試驗目的
研究結構的力學性能對優化產品零部件的使用場景和壽命至關重要。對零部件進行模態試驗有助于分析其固有頻率、阻尼和振型等模態參數，有助于進一步改進設計，提高產品零部件的結構性能。模態試驗是結構設計中非常重要的驗證環節，既可以驗證仿真結果的準確性，也用來確定實際產品的結構特性。模態試驗需要專用的采集設備及軟件，本次試驗主要用于驗證模態儀器Spider-80Xi與晶鉆模態軟件EDM-Modal在模態試驗工作中的有效性與準確性，為采購與使用提供參考。

試驗對象

試驗以某型號列車剎車盤作為試驗對象，研究分析其模態參數與振型。測試件如下圖所示

試驗器材與軟件

模態測量系統包含了傳感器，采集設備，輔助工具等。模態分析系統包含了相應的分析軟件。

試驗使用的采集設備是美國晶鉆公司（Crystal Instruments）出品的Spider-80Xi。Spider-80Xi是一款經典的模塊化采集設備，擁有8個輸入通道，并可以擴展。每個通道具有高達256KHz的采樣率。其雙24位AD技術通過了美國專利，提供了高精度與高動態范圍。

在模態試驗中，模態分析軟件使用的是采集設備配套的美國晶鉆公司的EDM Modal。不僅可以進行多種模態試驗方法的數據采集，也具備實時分析的功能，使得模態試驗的采集與分析過程完全打通。EDM Modal包含了采集，建模，參數提取等模塊，支持Poly-X算法。

用于力錘法激勵的力錘，選用的是美國PCB公司的086C03，該型號適用于激勵中大型機械與部件，其靈敏度為2.25mv/N。

用于采集的加速度傳感器，選用的是美國PCB公司的壓電型單軸傳感器，型號為333B30，靈敏度為100mv/g。傳感器線使用的是長15m的專用屏蔽線

試驗方案

采用行車吊鉤將剎車盤吊起，處于自然懸空狀態。

設置48個測點，前后各24個，分布于盤外側與內測。

按實體進行簡化，建模為夾心造型，前后盤為圓環，中間盤的中心向前后突起。

測試參數設置為：頻率范圍 3.5kHz，線數3600，不加窗，三次平均。保證激勵信號與響應信號完整。

選擇金屬錘頭，加質量塊，力譜在測量范圍內衰減程度可以接受。

采用力錘巡回法，力錘遍歷所有測點，各敲擊三次，敲擊力范圍在1200~2000N內。選擇四個測點布置傳感器，使得一次采集試驗可獲得四組獨立數據，避免單一測點漏階。傳遞函數顯示在分析范圍內，四組測點的結果具有相同的趨勢與峰值點，參數與方法有效。

試驗結果分析

由于分析頻率范圍較寬，力錘激振效果在低頻與高頻區域仍有差異。同時為了分析方便，減少參數提取時的計算量，將分析范圍分為50~1500Hz低頻區，與1500Hz~3000Hz高頻區。下面是選取部分階次做出的模態振型效果圖。

分析與改進

從識別的情況來看，試驗基本滿足要求且數據之間相互印證，在低頻區域的識別效果非常好。

采集過程中力譜與頻響信號的質量較好，不過從相干性來看，如換用更大型號的力錘，應該可以獲取更好的信號，在高頻區域1700Hz~2600Hz內的頻響可以得到部分改善。

剎車盤本身以及吊裝都可能存在一定程度的質量不對中，也會對結果造成影響。