计算，就能知道这个物体的各种特性啦。

咱再打个比方，模态测试就像是给物体拍了一组超级详细的“照片”，而且还是 3D 的呢！通过这些“照片”，我们能清楚地看到物体的每一个细节，每一个“小动作”。

这多有意思呀！你说要是没有模态测试，那很多工程、建筑啥的不就像没头苍蝇一样乱撞啦？那可不行，咱得保证安全呀，对不对？模态测试原理其实并不难理解，就是要细心、耐心地去观察、分析。

就跟咱过日子一样，得用心经营。

只有这样，才能真正了解一个物体的本质。

而且啊，模态测试的应用可广啦！不管是飞机、汽车，还是高楼大厦，都离不开它呢。

它就像是一个幕后英雄，默默地为我们的生活保驾护航。

你想想，要是没有模态测试，那些大型机械、建筑啥的出了问题可咋办呀？那后果可不堪设想啊！所以说，模态测试真的太重要啦！总之呢，模态测试原理就像是一把神奇的钥匙，能打开物体的奥秘之门。

让我们能更好地了解它们，利用它们，让我们的生活变得更安全、更美好。

大家可千万别小瞧了它哟！。

《建筑结构的模态分析试验》实验报告专业土木工程班级学号姓名教师建工实验中心2010年3月振动测试与模态分析实验报告一、实验人员3组：二、试验目的1.培养学生采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。

2.通过实验使学生掌握振动测试系统的基本组成、了解振动测试的常用测量方法以及模态分析技术。

模态分析技术已发展成为解决工程振动问题的重要手段。

3.了解模态分析软件的使用方法。

三、试验内容1、学习模态分析原理；2、学习模态测试及分析方法。

通过对框架模型的模态试验分析，测定出基础模型的模态参数：固有频率、阻尼比、振型图，并通过实验观察了解框架结构的动力参数，从而掌握模态分析的基本原理及分析方法。

四、试验的基本要求（1）掌握振动测试系统的构成及操作。

（2）了解振动测试的常用测量方法。

激振、锤击(3)了解数据采集系统的操作步骤。

(4)了解对已采集到的数据进行模态分析的方法与步骤。

五、试验仪器（表1）单轴加速度传感器、力锤、动态信号分析仪LMS和计算机等力锤用于激励实验对象。

力传感器用于拾取激励信号并转换成为电荷信号。

加速度计用于拾取响应信号并转换成为电荷信号。

AZ804-A四通道电荷电压放大信号调理仪，用于将电荷信号放大成为适合测量的电压信号。

AZ208数据采集箱信号采集分析系统包括抗混滤波器、A／D变换器、结构动态分析软件、计算机、打印机。

用安装有力传感器的力锤敲击实验对象上的若干个点。

力传感器拾取激励力的信号，安装在实验对象的某测点上的加速度计拾取响应信号．经电荷放大器放大后输入信号采集系统。

实验仪器框图如图1所示。

力信号接入信号采集器的第1通道，响应信号依次接入信号采集器的其他通道。

表1 试验仪器的硬件及软件六、试验步骤6.1模态试验基本过程二十年来，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。