63.模态空间08.06-锤击试验时某些测量结果中的相干好于其他结果的。我做错什么了吗?

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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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锤击试验时,某些测量结果中的相干好于其他测量结果的。我做错什么了吗?

确实有些问题要讨论。

 2014年05月15日 发布 ver1.1

好吧 – 这是测量结果质量的另一个方面,需要讨论。目前,锤击试验是得到结构系统描述的频响函数的最为普通和流行的方法。锤击试验是一种非常经济的频响测试方法。另外,锤击试验非常容易设置,对现场试验来说极其便携。由于进行测量的易用性,锤击试验在很多工业和应用中被广泛使用。

但是进行锤击试验时,有各种各样的问题需要认识。有些问题与双击、预触发延迟、与信号总体有效值水平相比为高峰值电压、非线性系统,等等有关。锤击试验时,这些常被称为“值得关注的问题”。为什么锤击试验结果可能具有的相关值有没有期望的那样令人满意?它们常常成了的辩解理由。但是它们可能不是唯一的原因 – 在本文中,我希望讨论一个非常重要的注意事项,锤击位置对得到的频响函数和相干的影响。

进行锤击试验时,输入锤击位置对得到的频响函数具有非常重要的影响。并且,在每组平均数据测得的相干函数上可以看出来这一点。首先,我们测得一组结果,在试验过程中,在锤击位置上加以小心,来展示一个非常好的高质量测量结果。接下来,在相同的结构上将测得一些“不甚完美”的锤击结果,来展示相干的劣化。

结构非常简单,期望有非常好的测量结果。进行典型的锤击测量,得到结构的驱动点频响函数。选择采样参数,以便在一次样本记录中,可以完全观察到输入力和响应加速度。这就不需要在测得的输入或输出信号上加任何窗函数。

测得的频响(下面的曲线)和相干(上面的曲线)如图1所示。注意,这个频响函数测量结果看上去非常好,本次测量结果的相干也很好。大多数频率范围的相干非常接近于1。在反共振区域相干有少许的降落,但对本次测量结果不是问题。(注意,可以预料反共振区域的相干的降落,因为结构在这些频率上没有响应,则系统响应跟测得的输入信号在关系上不太相干。)

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现在,在这第一次测量结果中,极端小心地确保每次平均都是在同一个位置同一个方向上的锤击结果。锤击试验时,这是非常重要的注意事项。

为了说明不小心会怎样,进行测量,其中故意在一个非常靠近期望输入位置的区域内进行各次平均,但是实际的输入位置有少许变化。经过相同次数的平均,频响(下面的曲线)和相干(上面的曲线)如图2所示,对这次测量结果,每次锤击位置有一些变化。尽管频响函数看起来不错,但看得出来,在整个频率范围内相干有些明显的劣化。尽管相干在频响函数峰值的紧邻区域内可以接受,但总体相干是糟糕的。

Jun08-Fig02

在频响函数的反共振区域内,相干受到的影响最严重。这是因为尽管共振是系统的全局特性,但在性质上反共振区域却绝对不是全局的。反共振区域极其依赖特定的输入-输出测量位置。因为在锤击试验过程中没有小心地保证所有锤击敲在同一个位置,对于构成测量结果总体平均的每次输入输出结果,反共振区域都改变了。于是,从一个测量位置到下一个测量位置,结果中有不一致性,相干反映出了这一点。

进行另外一组平均,锤击位置保持不变,但每次平均过程中,允许改变锤击激励的角度。本次测量结果的频响(下面的曲线)和相干(上面的曲线)如图3所示。跟前面的例子类似,相干也变糟了。在反共振区域内,本次测量结果同样缺乏一致性。

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对图2、图3所示的这两种情况,相干几乎都不如图1所示的测量结果那么好。这是由于锤击位置不一致造成的 – 每次测量,不管它是没有锤击在同一个位置还是没有保持一致的敲击角度。两种情况都清楚地表明了测量结果相干的劣化。对构成全体测量结果的每次平均都需要保持一个控制良好的、准确的锤击激励。

这里展示这些例子,是因为在锤击试验过程中这是非常普遍的问题。当要测量很多位置,试验持续很长时间的时候,情况更是如此。一般来讲,在整个试验过程中,随着时间的进行,很容易变疲劳,不容易保持一致的锤击。当锤击位置处于结构四周、顶部或者底部不方便的位置的时候,这种情况也是很常见的。在结构上到处爬动(并且经常处于一种不自然的姿势)时,对构成测量结果的所有平均,保持一致锤击是很不容易的。

所以,进行锤击试验时,值得提醒的是…对构成频响函数的每次平均,一定要确保敲击在同一个点,在同一个方向上,以保证对所有的测量结果得到一个总体令人满意的相干。

我希望这个讨论消除了锤击试验时担心相干可能变糟糕的问题。尽管有很多其他项会影响相干,但这是有影响的一项。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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