34.模态空间03.08-在结构关心部分进行模态测试,很多模态看起来一样!我做错什么了吗?

MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD

模态空间 – 在我们自己的小世界中     Pete Avitabile() KSI科尚仪器 董书伟(译)

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 我在结构的关心部分进行模态测试,很多模态看起来一样!我做错什么了吗?

我们讨论一下这个问题。

2014年05月19日 发布 ver1.0

这是另一个常见的问题,我在试验模态测试中经常遇到。很多时候,你或者你的公司仅仅对一部分结构或者系统部件感兴趣。所以你立刻把注意力仅仅集中在总体结构的那个部分区域上,因为这是你的责任范围或关心区域。这似乎是合理的,尤其是因为你可能不想测试整个系统。(啊 – 如果生活可以如此简单!)

遗憾的是很多时候这或许是不可能的。多数时候系统上的不同部件或者系统的不同部分之间有明显的动态耦合。不可能仅仅测量你感兴趣的结构部分。当然,你确实可以仅仅测量感兴趣的结构部分,但是很多时候,系统上的子系统的不同部件之间可能有明显的动力学交互作用。对试验模态测试,如果仅仅在结构的部分区域采集结果,则模态振型可能令人困惑,因为不知道整体结构上的总体模态振型。就好像在你眼前放上眼罩,只观察一部分结构 – 这会使用户感到非常迷惑。很多时候,人们会对这类测试数据发表评论说,有两个一阶弯曲模态或者两个一阶扭转平板模态,等等。显然这完全不可能!不会有两个一阶系统模态。但是从你受限的视角看上去确实好像有两个完全相同的模态。

最近,我见到一个框架类型结构的模态试验,不同的高度上有不同的平台。在一个平台表面进行试验模态测试,因为这个特殊的平台上安装了一些重要设备。

因为只在这个平台采集数据,有很多看起来像是相同(并且几乎完全相同)的模态。显然问题是只识别了部分整体模态振型,不能对整体模态振型提供一个清楚的认识。

作为这种问题的一个例子,用一个由支撑立柱隔开的简单双平板结构来展示典型的FRFs和根据试验模态分析得到的模态振型。一种情况是只测量一个平板,另一种情况是两个平板都测(但为了使这个问题的解释简单化,只考虑垂直运动)。上部平板的一个典型驱动点FRF和另外一些典型的跨点FRFs如图1所示。

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图 1 – 驱动点频响和典型跨点频响

在减少数据的情况下(只考虑结构的上部平板),对FRF中看到的前4个峰,试验模态振型展现出两个非常类似的扭转模态和两个非常类似的弯曲模态。这些模态振型如图2所示。显然,这是不可能的 – 但是,在部分结构上的有限测点情况下,这完全有可能。

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图 2 – 上部平板部件的模态振型

为了更好地了解结构的“实际”模态振型,用一组更多的点来描述FRF矩阵。这些FRFs用来确定整个系统的模态振型,对FRF中的前2个峰,如图3所示。显然,额外测点的增加区分清了上部平板的实际模态振型跟其余结构的关系。在很多结构中,当只对整个结构或系统的一小部分区域进行测试时,这种现象常常发生。

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图 3 – 上部平板部件连同整体结构的模态振型

在这个简单的例子中,很明显必须得到整个系统的模态振型,否则可能让人困惑。但是,当测试复杂结构时,不能进入整个结构,这种情况也常常发生。这种情况可能发生在有不容易进行测试的内部部件的条件下。这些内部部件可能极大的模态能量,与结构或系统的一阶或多阶模态有关系。在这些情况下,因为不可能在结构的内部布置仪器,所以仅能得到一部分整体模态振型。只要想象一下在两个平板的例子中,如果下部平板看不见,或者被某种外部遮蔽物或罩子盖住了。如果下部平板得不到,测量结果可能只展示出与上部平板相关的部分模态振型。这种情况下将存在相同的问题。

这种情况对结构常常发生,在那里,仪器不能触及到结构上的所有部分,或者对模态测试,需要某种拆解才得以进入结构的全部相关区域。在这些情况下存在相同的问题。所以,测试结构时,其中,不容易接近内部部件或者子系统,小心是很重要的 – 可能有结构的关键区域,含有确定系统模态特征的关键信息。

我希望这个解释回答了你的问题。如果你有关于模态分析任何其他问题,尽管问我好了。
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