MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD
模态空间 – 在我们自己的小世界中 Pete Avitabile(著) KSI科尚仪器 董书伟（译）
试验设置和刚体模态对于感兴趣的高阶模态有什么影响吗？
我们讨论一下这个问题，举一个例子来说明
2014年05月25日 发布 ver1.0
这个问题很多时候被提到。在这种特殊情况下，这个问题是相对飞机地面振动试验提出来的。人们关心的事情在于，如果采用不同的支撑方式，这会影响系统所测的弹性体模态吗？如何影响？
现在，这里有一些非常重要的问题要回答。在一篇文章中不可能回答所有的问题，但至少介绍一些概念，可以提供一些能更好地理解这个问题的可行方法。
为达此目的，我想要展示一些近期在试验室内采集的，进行锤击测试的复合材料平板试样的数据。试验的主要目的是要确定一种使用新材料配方的复合材料的阻尼，将这些结果跟常用的商品化复合树脂进行对比。
首先要做的事情之一是，将第一个原型平板进行一些不同的设想试验布置方式，来确定试验布置是否对得到的结果有明显的影响。因为平板是非常轻质的结构，研究了很多不同的设置方式。这里只展示四种不同的方式来说明可能会产生的某些差异。复合材料板支撑在一个非常软件的弹性系统上，利用多参考点锤击技术进行锤击测试，用了3个参考加速度计。在四种不同的支撑方式下进行锤击试验，如图1所示，同时显示了其中一次试验设置的照片。其中一次设置方式所测的典型频响函数如图2所示（仅供参考）。
图1 – 复合材料平板试样四种不同试验支撑方式的示意图
图2 – 在复合材料板上测得的典型频响
利用实模态提取方法进行了数据缩减，前四阶模态的结果如下表所示。结果看上去都相当一致，除了结构的第1阶模态。在不同的设置方式中有一个明确的差别。在频率结果上，大多数模态的频率误差小于1%，除了第1阶模态，它显示出达到了5%的误差。（现在，关于纤维排列方向和其他因素，我们可以争论，但最重要的是有差别。）
值得注意的是，刚体模态大大低于系统第1阶弹性体模态。（从所示的测量结果上很难看出来，但是刚体模态接近于1Hz。）这意味着刚体模态和系统第1阶弹性体之间的比值远超过10:1。但是注意到第1阶弹性体模态确实受到支撑方式的影响。
大家总是说，只要有大约10:1的频率比，刚体模态和系统弹性体模态之间就没有影响。但这真的依赖于你接受什么样的“足够近似”。在这种情况下，如果你愿意接受5%的频率误差，那么有可能我们能够同意，刚体模态和弹性体模态之间在40:1比值的条件下，刚体模态对这个系统的弹性体模态“基本上”没有影响。但这一点你需要核实，并且你需要让人们同意这是可以接受的。它确实依赖于你需要你的数据要何等的准确。这将总是因情况不同、行业不同以及试验条件的不同而变化的。
在这些复合材料板的情况下，进行了很多模态试验，对所有的结果进行了仔细的比较。并且不仅仅比较了频率。也对模态振型进行了比较，以确定从采集的数据中可能观察到的误差。你不但需要检查频率还要检查振型。
必须询查采集的数据以确定由于不同的试验条件而导致频率和模态振型将如何变化。模态振型可能是感兴趣的参数，或许在模态振型上有非常小的差异。或者有可能，对于在评估阶段的设计，频率是敏感参数。这确实依赖于当前的应用。
那么你该怎么办？嗯…如果有分析模型，那么研究不同的边界条件对于频率和模态振型二者的影响是件很容易的事情。利用商业化的向量相关分析工具可以容易地评估每种条件，来确定对上报的频率和模态振型的影响。这可以在进行实际试验之前做来确定，如果真有的话，可能观察到什么影响。用这种方法可以对模态特性上的预期变化进行一定的评估。进行分析来确定特性上的这些变化可能怎样影响最终的系统响应。如果影响严重，那么需要仔细地评估试验支撑条件的影响。但是如果系统响应的结果差别不明显，那么试验支撑条件的影响可以认为不关键。但是需要有人做这种评估。使用的经验规则肯定是 – 必须深入地评估它们，而不应该盲目地遵从它们。并且记住，试验支撑的刚度上的改变对所有的频率必然有影响。如果你增加了刚度，频率必然往上转移 – 问题是频率迁移了多大？它重要吗？或者可以测出它吗？
我希望这个小小的讨论已经解释清了试验设置对于频率和模态振型的影响。你需要仔细地评估这种影响。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
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延伸阅读[new]： 《振动：解析与试验模态分析》辛辛那提大学教授Randall J. Allemang博士 编著 KSI科尚仪器 董书伟 翻译…