前言

試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析作為一種技術(shù)手段，主要目的是對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析得到其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，根據(jù)所得參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)修改。在結(jié)構(gòu)安全性方面，試驗(yàn)模態(tài)分析結(jié)果可以給出結(jié)構(gòu)動(dòng)力安全性方面的設(shè)計(jì)依據(jù)。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析還可以作為聲振耦合分析的一部分，分析固體結(jié)構(gòu)振型與外輻射聲場(chǎng)的關(guān)系，以及診斷和預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)故障和辨識(shí)系統(tǒng)載荷。

試驗(yàn)條件

試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析作為一種成熟的技術(shù)手段，涵蓋了多種學(xué)科的知識(shí)，其過(guò)程包括：測(cè)點(diǎn)編號(hào)及方向定位、幾何模型建立、激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)加窗、FFT處理、互譜自譜及頻響函數(shù)計(jì)算、模態(tài)參數(shù)識(shí)別、振型動(dòng)畫(huà)顯示。在試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析之后，可進(jìn)行MIMO動(dòng)態(tài)仿真及對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改。一個(gè)成功的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析需要有良好的試驗(yàn)條件：優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集硬件、功能完善的模態(tài)分析軟件、性能穩(wěn)定且測(cè)量準(zhǔn)確的傳感器及經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員。

在本案例中，我們采用了美國(guó)Crystal Instrument公司的手持式動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析儀COCO80和美國(guó)Vibrant公司的Me’scopeVES模態(tài)分析軟件。

圖1 汽車(chē)底盤(pán)支架零件

圖2 COCO80時(shí)域塊信號(hào)(激勵(lì)和響應(yīng))

圖3 COCO80實(shí)時(shí)得到頻響和相干函數(shù)

圖4 激勵(lì)點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)設(shè)置

對(duì)于聲和振動(dòng)分析，所采用的數(shù)據(jù)采集硬件是有一定要求的：必須具備高精度、高動(dòng)態(tài)范圍、高采樣率、試驗(yàn)規(guī)定的通道數(shù)及通道間的信號(hào)的高同步精度。COCO80作為一款性能非常優(yōu)良的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，具有24位A/D轉(zhuǎn)換精度，120dB動(dòng)態(tài)范圍，102.4KHz最高采樣頻率，輸入通道數(shù)可選2/4/8/16，通道間相位誤差±0.02度、幅值誤差±0.02dB。在對(duì)試件進(jìn)行激振器激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)時(shí)，通常需要數(shù)據(jù)采集硬件具有高精度的信號(hào)輸出功能。COCO80具有輸出DC-40KHz的頻率范圍，24位A/D轉(zhuǎn)換精度，電壓范圍±10V、輸出信號(hào)種類(lèi)有正弦、方波、三角波、白噪聲、粉紅噪聲(Pink Noise)、chirp及掃頻信號(hào)。COCO80內(nèi)置多種數(shù)據(jù)采集功能，可實(shí)時(shí)進(jìn)行觸發(fā)、加窗、平均、FFT計(jì)算、頻響函數(shù)計(jì)算甚至還包括倍頻程、聲壓級(jí)、階次分析和沖擊響應(yīng)譜的功能。對(duì)于試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，COCO80具有模態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，專(zhuān)門(mén)用于試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程的采樣頻率、觸發(fā)、平均次數(shù)、窗函數(shù)類(lèi)型和信號(hào)存儲(chǔ)方式進(jìn)行選擇，可對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)和測(cè)試方向的編輯，還可以自動(dòng)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)編號(hào)。這些特性讓COCO80成為一款理想的模態(tài)數(shù)據(jù)采集前端。

圖5 模態(tài)數(shù)據(jù)保存設(shè)置

圖6 支架零件Pro/E 3D模型

圖7 Me’scopeVES中生成激勵(lì)點(diǎn)位置

圖8 Me’scopeVES生成的激勵(lì)點(diǎn)方向