45.模态空间05.06-为什么一个系统部件的稳态图显示出某些模态,而SUM或MIF没显示出?

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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为什么一个系统部件的稳态图显示出了某些模态,而SUMMIF却没有显示它们?

我们观察一下测量结果,并看一看这到底是怎么回事?

 2014年06月01日 发布 ver1.0

跟你的问题所陈述的比肯定还有更多的内容。我猜你正在一个结构上进行模态试验,但是在模态试验过程中,你没有测量系统的所有重要的模态活动部分。

现在我的意思是指什么?嗯,很多时候进行模态试验时,只关心一部分结构,除了你实际需要测试或者投资要测的部分,没有人想让你花费任何时间去测试其他部分。在现实的试验室环境下,这是经常发生的事情。例如,假如你试图解决汽车结构的底板上的振动问题。现在你首先想到的可能是,你不想在汽车的排气系统上进行测量 – 因为你只关心底板。

当然,当你只在底板上进行测量时,汽车结构的其他部分并没有从底板测量的结果中分离开来。这意味着测得的结果看到了全部系统的响应。现在确保底板上的大多数测量结果主要是由于底部的响应引起的。但是也还有系统其他部分的影响,在测量结果中观察得到。它们的响应可能不强,但它存在。所以底部上的测量结果也含有结构其他部分的影响,例如排气系统、座椅系统,等等。不可能完全分离出这些其他系统的响应。当然了,除非将底部从结构上拆下来,单独试验。但是,如果这样,底板模态不具有跟组装到系统上一样的边界条件,所以这种单独试验的模态有可能提供不了对系统响应的深入了解。

这是个问题,几乎在任何结构上进行的很多试验模态测试中都可以见到。它可以是一个汽车结构中的底板,或当感兴趣的唯一区域是颤振研究的机翼模态时,它可以是一个壳状结构的机身模态。或者它可以是…好了,我就是没有足够多的地方列出所有可能的情形。但是尽管放心,几乎在将要进行模态测试的每个结构上,它都是一个普遍的问题。

所以为了说明会发生什么,我进到试验室,利用一个已有的结构,它具有很多的局部模态,几个全局模态,还具有接合面问题引起的某些非线性行为 – 恰是一种典型的结构,我经常用来说明这类你曾经描述过的问题。结构如图1所示,设置为进行某种激振器试验。这个结构包括一个非常硬的外框和一个非常柔的板结构,板用一种夹持装置托住。注意,激振器设置为只对结构的外框进行试验,并且在最初的试验中,加速度计仅仅布置在这个外部结构上;最初,在面板结构上没有测量结果,因为它不是当务之急(或者假定是这样的)。

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图1 – 加劲肋平板结构

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图2 – 框架结构上的驱动点频响

现在仅仅利用框架结构上的测量结果,形成一个稳态图,如图3所示。注意在这幅图中,非常稳定的极点远远多于3个。SUM函数和MIF函数很好地显示出了3个峰,但是其他的峰根本没有很清楚地显示出来。所以这个稳定图像是识别出了很多的模态,比根据SUM和MIF函数看起来可以解释的还多。

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图3 – 来自单独框架频响的稳态图和MIF

现在,问题是结构具有很多的模态,比结构的框架部分上容易看出来的还多。这个面板具有很多阶模态,它对结构框架部分的响应具有非常小的贡献,但是仅在框架上所测的结果中可以看出它们的影响。这就是说,在稳态图中可以看见系统极点,即使SUM和MIF根本没有很好地显示出这些峰。

现在我们进行一组测量,包括结构的面板部分。面板上的驱动点频响如图4所示。注意,在这个测量结果中有很多的峰,比前面图2中的驱动点频响中看到的更多。(注意:这些测量结果含有非常严重的接合面碎屑的影响以及具有非线性特征,但是在本次讨论中,这个结构非常适合于说明所关心的局部模态影响)

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图4 – 面板结构上的驱动点频响

现在利用外框以及面板上的所有测量结果,图5所示的稳态图、SUM和MIF函数看起来提供了一个更为清晰的图形,显示出前面图3稳态图所示的全部的额外模态。

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图5 – 利用全部频响的稳态图和MIF

所以现在对于频带内有多少阶模态、为什么前面的稳态图没有提供有用的信息就变得更加清楚了。为了利用这些工具来解释测量的数据,采集足够多的一组频响来充分地地描述结构的所有动力学特性是非常重要的 – 不仅仅是最关心的那结构部分。在工业领域中我经常遇见这种情况发生。关于系统的一部分的问题出现了(或者在合约上,你仅仅负责系统的一部分),并且仅仅在系统的那个部分进行测量。得到的数据仅仅包含难题的一片儿拼图。如果仅仅采集了一少部分数据,模态识别工具的使用会变得让人困惑。很多时候为了理解系统的完整的动力学特性,不仅仅是你的“关心区域”可能需要测量。

我希望我已经解答了你关于稳态图解释的问题。如果你有任何关于模态分析的任何其他问题,尽管问我好了。

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