試驗設置及過程
試驗零件如圖1所示。此零件為泛亞汽車技術(shù)中心有限公司某型汽車底盤上的支架類零件。結(jié)構(gòu)比較復雜，有加強筋、空腔結(jié)構(gòu)。汽車零件結(jié)構(gòu)一般是應該放在與零件工作位置相同的邊界條件上進行模態(tài)試驗，這里按照客戶要求，將其按照自有邊界條件進行測試。如圖1所示，將試件放置于軟海綿上模擬自由邊界條件。
對該試件采用錘擊法來進行模態(tài)數(shù)據(jù)采集。將測點1固定為響應點，其余點為激勵點，用力錘逐一在激勵點敲擊，由COCO80完成模態(tài)數(shù)據(jù)采集。
這里設置COCO80的分析頻率為2.56KHz(COCO80里可直接設置分析頻率)，平均次數(shù)為4次，對激勵和響應信號加力-指數(shù)窗，并設置手動觸發(fā)模式。值得一提的是，COCO80由于其良好的動態(tài)范圍，無需像某些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集硬件那樣需要調(diào)整激勵信號的量級范圍，省卻了麻煩的步驟，并可以隨時改變觸發(fā)的量級大小。對試件進行一次敲擊，采集系統(tǒng)由激勵信號觸發(fā)，按照規(guī)定的參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集過程，得到的時域波形數(shù)據(jù)和頻響函數(shù)數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示，通過觀察這兩個窗口中的結(jié)果判斷試驗數(shù)據(jù)是否可以接受。主要的標準是時域波形中激勵信號不能存在多個極大值，響應信號具有良好地衰減，不存在泄露的情況，頻響函數(shù)較為平滑，在需要分析的頻段內(nèi)，相干函數(shù)沒有很大的衰減。通過觀察圖2和圖3，判定所得結(jié)果可以接受。點擊COCO80觸發(fā)窗口中的“接受”按鈕，進行下一次的敲擊。當達到該測點的平均次數(shù)后，選擇下一測點進行試驗，如圖4所示。在圖4所示步驟中，可以編輯測試點的號碼及方向，這為試驗提供了很大的靈活性。
模態(tài)數(shù)據(jù)的存儲是在試驗開始之前預先設定的，如圖5所示。選擇需要保存的信號種類及文件名，數(shù)據(jù)會在完成測點平均次數(shù)的錘擊試驗后自動保存在內(nèi)置的存儲卡上，測點的編碼和方向跟隨當前試驗的設定而變動。
圖9 Me’scopeVES模態(tài)分析軟件中模態(tài)數(shù)據(jù)顯示窗口
對于一般模態(tài)軟件，手動輸入坐標點的位置的作法比較常見。但是對于本試驗中如此復雜的零件，難以獲得精確的幾何尺寸。Me’scopeVES模態(tài)分析軟件的一個優(yōu)勢在于可以直接從Pro/E等CAD軟件中直接獲得試件的幾何尺寸(見圖6)，并可以采用在面上加測試點的方式，將測試點直接加到導入的幾何模型中(見圖7)，這無疑給了測試工程師一個良好的建模環(huán)境，增加了效率和準確性。
另外對于測試方向，由于零件幾何形狀十分復雜，以XYZ坐標形式來描述測試軸幾乎不可能。Me’scopeVES軟件提供了一個功能，手動旋轉(zhuǎn)單個或一組測試點(同時)的測試軸。如圖8中看到的，所有測試點的方向均為z軸，在操作Me’scopeVES時，所有測試點的z軸被旋轉(zhuǎn)至指定的方向，即測試點所在平面的法向。
在COCO80的數(shù)據(jù)管理軟件EDM中，COCO80得到的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為uff格式，在Me’scopeVES中讀取，并將測點和方向的信息一并讀取。
Me’scopeVES軟件具有優(yōu)良的模態(tài)分析功能和簡單的分析界面。將COCO80之前模態(tài)數(shù)據(jù)采集過程得到的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)導入Me’scopeVES工程文件的Datablock中，通過模態(tài)指示函數(shù)的計算和擬合、共振峰值頻率的計算以及留數(shù)的計算得到共振頻率、阻尼和振型數(shù)據(jù)文件。變換不同的振型文件將可以觀察在不同共振頻率下的結(jié)構(gòu)振型，如圖9所示。在顯示振型的同時，Me’scopeVES還可以通過移動數(shù)據(jù)窗口的游標顯示指定頻率下的結(jié)構(gòu)振型，與某階振型進行對比，同時給出MAC值(見圖10)，方便用戶判斷所得模態(tài)結(jié)果的正確性，所有模態(tài)的MAC矩陣如圖11所示。通過觀察圖11，認為所得到的模態(tài)結(jié)果比較可信。
圖10 對比第二階模態(tài)振型(左) 和指定頻率下的振型(右)
圖11 模態(tài)置信度（MAC）矩陣
需要指出的是，Me’scopeVES軟件在模態(tài)分析的操作上是及其簡便的，通過對各個傳遞函數(shù)的模態(tài)指示函數(shù)的計算得到曲線擬合點的位置，然后進行曲線擬合得到頻率和阻尼，進而得到模態(tài)振型。在得到上述模態(tài)參數(shù)之后，Me’scopeVES軟件還提供了多輸入多輸出建模仿真功能(MIMO modeling &simulation)、結(jié)構(gòu)動力學修改(Structural Dynamics Modification)、與有限元網(wǎng)格結(jié)果結(jié)合進行試驗有限元分析(Expeimental FEA)及有限元模型更新(FEA Model updating)。借助于之前精準的模態(tài)試驗結(jié)果，Me’scopeVES軟件可以有效地開展這些更具工程價值的分析工作。
結(jié)論
采用COCO80和Me’scopeVES結(jié)合進行模態(tài)試驗的做法，既發(fā)揮COCO80靈巧輕便的特性，又包含了Me’scopeVES在試驗建模上的簡便性和模態(tài)分析功能的完備性。該方案完全滿足模態(tài)分析的需要，并能在一些工程性的需求上，給出獨特地解決方案，這些將為測試工作帶來很高的效率。