分析結構的模態參數是優化試驗對象力學性能的關鍵。測試結構的固有頻率、阻尼和模態振型有助于優化結構設計，改善結構性能。因此，模態分析是產品開發的一個重要過程。

本文主要介紹通過試驗模態分析獲得了飛機模型的模態特性的過程。利用一個模態激振器和多個傳感器做SIMO FRF模態測試，獲得結構的振動特性。用激振器激勵比用模態力錘激勵具有更好的一致性和可重復性。另外，用激振器激勵平均數更高，可以獲得更干凈的數據。高質量測量有助于更好地獲得結構的模態參數。

為了避免巡回響應測量中的質量附加效應，完整的模態試驗在一次運行中完成。一次性在對應的測點上共布置25個傳感器。

這次SIMO FRF模態測試(http://www.cn-hua.com/3093.html)，硬件使用高通道數據采集系統?Spider-80Xi，軟件使用模態分析軟件版本EDM-Modal 8.1。

圖?1.飛機模型的模態激振試驗?

按照網格劃分，25個測點布置在前翼和后翼上。使用彈性繩懸掛飛機模擬自由-自由邊界條件（如試驗裝置所示）。模態激振器安裝在飛機中心的正下方以激勵全局模態。通過均勻分布在機翼上的24個單軸加速度計和1個阻抗頭采集響應。測量垂直方向的激勵和響應有助于獲得平面外的模態振型。

圖2.飛機幾何模型

我們對低階模態感興趣，因此設置采樣率為1kHz，塊大小為2048。通過這兩個設置獲得0.488Hz足夠高的頻率分辨率。對每個測量自由度上的28個塊數據進行線性平均計算，獲得較高的精度和更低的噪聲。

用突發隨機激勵信號提供頻寬450Hz的能量激勵，可以設置激勵信號持續時間占整個周期的百分比，以控制無輸出持續時間，使響應衰減至零。通過這個設置，將不會有泄露。我們選擇均勻窗，輸出幅值設置為0.2V，激勵信號持續時間百分比設為80%。

圖3. 飛機SIMO FRF測試

激勵信號持續時間百分比設置為80%，保證了每個周期有1.64s的激勵輸出，0.41s無輸出。這可以從上圖中的時間塊信號圖中看出。

上圖中的相干圖出現了谷值，說明在這些頻率范圍結構的響應水平相對較低。總的來說，輸入和輸出在期望的頻率范圍內是相關的。

FRF圖顯示在0-150Hz的頻率范圍內有良好的峰值。繪制所有FRF的虛部，觀察所有測量自由度之間的相位關系。在虛部圖中，各條曲線的峰值位置有良好的一致性，說明不存在質量附加效應。

圖4. 模態數據選擇選項卡，顯示重疊的FRF曲線的虛部

用Poly-X算法?(最小二乘復頻域法) 擬合2階FRF，獲得如下的穩態圖。在分析頻率范圍內選擇1個剛體模態和5個彈性模態。采用多變量模態指示函數（MMIF）表示固有頻率處的谷值。

圖?5.第一個頻帶的穩態圖?

圖?6. 第二個頻帶的穩態圖?

Auto-MAC矩陣有助于驗證結果. 下面的Auto-MAC圖表示各階模態是相互正交的（較低的非對角元素），并且是唯一標識的（較高的對角元素）。?

圖?7. 飛機SIMO模態測試Auto–MAC圖?

穩定物理極點相關的模態動畫如下圖所示：

結果顯示了高通道系統Spider-80Xi和EDM Model軟件對復雜結構進行模態測試的強大和高效。

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