4.模态空间98.08 — 模态测试移动力锤还是移动加速度计有差别吗?

MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD

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

Aug98-01模态测试移动力锤还是移动加速度计有差别吗?

嗯… 那要看情况了

让我们解释会有什么差别?

从根本上讲,模态试验中移动力锤和移动加速度计之间没有什么差别。假若采集到了相同的测量结果,那么这个结论是正确的。让我通过讨论,来解释这个关于模态试验的看似简单、实则非常复杂的问题。

先前用一个2通道的信号分析仪进行模态试验时,进行锤击试验是相当简单的。通常加速度计固定不动,力锤在结构上逐点移动。一般情况下,我们在每个测点位置,沿着x、y、和z向对结构进行脉冲激励,以得到频响函数,频响函数是相对于固定不动的加速度计的参考点位置的。但是,当我们开始用多通道的信号分析仪进行相同的试验时,尚有些许差别需要注明。让我们考虑一个锤击试验,9个测点示于结构之上。并假定我有一把冲击力锤,一个三轴加速度计,和一套4通道的FFT分析仪或采集系统。

Aug98-Fig01

一种试验的方法是,将三轴加速度计固定于一个确定的位置,然后在所有9个测点位置,沿某个方向进行锤击。那么对这个结构,我们可以得到27个频响函数。另一种试验方法是,在某一个测点位置,沿某一个方向进行锤击,然后将三轴加速度逐步移动到所有9个测点位置。我们再次得到27个频响函数。那么这两种情况下,我们仅仅是沿着某一个方向进行锤击,测得了27个频响函数。

但是这两种试验一样吗?乍看之下,你或许认为这两种试验方案应该得到相同的结果。为了证实这是对的还是错误的,让我们来一步一步深入这个测量过程,并且对每种试验方案,列出实际上得到了什么样的测试结果。

试验方案#1

假设我们想要进行方案#1所示的模态试验。这个试验中,三轴加速度计固定于测点9位置不动,然后测量x、y、和z向的输出。输入力锤激振力仅是沿着z向施加,并且逐点移动到所显示的9个测点位置。

现在,根据这个试验方案,让我们列出将要采集的每个频响函数。沿z向锤击测点1时,在9x、9y、和9z位置测量响应。则对于第一次测量,测得的频响函数为9x/1z、9y/1z、和9z/1z。接下来,沿z向锤击测点2,并在9x、9y、和9z位置测量响应。这组频响函数为9x/2z、9y/2z、和9z/2z。这里我们可以一直继续下去,但我认为你应该能找到窍门了。可是,我们实际上测得了什么呢?让我们对频响函数矩阵中的所有这些测量结果进行整理,看看得到了什么。

Aug98-Fig02

仔细观察这个频响函数矩阵时,我们注意到,仅仅测得了这个矩阵的三个不同行的部分元素。因此,只能得到系统特性的三个局部描述。另一方面,在每个局部描述中,我们仅能观察到沿z向的特征信息。如果只是在z向有运动,这没有问题。但是,当沿x向激励结构时,倘若沿z向有明显的运动,又会怎样呢?我们仅仅测得了沿z向激励引起的响应!

试验方案#2

现在,假设我们也要进行方案#2所示的模态试验。这个试验中,力锤仅是沿着z向在测点9位置进行锤击。三轴加速度计逐点移动到本试验所示的9个测点位置,测量x、y、和z向。

现在,根据这个试验方案,让我们列出将要采集的每个频响函数。沿z向锤击测点9时,在1x、1y、和1z位置测量响应。则对于第一次测量,测得的频响函数为1x/9z、1y/9z、和1z/9z。接下来,移动加速度计到测点2,并在2x、2y、和2z位置测量响应。这组频响函数为2x/9z、2y/9z、和2z/9z。那么,我们实际上测得了什么呢?让我们再次对频响函数矩阵中的所有这些测量结果进行整理,看看得到了什么。

现在我们注意到,已经测得了频响函数矩阵的完整的一列元素。那么我们可以在一个更为完备的意义上去描述系统响应。我们已经测量了足够的频响函数,这样可以描述所有测点的系统响应。当然,我假定了沿z向的测点9处的参考点位置不是某一阶模态的节点!

那我应该怎么做呢?

所以尽管在这个平面上,两次试验好像是相同的,但实际上它们有差别!!!那么我该如何改变这些试验方案,以便测得相同的数据。嗯,有两种方法。首先,方案#1按如下方式进行改变。例如,不用三轴加速度计,相反我们用一个单轴向加速度计来采集9z位置的数据。但不同的是,需要沿x、y、和z向来施加锤击激励。这样,采集到的数据将是频响函数矩阵的一行,并以9z为参考点。假设互易性成立,则这个数据与方案#2中采集的数据完全相同。

另一种保证采集到相同数据的方法如下。在方案#1中,需要用力锤来激励x、y、和z向。于是移动的力锤就需要沿着所有三个方向进行锤击。在方案#2中,锤击于测点9位置固定不动,沿着所有三个方向对结构进行激励。那么这两次试验会生成频响矩阵的3个完整的行或列元素。

这会儿你对此或许仍然有点摸不着头脑。你听到这个问题,第一次就能理解,我知道这不容易。让自己明白的最好方法是写出所有你打算采集的频响函数测量结果,要保证至少可以采集到频响矩阵的完整的一行或一列元素。

我希望这个简单的解释有助于澄清你的问题。需要仔细思考你要进行的测量。记住我总说的话:“思考不是可有可无的,而是必须的!”。如果你有关于模态分析的其他任何问题,尽管问我好了。

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