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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型传感器，需要SCADAS采集前端对其供电。
SCADAS采集相应的信号和进行信号处理(如抗混滤波，A/D转换等)，所测信号通过电缆与电脑完成数据通讯。
图1-1 测试分析系统框图四、实验数据采集1、振动测试实验台架实验测量的是一段轴，在轴上安装了3个加速度传感器，如图1-2所示，轴由四根弹簧悬挂起来，使得整个测试统的频率很低，基本上不会影响到最终的测试结果。
热处理过程中温度场的数值模拟及分析热处理是一种常用的金属加工工艺，通过控制金属材料的加热与冷却过程，可以改变金属材料的组织结构和性能。
温度场是热处理过程中重要的参数之一，直接影响着金属材料的组织和性能的形成与变化。
因此，准确地模拟和分析热处理过程中的温度场对于优化工艺、改善产品质量具有重要意义。
数值模拟是研究温度场的有效方法之一。
它基于数学模型和计算方法，通过计算机的数值计算来获得温度场的分布情况。
在热处理过程中，温度场的分布受到多个因素的影响，如加热功率、材料热导率、热辐射、对流散热等。
数值模拟通过建立数学模型，考虑这些因素，并进行相应的计算，可以得到较为准确的温度场分布。
首先，进行数值模拟需要选择适当的数学模型。
在热处理过程中，常用的模型有热传导方程、能量方程等。
热传导方程是研究物体内部温度分布的基本方程，它考虑了热传导过程中的温度梯度对热流的影响。
能量方程则是考虑了热源与物体之间的热交换过程，可以更全面地描述温度场的变化。
其次，进行数值模拟需要确定边界条件。
边界条件是指在模拟过程中与外界接触的部分，它对于温度场的分布起着重要的影响。
常见的边界条件有热流、热辐射和对流散热等。
热流边界条件是指物体表面受到的外部热量输入或输出，热辐射边界条件是指物体表面受到的辐射热量，而对流散热边界条件则是指物体与周围介质间的热交换。
然后，进行数值模拟需要进行网格剖分。
网格剖分是将模拟区域分成小的单元，用于离散方程和计算。
在温度场的数值模拟中，常用的网格剖分方法有结构化网格和非结构化网格。
结构化网格是指将模拟区域划分为规则的矩形或立方体单元，易于计算和分析。
非结构化网格则是将模拟区域划分为任意形状的单元，适用于复杂几何形状和不均匀材料性质的模拟。
最后，进行数值模拟需要选择合适的求解方法。
在热处理过程中，常用的求解方法有有限差分法、有限元法和边界元法等。
有限差分法是基于差分逼近的一种方法，将参与方程离散化成代数方程，并通过迭代计算得到数值解。
柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析
随着柴油机技术的发展，薄膜强度、尺寸精度、耐热性是柴油机活塞的关键技术。
活
塞的尺寸太大或太厚，会大大降低发动机性能；反之，活塞太薄和太小，活塞很容易损坏。
因此，对柴油机活塞的温度场的研究是提高柴油机效率的重要工作之一。
传统试验方法受制于仪器和材料的限制，往往无法准确地反映内部结构的温度场，因
此建立一种基于有限元分析的研究方法变得尤为重要。
本文提出了基于有限元分析的温度
场研究方法，将柴油机活塞温度场试验与有限元分析相结合，以研究不同参数和模型的温
度分布和温度场变化趋势。
本文首先给出了柴油机活塞的图示和几何尺寸，接着给出了活塞的实际试验参数，包括：外圈直径、内圈直径，等径椭圆孔的长短轴长度均等；活塞的材料为超级钢；同时设
定加热方式，用燃烧于环境的方式代替实际目标发动机实际运行情况来模拟。
进一步，本
文利用有限元分析方法仿真活塞温度场，根据参数计算出温度场不同元件分布的各部分值。
最后，本文通过对实验结果进行讨论，对柴油机活塞的温度场变化进行分析，发现活
塞的各个部分的温度分布和温度场变化趋势，以供今后参考。
经过本文的实验研究，不仅说明了有限元分析在模拟柴油机活塞温度场变化方面具有
良好的效果，还为今后柴油机活塞优化设计提供了重要的研究参考意义。
将有限元热分析
和实验室试验相结合，加深了活塞温度场研究的深度和广度，也提供了一种新的方法来研
究活塞的热性能及内部温度场的变化，为今后的试验提供参考。
采用喷射冷却方式2010 Prius电机的温度场分析本例中，通过MotorSolve软件对2010款Prius电机进行温度场分析，冷却方式为对电机定子绕组端部采用喷射冷却。
电机定、转子结构的建模是通过导入dxf图纸实现的。
Spray Cooling for the 2010 PriusMotor design requirements often require some form of cooling. The thermal simulation capability in MotorSolve allows designers to explore the behavior of their motors with cooling, and in particular Spray Cooling. The Prius revolutionized the Electric Vehicle in 2004, and the latest revisions to the motor in 2010 continue to show the need for Spray Cooling in order to keep the components of the motor in safe operating conditions.METHODS and RESULTS2010 Prius IPM with 8-polesThe 2010 Prius uses an IPM motor with an 8-pole rotor and a 48-pole 3-phase Winding. The geometry is unique and requires the use of MotorSolve's DXF file import for both the Rotor and the Stator components.AXIAL CROSS SECTIONThe MotorSolve interface allows the designer to quickly configure the stack length, the size of the bearings and nature of the remaining components along the shaft.THERMAL MATERIALSIt is imperative that we fully describe the motor and its components from a material perspective. This includes both the magnetic and thermal properties. MotorSolve allows for simply pull-down assignments for all materials.DUTY CYCLE SETUPSet the interval in the Duty Cycle to reflect rated 3,000 rpm and 25 kW power in a steady state condition for a 40 minute duration. This test was performed by the Oakridge National Lab. The user can set both the time-step and the number of coupled iterations which will occur.SPRAY COOLING SETUPA variety of parameters exist to define the nature of spray cooling on the motor end-windings. Number of nozzles, size of nozzle, coolant temperature and coolant material allow the user to clearly define this cooling configuration.BACK EMFThe Back EMF is a figure of merit for the performance of the magnetics within a motor. The 2010 Prius produces 53.0 mV per rpm [37.5 mV rms per rpm]. At 4,000 rpm this is 212. 1 V [150 V rms]. MotorSolve predicts the Back EMF within 2% of the measured values. This is an EMF constant of 0.87 V-sec/radian.LOCKED-ROTOR TORQUE RESPONSE of the MOTOR The peak torque at locked rotor can be determined by MotorSolve by setting the speed of the motor very low in the D-Q Analysis.TORQUE vs CURRENTThe motor is moved to a variety of rotor positions and then the peak torque is computed as each position.TRANSIENT TEMPERATURE RESPONSEMotorSolve provides the time-transient temperature result for each component.COMPARING MEASURED vs SIMULATED TEMPERATURE MotorSolve matches the measured results to within +/- 5% throughout the entire time interval.。
