晶钻模态分析软件系列三锤击法模态实验

锤击法在航空发动机部件模态试验中的常见问题浅析李勋;张东明;赵开宁【摘要】锤击法模态分析试验技术以其简便、经济、高效的优势在航空发动机强度振动试验领域中得到广泛应用.但由干试验模态分析中的影响因素较多,各因素间往往又相互制约,给模态试验带来一定难度.从测试方法、参数设置、参数识别等方面总结试验中的几个常见问题年加以分析,旨在提高试验质量,给广大工程技术人员以借鉴.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2010(036)005【总页数】5页(P47-51)【关键词】航空发动机;试验;锤击法;模态试验;参数识别【作者】李勋;张东明;赵开宁【作者单位】沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015【正文语种】中文1 引言试验模态分析技术作为研究机械结构动态特性的1种有效、可靠的分析手段，经过半个多世纪的发展，其工程应用十分普遍。

在航空发动机研制领域，由于部件结构的特殊性、复杂性，其振动特性试验有时难以用常规试验方法完成，简便的“锤击法”模态试验以其经济、直观和高效的优势在该领域的零部件振动特性试验中得到了广泛地应用。

由于试验模态分析中影响因素较多，其中涉及到边界条件的设定，激励点和响应点的分布与选择，激振力大小的确定以及各相关分析参数的设置等，各因素间往往又相互制约，给试验模态带来一定难度。

使用不同的测试方法和分析方法均会对最终结果产生影响，而且有时候由于使用了不合适的方法或参数设置，可能会出现误差甚至错误结果。

因此看似简单的锤击试验，其过程中的各环节或出现的问题都要引起工程技术人员的高度重视。

本文浅析了锤击法在航空发动机部件模态试验中的常见问题。

2 模态分析原理实际构件是1个无限多自由度系统。

在发动机结构分析中,通常将所研究的机械结构看成是质点、刚体、弹性体及阻尼器构成的系统,并将它离散成为有限多个相互弹性连接的刚体,变为有限多自由度系统。

b操作指导书-锤击测试Impact-Testingb操作指南——锤击测试Impacting Testing2016年1月序言这个部分介绍b的锤击法测试Impact Testing模块的常用操作，工作界面的详细内容及略掉部分参见《LMS Test Lab帮助中译文_锤击测试Impact Testing》，主要针对目前能够进行且经常进行的实验。

因作者水平有限，讹误在所难免。

目录序言 (1)目录 (2)1.锤击测试Impact Testing概述 (1)1.1 工作界面 (1)1.2 模块功能 (1)1.3 锤击测试流程 (2)1.3.1 测试准备 (2)1.3.2 软件打开方法 (2)1.3.2 软件流程 (3)1.4 常见问题 (4)1.4.1 电脑与数采的网络连接 (4)1.4.2 软件无法启动 (4)2 文档Documentation与数据Navigator (6)2.1 文档 (6)2.1.1 工作界面 (6)2.1.2 常用操作 (7)2.2 数据 (8)3.通道设置Channel Setup (9)3.1 工作界面 (9)3.2 常用操作 (10)3.2.1 设置通道属性可见性 (10)3.2.2 力锤通道设置 (11)3.2.3 加速度传感器通道设置 (12)3.2.4 加载与保存通道设置 (14)3.3 术语简介 (15)3.3.1 通道类型 (15)3.3.2 输入通道Input Channels.. 164.校准Calibration (19)4.1 工作界面 (19)4.2 常用操作 (19)4.2.1 加速度传感器校准 (19)4.3 术语简介 (21)5.锤击示波Impact Scope (22)5.1 工作界面 (22)5.2 常用操作 (23)5.2.1 采样参数 (23)5.2.2 量程设定 (23)5.2.3 示波设置与观察 (24)5.2.4 触发设置 (25)5.2.5 其它 (25)5.3 术语简介....... 错误!未定义书签。

锤击法模态测试流程锤击法模态测试可是个挺有趣的事儿呢，我来给你好好讲讲这个流程哈。

一、准备工作。

咱们先得把要用的设备都找齐喽。

像力锤这可是关键的家伙事儿，就像厨师的锅铲一样重要。

它有不同的锤头，咱得根据测试对象的特点来挑。

然后还有加速度传感器，这就像是测试对象的小耳朵，能把那些振动的信息都收集起来。

再就是数据采集仪啦，它负责把传感器听到的那些信息都记录下来呢。

除了设备，测试对象也得准备好呀。

要把测试对象放在一个相对稳定的地方，不能让它在测试的时候晃来晃去的，不然测出来的数据可就乱套了。

比如说要是测个小零件，就得把它稳稳地固定在一个夹具上。

要是测个大家伙，像大型机械结构啥的，那也得保证它周围没有太多干扰的东西。

二、传感器的安装。

传感器安装可是个细致活。

咱们得找个合适的地方把加速度传感器贴上去或者固定好。

这个地方呢，最好是能比较准确地反映测试对象的振动情况。

比如说如果是个梁结构，那可能在梁的中间或者两端安装传感器就比较合适。

安装的时候要小心哦，不能把传感器弄坏了。

要是不小心把传感器搞坏了，就像战士上战场没带枪一样，整个测试就没法好好进行啦。

而且要保证传感器和测试对象接触良好，这样它才能准确地感受到振动呢。

三、力锤的敲击。

力锤敲击这一步很有讲究呢。

咱们拿力锤敲测试对象的时候，不能乱敲一气。

要选择合适的敲击点，一般来说呢，要均匀地在测试对象的不同位置敲。

敲的时候力度也得控制好，不能太轻，太轻了传感器可能都感觉不到振动的变化；也不能太重，太重了可能会对测试对象造成损伤，就像你打一个小宠物，下手太重可不行。

而且每次敲击的方向也要尽量保持一致，这样测出来的数据才更有可比性。

四、数据采集。

当我们用力锤敲的时候，数据采集仪就开始工作啦。

它会把传感器传过来的振动信号和力锤敲击的力信号都记录下来。

这个过程就像是一个小秘书在认真地做会议记录一样，不能出一点差错。

要保证采集到的数据是完整的，没有丢失或者错误的部分。

在采集数据的时候呢，可能还需要设置一些参数，像采样频率这些，要根据测试对象的特性和测试的要求来设置好，不然采集到的数据可能就不准确啦。

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。

LMS b锤击法模态测试流程比利时LMS国际公司北京代表处技术支持：邓江华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。

锤击法在模态分析技术中的研究摘要：本文重点介绍了试验模态分析的基本理论和试验建模的基本方法。

并通过一个具体的实例说明了锤击法在结构试验模态分析中的具体应用及其特点。

主题词：力锤，试验建模，模态分析1.引言振动测试与分析的是研究结构振动的一种重要的实验方法。

模态分析是振动测试与分析的一种，它主要是通过某种激励方法，使试验对象产生一定的振动响应，继而通过测振仪器直接测量出激励与系统振动的响应特性或直接测量被测对象运转时的振动特性；然后通过一定的信号处理方法，如统计分析、谱分析、相关分析、频响函数分析等，进而确定被测对象的模态参数，如固有频率、阻尼比、振型等。

模态参数为结构物的固有参数，通过它就可能预言结构在某个频段内，在内部或外部各种振源作用下的实际振动响应，从而为结构的动态设计及故障诊断提供重要依据。

结构动力学研究中实验模态分析是一个重要的方面，而实验模态分析技术的基本过程为频率响应函数的测量和参数识别。

必须同时测出使结构产生振动的激励信号和结构的响应信号，才能得到频率响应函数。

激励的方法通常采用激振器和用锤头敲击。

锤击法相对来说设备简单，使用操作方便，特别适用于现场实验，因而应用范围越来越广泛。

1.锤击法的介绍2.1锤击法的基本原理对结构输入一个脉冲的力信号，激起结构微幅振动，同时测出力信号和响应（f），响应信号的自功信号(位移、速度、加速度）。

求出力信号的直功率谱Svv率谱Sxx （f），和力与响应信号的互功率谱Sv x（f）。

即可得出频率响应函数H（f）和相关函数rFx（f）。

（1）（2）单位理想脉冲，冲击持续时间为无穷小，用数学中的狄拉克函数表示为（3）它的傅里叶变换为（4）在锤击过程中由于材料的弹性，冲击持续时间不可能为无穷小，而是有限时间 ,因为脉冲力也不可能为无限大。

假定冲击过程中相互撞击的材料力为理想弹性体，其数学表达式可近似写作（5）它的傅里叶变换为（6）自功率谱函数（7）总能量W（8）2.2锤击法的注意事项2.2.1传感器的选择和安装由于传感器应用十分广泛，类型多种多样，在各行各业都有应用。

EDM-Modal 全功能模态分析（Premium Modal Analysis）包括所有标准模态分析和高级模态分析的功能，在此基础上它提供了Poly-X模态参数估计方法。

Poly-X是频域模态参数估计方法。

这种曲线拟合方法比先前用于估计测试结构的模态特征的方法更快更清晰。

下图显示，使用相同的频段和相同数量的模态，Poly-X曲线拟合器提供了更清晰的稳态图，并具有更少的计算模型。

这使得用户更容易选择稳定的极点来提取固有频率，阻尼，并最终提取被测结构的模态振型。

★Poly-X模态参数识别算法特征：①基于频域的估算方法②可用于单参考点或多参考点FRF数据集③更快更有效的曲线拟合方法④更清晰的稳态图⑤较少的计算模型⑥更容易选择稳定极点★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。

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