N-Modal模态分析软件

模态试验与分析

  • 模态试验与分析是指通过数据采集系统获得响应(和激励)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
  • 经过三十多年发展,模态试验与分析有了长足进步,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
  • 模态试验与分析已成为航空、航天、汽车、舰船、机械设备和桥梁、建筑等产品研制、定型、使用和维护过程中不可或缺的手段

N-Modal模态分析软件

N-Modal 可实现如下三大分析功能:

  • N-Modal ODS(响应模态分析,分为时域ODS和频域ODS。时域ODS用于观察机械结构在各时间点上的振动响应状态;频域ODS用于观测机械结构在各频率点上的运行状态振型,还可用于区分同一频率点在不同模态空间上的强迫振动振型
  • N-Modal EMA(试验模态分析),适用于大型复杂结构在输入输出可测、采用人工激励(激振器或力锤)情况下的多输入多输出(MIMO)振动模态试验与分析,可进行单个或多个激振器激励的模态试验,也可完成采用单个或多个参考点的锤击法模态试验(MRIT
  • N-Modal OMA(运行模态分析),适用于大型复杂结构在运行状态中利用自然激励(环境激励)、输入不可测,或者仅使用输出数据情况下的振动模态试验与分析

N-modal-GUI-1

N-Modal的基本特点

  • 可运行于Windows XP/2003/Win7/Win8等目前的主流操作系统,使用方便
  • 中英文多语言界面,并可快速定制开发其它语言界面
  • 完善的几何建模、项目管理、动态信号处理、模态参数识别、时频域运行响应估计(ODS)、振型相关估计(MAC)等功能模块
  • 集成的交互式几建模功能,操作直观方便,可快速建立简单结构的测试模型,还可从通用格式文件(UFF)或者IGES文件中导入几何信息
  • 方便的测量数据输入接口,可导入时域信号(激励与响应时间历程),也可直接导入频域数据(频响FRFs和相干COHs)
  • 可从UFF 58/58b通用文件中导入数据,也可从N-Modal标准格式的ASCII文件中导入
  • 完善的二维曲线、三维图形(几何、振型动画、MAC)的显示与控制功能
  • 数据拷贝、屏幕拷贝、JPG图形存储、AVI动画存储等功能,方便用户快速制作试验报告和演示文稿
  • 灵活的界面安排、丰富的鼠标与热键快捷操作,大大提高工作效率与易用性
  • 在VC++环境下开发,采用面向对象编程(OOP)技术,易于维护和扩展
  • 可配套现有国、内外生产厂家的优秀数据采集前端和动态信号分析仪

快速几何建模

  • 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
  • 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
  • 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
  • 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进行修改、添加、删除等操作

快速、易用的信号分析功能

  • 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)、加窗等功能
  • 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、汉宁窗、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
  • 功率谱估计:自谱、互谱、功率谱矩阵、半功率谱矩阵
  • 单输入多输出(SIMO)的频率响应函数(FRF)估计:H1、H2和Hc估计
  • 多输入多输出(MIMO)的频率响应函数估计及相干函数估计
  • 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

N-modal-signalproess-01

 信号处理向导

先进、可靠的模态分析技术

  • 包含窄带(NarBand)、选带(SelBand)、宽带(BroBand)三大类算法:窄带方法逐个识别模态,方便易用;选带方法在选定频带内一次识别数个模态,精度较好;基于最新p-LSCF算法的宽带模态识别方法在宽频带、甚至全频带内识别全部模态,效率高,并适用于大阻尼复杂结构
  • 基于输入(激振力)、输出(响应)测量的试验模态分析(EMA)技术
    • 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
    • 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
    • 单参考点和多参考点锤击法(MRIT)模态识别技术

N-modal-time history-frame-1

某客车车架采用两个激振器激励的EMA模态试验结果

N-modal-EMA-cicleplate-1

某发动机篦齿盘用MRIT技术识别得到的重根模态

  • 环境激励下仅有输出(响应)可测量的运行模态分析(OMA)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
    • 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
    • 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,结果准确
    • 基于半功率谱密度矩阵的窄带模态参数识别方法,操作方便,实现了EMA与OMA分析的统一

N-modal-OMA-building-2

某建筑结构OMA识别的密集模态

N-modal-OMA-Bridge-2

某梁式公路桥OMA识别的部分结果

  • 采用模态指示函数(MIF)等作为判断模态是否存在的依据,可靠判断模态阶次,避免遗漏模态
  • 采用频率稳定图区分结构模态与计算模态

圆盘EMA分析的模态指示函数                                               建筑OMA分析的模态指示函数

N-modal-FDPR-1

采用FDPR算法对圆盘进行EMA分析

  • 时、频域结构运行振型(ODS)估计及可视化,用户可实时了解某一时刻或频率点的结构振动模式

N-modal-ODS-1

飞机结构的ODS分析

  • 用于检验振型精度的振型相关矩阵(MAC)估计及可视化,包含三维Bar图和数值表格

N-modal-MAC-03

灵活的二维和三维图形显示、控制与输出

  • 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
  • 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
  • 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)
  • 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
  • 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
  • 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
  • 对三维图形建模提供了笛卡尔、柱球等局部坐标系统,方便结构建模,并可在局部坐标系统内自由定义传感器的测量自由度
  • 二维曲线和三维图形的各元素颜色均可自定义
  • 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
  • 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
  • 振型动画和ODS可直接输出成AVI文件

N-Modal-FRF Coh Nyquist-1

                  原点频率响应幅值及其相干函数检验                      频率响应的Nyquist图表示,可检查频率分辨率

N-Modal-drving point FRF maxwell-1

            飞机结构原点频响重叠显示                                  飞机结构跨点频响重叠及互易性检查

N-Modal-band selected zoom-1频响的选带识别及其拟合结果                                    拟合曲线的局部放大

N-Modal模态分析解决方案-模块功能矩阵

针对航天、航天、军工、土木、交通等不同领域、行业的广大用户,N-Modal模态分析软件划分为不同的模块配置,以最大程度地适合于客户的不同需求。您可以从下面的功能矩阵中选择适合于您使用的模块,或者联系我们,由我们推荐配置。

NMOD-300
ODS
330
基本EMA
340
基本MIMO EMA
350
增强MIMO EMA
360
基本OMA
370
增强OMA
380
全功能
结构建模
交互式几何建模
导入UFF或IGES文件
数据输入/输出
时/频域测试数据输入
时/频域数据和2D图形输出
模态频率与阻尼表格输出
模态振型3D显示和AVI输出
信号处理
趋势去除
信号抽取
加窗(汉宁、指数、力窗等)
ODS响应模态分析
时域ODS
频域ODS
EMA试验模态分析
单点锤击/多点响应测量
单点响应测量/逐点锤击
单激振器激励/多点响应测量
SIMO算法EMA SelBand
SIMO频响估计
SIMO频响曲线拟合
多参考点锤击模态MRIT
多激振器激励/多点响应测量
MIMO频响估计
MIMO频响曲线拟合
窄带NarBand MIMO算法
选带SelBand1 MIMO算法1
选带SelBand2 MIMO算法2
宽带BroBand MIMO算法
宽频带频率/阻尼自动识别
模态稳定图
宽频带频响函数曲线拟合
OMA运行模态分析
窄带OMA NarBand Full
环境激励下全功率谱密度估计
宽带OMA BroBand
半功率谱密度h-PSD估计
宽频带h-PSD曲线拟合
宽频带频率/阻尼自动识别
模态指示因子MIF
模态动画
振型相关矩阵MAC技术
MAC二维及三维图形显示
MAC表格显示

N-Modal软件包

NMOD 300: 响应模态分析软件包

该软件包可用于完成响应模态分析(ODS),可实现时域波形回放,或由测试数据经动态信号处理直接分析被试机械、结构在实际运行环境激励或人工激励情况下的响应模态。在周期运行激励情况,得到强迫响应模态;在宽带随机激励情况,则可得到结构固有频率和振型。本软件包还具有“模态快看”功能,可作为精确模态分析(包括试验模态分析和运行模态分析)前的快速预分析工具。本软件包包含以下功能模块:

  • 时域响应模态分析TD ODS
  • 频域响应模态分析FD ODS
  • 交互式几何建模与修改
  • 通用动态信号处理
  • 模态指示因子(MIF)
  • 响应模态振型动画显示
NMOD 330:试验模态分析软件包(基本型)

该软件包可用于完成单输入/多输出(SIMO)试验模态分析(EMA),包括单点锤击激励/多点响应测量,单参考点响应测量/逐点锤击激励,以及单激振器激励/多点响应测量的模态试验。本软件包在NMOD300的基础上,增加如下功能模块:

  • 选带单输入/多输出(SIMO)模态识别算法EMA SelBand SIMO
  • 单输入/多输出(SIMO)频率响应函数估计
  • 单输入/多输出(SIMO)频率响应函数(FRF)曲线拟合
  • 振型动画显示
  • 模态精度检验(MAC)
  • 模态数据输入输出
NMOD 340:试验模态分析软件包 (多输入/多输出基本型)

该软件包可用于完成多输入/多输出(MIMO)试验模态分析(EMA),特别适于多参考点响应测量/逐点锤击激励的多参考点锤击法模态试验,也可用于多激振器激励/多点响应测量的模态试验。对于复杂机械、结构可以得到准确结构。本软件包在NMOD300的基础上,增加如下功能模块:

  • 窄带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA NarBand
  • 多输入/多输出(MIMO)频率响应函数估计
  • 多输入/多输出(MIMO)频率响应函数(FRF)曲线拟合
  • 振型动画显示
  • 模态精度检验(MAC)
  • 模态数据输入输出
NMOD 350:试验模态分析软件包 (多输入/多输出增强型)

该软件包可用于完成多输入/多输出(MIMO)试验模态分析(EMA),可高质量地完成复杂结构的模态试验。除了EMA NarBand多输入/多输出模态识别算法,还包括两种选带MIMO模态识别算法(SelBand MIMO 1&2),更增加了功能强大、一次即可识别全部模态的宽带模态识别算法(BroBand)。本软件包在NMOD340的基础上,增加如下功能模块:

  • 选带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA SelBand MIMO 1
  • 选带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA SelBand MIMO 2
  • 宽带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA BroBand
  • 确定结构模态的模态稳定图
  • 宽频带模态频率和阻尼的自动识别
  • 宽频带频率响应函数(FRF)曲线拟合
NMOD 360:运行模态分析软件包 (基本型)

该软件包除了具有响应模态模态分析功能之外,还可用于机械、结构在运行状态下、利用环境或自然激励下测得的响应数据进行的运行模态分析(OMA)。
本软件包NMOD300的基础上,增加如下功能模块:

  • 窄带运行模态识别算法OMA NarBand Full
  • 环境或自然激励条件下的全功率谱密度估计
NMOD 370:运行模态分析软件包 (增强型)

该软件包除了可进行基本型运行模态分析,还具备了功能强大的宽频带运行模态识别算法(OMA BroBand),一次识别即可得到全部模态参数。该软件包在NMOD 360的基础上,增加如下功能模块:

  • 宽带运行模态识别算法OMA BroBand
  • 环境或自然激励条件下的半功率谱密度(h-PSD)估计
  • OMA BroBand 模态频率和阻尼的自动识别
  • 确定结构模态的模态稳定图
  • 宽频带模态频率和阻尼的自动识别
  • 宽频带频率响应函数h-PSD曲线拟合
NMOD 380: 全功能模态分析软件包

该软件包可用于完成时、频域响应模态模态分析、增强型试验验模态分析和增强型运行模态分析。包括NNOD 300、NNOD 350和NNOD 370中的全部功能模块。

可选功能模块

功能模块可附加于软件包之上,构成功能更为强大的专业模态分析软件包。

NMOD 130: 单入多出试验模态选带分析模块

该模块包含以下算法:

  • 选带单输入/多输出(SIMO)模态识别算法EMA SelBand SIMO
NMOD 140: 多入多出试验模态窄带分析模块

该模块特别适用于多参考点锤击法,包含以下算法:

  • 窄带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA NarBand
NMOD 150: 多入多出试验模态选带分析模块

该模块包含以下算法:

  • 选带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA SelBand MIMO 1
  • 选带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA SelBand MIMO 2
NMOD 155: 多入多出试验模态宽带分析模块

该模块包含以下算法:

  • 宽带多输入/多输出(MIMO)模态识别算法EMA BroBand
NMOD 160: 运行模态窄带分析模块

该模块包含以下算法:

  • 窄带运行模态识别算法OMA NarBand Full
NMOD 170: 运行模态宽带分析模块

该模块包含以下算法:

  • 宽带运行模态识别算法OMA BroBand
扩展阅读:
  1. 试验模态分析入门-Peter Avitabile教授模态空间系列中文翻译
  2. 振动:试验模态分析,辛辛那提大学R.J.Allemang教授 著,含matlab源码
  3. 模态激振器及其相关主题的31个常见问题