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）
某天我做了一次测试，隔天又做，测试结果看上去不一样。这怎么可能？
我们看一看这个测量结果，去看看发生什么了？
2014年04月21日 发布 ver1.0
我们在过去讨论过很多不同的测量问题，但这个真的需要注意。当然从某一天到第二天或者从一小时到下一小时甚至从一星期到下一星期，测量结果之间总有差别；当我们测试结构时，这通常是些细微的差别，我们需要接受并忍受 – 这是正常的变化。
但是，作为我们能够预期见到的变化，你展示给我的测量结果跟我们通常所见的非常不同。在这个特殊的测量结果中，低频范围内变化很小，而在高频范围内有很明显的引人注目的变化。
所以我们检查所测的这个特殊测量结果，并讨论下发生了什么事。我们要追踪的主要点是系统测试过程中试验的夹具可能起到了非常重要的作用。
所做的测量是针对一个小型风力发电机叶片。要在“固定”或“夹紧”的条件下进行叶片测试。叶片本身重不到2磅，连接到一个800磅的光学平台上。现在对叶片来讲，这个光学平台确实够大，足能充分地模拟固定的条件。事实上，对这个结构存在一个分析模型，根据这个模型存在预测的固定模态。尽管这个分析模型从来不够完美，并且开发这个模型时做了近似，对于这类简单的结构，在简单的几何布局条件下，可以预期模型是相当精确的。
所以在叶片连接到光学平台的条件下，做了第一个频响函数。利用一个FFT分析仪，借助于常规的锤击测量方法进行锤击和响应测量。用实心安装块将叶片连接到光学平台上，用一些螺栓连接风机叶片和光学平台之间的块体（作为垫块）；由于叶片几何外形上曲度的原因，这是有必要的，以允许悬臂的叶片和光学平台之间有空隙。
测量结果总体上看起来可以接受，测量结果的相干也可以接受。频响函数如图1所示，附带了试验设置的图片。对测量结果的低频部分不感兴趣，它被隐藏在试验设置图片的后面了。
图1 – 频响和试验设置 – 周五
因此所做的第1次测量结果看起来是可以接受的。现在这个测量结果是在周五下午做的，接下来的星期，要做一些其他的试验。在周一上午，作为良好的习惯做法，在进行平衡试验之前，重复进行了测试。第2次测量结果在整体上看起来同样是可以接受的。频响如图2所示，附带了试验设置的图片。还是对测量结果的低频部分不感兴趣，它被隐藏在试验设置图片的后面了。
图2 – 频响和试验设置 – 周一
但是周一上午做的测量结果跟周五做的看起来不一样，这让好多人迷惑不解。图3显示了两次测量结果重叠在一起的比较。
幸运的是有人认识到这些显著的差别，并且停下试验来判断可能是什么引起了测量结果上的如此显著的差异。图3清楚地表明低频模态完全相同，有可以预料的正常的变化。但是在测量结果中高频范围内有巨大的差异，就像是它来自于完全不同的结构。
图3 – 周五与周一的测量结果对比
显然第1个念头就指向了连接叶片到光学平台的夹具。但是检查结合点，紧固和重新装配结合点并没有造成任何可以察觉到的差异。
所以当我第1次观察这个测量结果，我立即怀疑在两次试验中可能是不同的东西，或许归因于某种调谐吸振器作用。我得出这样结论的原因是因为在低频范围内频率有普遍的移动，它可能是由调谐吸振器作用造成的。
所以经过一些检查工作，并咨询了一些关于两次试验之间可能有什么差别的一般问题之后，关于问题可能是什么的一些想法冒出来。在其他更多的问题和进一步审视试验设置的图片之后，有一件事情引起了我的注意。
后来才发现，实验室经理非常关心安全，如果在试验设置周围有人不小心，连接到光学平台的从叶片和块体突出出来的三个螺栓可能会引起某种伤害。所以作为预防措施，实验室经理拿一些软泡沫压到长螺杆上。（现在，这种泡沫基本上是软的包装泡沫，你可以在电子产品的包装中见到，非常轻，真的无论如何也没有什么结构上的影响。）但是…
那个泡沫确实具有非常，非常微小的质量，在长螺杆的端部具有改变螺杆悬臂模态的作用。并且说起来也奇怪，使悬臂螺杆频率移动得恰好跟叶片某阶固有频率一致。这就使得两阶模态分裂为一个非常传统的调谐吸振器作用。毫无疑问这种作用非常大。
如果你不相信可能发生这个，但事实上这就是问题的根源，那么请放心吧，结构又进行了5次额外的试验，在螺杆上连接或者不连接小块的包装泡沫的情况下，所做的每次试验都重现了从周五到周一的两组试验结果。
所以，这里最根本的是在任何动态测试中夹具会对测量的数据产生影响。本例中，对于叶片的第5阶模态，观察到的影响非常大。对所有进行的动态测试，在所有的夹具方面都必须小心。你从来都想不到会发生什么事！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…