我們通過(guò)模態(tài)分析可以獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼系數(shù)和模態(tài)振型等重要信息，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)和改善結(jié)構(gòu)性能。結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)和力學(xué)特性提供了有關(guān)在其工作條件下振動(dòng)特性的重要信息。

本文描述了對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析獲得模態(tài)特征的案例。使用兩個(gè)三軸加速度計(jì)進(jìn)行了錘擊試驗(yàn)，研究了試驗(yàn)裝置的模態(tài)特性。巡回響應(yīng)法獲得FRF矩陣的一列。由于加工設(shè)備較大，選用大力錘以提供足夠的激勵(lì)。使用EDM?Modal軟件的錘擊法測(cè)試模塊執(zhí)行該試驗(yàn)。

圖1 ?加工設(shè)備的錘擊法模態(tài)實(shí)驗(yàn)

將加工設(shè)備的三維幾何模型粗糙地劃分成28個(gè)節(jié)點(diǎn)均勻分布的網(wǎng)格。將加工設(shè)備安裝在其工作條件下進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)。三軸加速度計(jì)巡回通過(guò)不同的測(cè)點(diǎn)，大力錘在一個(gè)固定的參考點(diǎn)激勵(lì)結(jié)構(gòu)。測(cè)量X、Y、Z三個(gè)方向的激振力和響應(yīng)加速度，分析獲得三維模態(tài)振型。

圖2 加工設(shè)備三維幾何模型

由于結(jié)構(gòu)的固有頻率較低，因此采樣率設(shè)置為200Hz，塊大小設(shè)置為4096，以確保響應(yīng)自然衰減，不需要施加窗函數(shù)。使用這種設(shè)置，可以獲得精細(xì)到0.05Hz的頻率分辨率。每個(gè)測(cè)量自由度上對(duì)3幀數(shù)據(jù)進(jìn)行線性平均，可以獲得更高精度和降噪后的測(cè)量結(jié)果。

 

錘擊激勵(lì)能夠激發(fā)100Hz頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)。采用這種設(shè)置，就不會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏，可以選擇一個(gè)均勻窗。

圖3 ?加工設(shè)備錘擊法測(cè)量

 

頻響測(cè)量顯示在分析頻率范圍內(nèi)的共振峰。頻響重疊表明峰值排列良好。由于傳感器體積小，重量明顯小于加工設(shè)備，因此質(zhì)量附加效應(yīng)極小。

圖4 模態(tài)數(shù)據(jù)選擇選項(xiàng)卡顯示重疊的頻響

 

采用Poly-X法對(duì)頻響函數(shù)進(jìn)行曲線擬合，得到如下穩(wěn)定性圖。在所需的頻率范圍內(nèi)選擇柔性模態(tài)。多變量模態(tài)指示函數(shù)(MMIF)用于指示固有頻率上的谷值。

圖5 柔性模態(tài)的穩(wěn)態(tài)圖

 

Auto-MAC矩陣幫助用戶驗(yàn)證結(jié)果。下面的Auto-MAC矩陣表明，振型之間是正交的(低非對(duì)角元素)，并且是唯一的(高對(duì)角元素)。一些非對(duì)角元素偏高，表明該結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)的空間分辨率較低。采用更多的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，可以得到更好的MAC矩陣。

圖6 加工設(shè)備錘擊法模態(tài)試驗(yàn) Auto-MAC圖

下圖顯示了與穩(wěn)定物理極點(diǎn)相關(guān)的一些振型的動(dòng)畫。

圖7 加工設(shè)備柔性模態(tài)振型

 

結(jié)果表明，晶鉆儀器公司的EDM模態(tài)軟件能夠有效地應(yīng)用在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模態(tài)試驗(yàn)上。