銳達(dá)公司使用Spider-80Xi 與EDM-Modal 做錘擊法模態(tài)試驗培訓(xùn)圖

 

錘擊法模態(tài)試驗可以分為兩類：移動力錘固定傳感器和移動傳感器固定力錘。每種方法都有各自的優(yōu)點和缺點。

在一個方向上用單軸加速度傳感器做模態(tài)錘擊試驗，當(dāng)我們采用移動力錘固定傳感器方法時得到頻響函數(shù)FRF矩陣的一行，當(dāng)采用移動傳感器固定力錘方法時得到FRF矩陣的一列。當(dāng)?shù)玫紽RF矩陣的一列時，我們可以交換每個FRF響應(yīng)和激勵的位置，從而得到FRF矩陣的一行。接著用曲線擬合一列FRF矩陣元素，可以求得試驗結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

然而，一些測試使用多個加速度計或在多個方向測量數(shù)據(jù)。盡管基本原理和采用一個單軸加速度傳感器相同，但在進(jìn)行試驗時必須確保FRF矩陣有完整的行或完整的列。如果所得到的FRF矩陣不包含完整的行或完整的列，則無法得到結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型和阻尼。

一個單軸和三軸加速度傳感器的不同的錘擊試驗方法

 

1.移動力錘固定傳感器

響應(yīng)測量點固定在圖1點3，力錘可以敲擊整個結(jié)構(gòu)任意位置。這種方法的缺點是測量時間長。另一個缺點是難以激勵起復(fù)雜的被測結(jié)構(gòu)的模態(tài)。這種方法的優(yōu)點是不會引入的附加質(zhì)量效應(yīng)。

圖1 移動力錘試驗

2.移動傳感器固定力錘

激勵點固定在圖2點1，加速度傳感器可以在整個結(jié)構(gòu)上移動。這種方法有助于激勵起復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的模態(tài)。如果使用多個加速度傳感器可以縮短試驗次數(shù)。然而，移動傳感器會引入附加質(zhì)量效應(yīng)，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖2 移動傳感器試驗

 

現(xiàn)在我們來看一個例子，目的是測試結(jié)構(gòu)的三維模態(tài)。獲取一個結(jié)構(gòu)的三維模態(tài)需要從三個方向獲取數(shù)據(jù)。

 

1.移動響應(yīng)點（三軸加速度傳感器）固定激勵點

在固定點（如點1）對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵，移動三軸加速度傳感器，采集結(jié)構(gòu)在x、y和z三個方向上的響應(yīng)，從而獲得FRF矩陣完整的一列。這個方法的優(yōu)點是比較容易激勵起結(jié)構(gòu)的模態(tài)。然而，移動三軸加速度傳感器會產(chǎn)生質(zhì)量附加效應(yīng)。為了減輕這種效應(yīng)的影響，可以使用質(zhì)量小的三軸加速度傳感器。

圖3 移動響應(yīng)點（三軸加速度傳感器）

 

2.移動激勵點固定響應(yīng)點（三軸加速度傳感器）

將三軸加速度傳感器固定在一個位置（如點1），移動力錘在z方向激勵結(jié)構(gòu)，得到如圖4的FRF矩陣元素（黑色）。

圖4移動激勵點（只在z方向激勵）固定響應(yīng)點（三軸加速度傳感器）

 

上述FRF矩陣是不完整的，因為沒有得到傳遞函數(shù)矩陣的一行。因此用曲線擬合不能夠得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

為了得到完整的矩陣，每個激勵點都必須在x、y、z三個方向上進(jìn)行激勵。

圖5移動激勵點（在x、y、z三個方向激勵）固定響應(yīng)點（三軸加速度傳感器）

 

現(xiàn)在FRF矩陣有三個完整的行，這是一個多輸入多輸出的案例。在曲線擬合之前要交換激勵和響應(yīng)的位置。該方法的一個缺點是不能對一個扁平的表面進(jìn)行三個方向激勵。解決這一問題的方法是在每個激勵點附加一個塊，作為試件的突出結(jié)構(gòu)，可以在x、y、z三個方向激勵附加的塊，從而獲得所有自由度的數(shù)據(jù)。該方法的另一個缺點是每個激勵點都要在x、y、z三個方向激勵，測試需要的時間較長。

這樣我們已經(jīng)討論了分別使用一個單軸和三軸加速度傳感器的不同的錘擊試驗方法。

多個加速度傳感器的錘擊試驗方法

接著我們討論一下錘擊試驗中使用多個加速度傳感器會發(fā)生什么情況。對大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)錘擊試驗時使用一個傳感器，試驗時間會很長，使用多個傳感器可以縮短試驗時間。通常，所有的錘擊試驗都是單輸入多輸出的試驗。在上述移動激勵點并使用一個單軸加速度傳感器的例子中，力錘在整個被測結(jié)構(gòu)上移動，加速度傳感器固定在一個自由度上，這可以看做是單參考點多輸出的例子。類似的，激勵點固定，一個單軸加速度傳感器在整個被測結(jié)構(gòu)上移動，也可以看做是單參考點多輸出的例子。當(dāng)使用三軸加速度傳感器時，移動傳感器可以獲得FRF矩陣的一列，這也是單輸入多輸出的例子。然而，移動激勵點并使用三軸傳感器是一個多輸入多輸出的例子，因為在x、y、z三個方向上都有參考點。

當(dāng)移動激勵點并使用多個單軸加速度計進(jìn)行試驗時，由于多個傳感器存在多個參考點，F(xiàn)RF矩陣本質(zhì)上是多輸入多輸出的。

1.移動激勵點并使用多個單軸加速度傳感器

圖6移動激勵點并使用做個單軸加速度傳感器

使用兩個固定在點1和點2的單軸加速度傳感器，移動激勵點，得到的FRF矩陣（圖6）有完整的兩行。通過觀察我們知道矩陣有多個參考點，所以這是一個多輸入多輸出的案例。

 

2.移動響應(yīng)點并使用多個單軸加速度傳感器

圖7 移動響應(yīng)點并使用多個單軸加速度傳感器

 

對于移動響應(yīng)點的錘擊試驗，因為只有一個參考點（激勵點1），所以得到的FRF矩陣本質(zhì)上是單輸入多輸出的。如前所述，使用多個傳感器可以減少試驗的次數(shù)，但是會引入質(zhì)量附加效應(yīng)。另一種抵消該效應(yīng)的方法是在試件的其它測量自由度上粘貼附加的質(zhì)量塊，確保在整個試驗過程中沒有時間變量。

結(jié)論

總而言之，有兩種錘擊試驗的方法。我們可以使用單軸或三軸加速度傳感器。試驗時必須保證獲得的FRF矩陣有完整的行或列。如果不能做到這一點，就無法得到試驗結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。為了減小質(zhì)量附加效應(yīng)的影響，應(yīng)該使用質(zhì)量輕的加速度傳感器，此外也可以在其它自由度上粘貼附加的質(zhì)量塊。當(dāng)需要對試件三個方向做激勵時，可以在三個方向上錘擊粘貼在試件上的附加質(zhì)量塊。使用多個加速度傳感器可以減少試驗次數(shù)。FRF矩陣是單輸入多輸出還是多輸入多輸出，取決于有一個參考點還是多個參考點。

 

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