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中心有限公司某型汽車底盤上的支架類零件。結構比較復雜，有加強筋、空腔結構。汽車零件結構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數據采集。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完成模態數據采集。
這里設置COCO80的分析頻率為2.56KHz(COCO80里可直接設置分析頻率)，平均次數為4次，對激勵和響應信號加力-指數窗，并設置手動觸發模式。值得一提的是，COCO80由于其良好的動態范圍，無需像某些傳統數據采集硬件那樣需要調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的量級大小。對試件進行一次敲擊，采集系統由激勵信號觸發，按照規定的參數進行數據采集過程，得到的時域波形數據和頻響函數數據如圖2和圖3所示，通過觀察這兩個窗口中的結果判斷試驗數據是否可以接受。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，頻響函數較為平滑，在需要分析的頻段內，相干函數沒有很大的衰減。通過觀察圖2和圖3，判定所得結果可以接受。點擊COCO80觸發窗口中的“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。
模態數據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，數據會在完成測點平均次數的錘擊試驗后自動保存在內置的存儲卡上，測點的編碼和方向跟隨當前試驗的設定而變動。
對于一般模態軟件，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模態分析軟件的一個優勢在于可以直接從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軸被旋轉至指定的方向，即測試點所在平面的法向。
在COCO80的數據管理軟件EDM中，COCO80得到的頻響函數數據可以轉化為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軟件具有優良的模態分析功能和簡單的分析界面。將COCO80之前模態數據采集過程得到的頻響函數數據導入Me’scopeVES工程文件的Datablock中，通過模態指示函數的計算和擬合、共振峰值頻率的計算以及留數的計算得到共振頻率、阻尼和振型數據文件。變換不同的振型文件將可以觀察在不同共振頻率下的結構振型，如圖9所示。在顯示振型的同時，Me’scopeVES還可以通過移動數據窗口的游標顯示指定頻率下的結構振型，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結果的正確性，所有模態的MAC矩陣如圖11所示。通過觀察圖11，認為所得到的模態結果比較可信。
圖10 對比第二階模態振型(左) 和指定頻率下的振型(右)
圖11 模態置信度（MAC）矩陣
需要指出的是，Me’scopeVES軟件在模態分析的操作上是及其簡便的，通過對各個傳遞函數的模態指示函數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，進而得到模態振型。在得到上述模態參數之后，Me’scopeVES軟件還提供了多輸入多輸出建模仿真功能(MIMO modeling &simulation)、結構動力學修改(Structural Dynamics Modification)、與有限元網格結果結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試驗結果，Me’scopeVES軟件可以有效地開展這些更具工程價值的分析工作。
結論
采用COCO80和Me’scopeVES結合進行模態試驗的做法，既發揮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分析功能的完備性。該方案完全滿足模態分析的需要，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。