我們通過模態(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)化設計和改善結(jié)構(gòu)性能。結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)和力學特性提供了有關(guān)在其工作條件下振動特性的重要信息。

本文描述了對加工設備進行實驗模態(tài)分析獲得模態(tài)特征的案例。使用兩個三軸加速度計進行了錘擊試驗，研究了試驗裝置的模態(tài)特性。巡回響應法獲得FRF矩陣的一列。由于加工設備較大，選用大力錘以提供足夠的激勵。使用EDM?Modal軟件的錘擊法測試模塊執(zhí)行該試驗。

圖1 ?加工設備的錘擊法模態(tài)實驗

將加工設備的三維幾何模型粗糙地劃分成28個節(jié)點均勻分布的網(wǎng)格。將加工設備安裝在其工作條件下進行模態(tài)實驗。三軸加速度計巡回通過不同的測點，大力錘在一個固定的參考點激勵結(jié)構(gòu)。測量X、Y、Z三個方向的激振力和響應加速度，分析獲得三維模態(tài)振型。

圖2 加工設備三維幾何模型

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

 

錘擊激勵能夠激發(fā)100Hz頻率范圍內(nèi)的響應。采用這種設置，就不會產(chǎn)生頻譜泄漏，可以選擇一個均勻窗。

圖3 ?加工設備錘擊法測量

 

頻響測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備，因此質(zhì)量附加效應極小。

圖4 模態(tài)數(shù)據(jù)選擇選項卡顯示重疊的頻響

 

采用Poly-X法對頻響函數(shù)進行曲線擬合，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矩陣幫助用戶驗證結(jié)果。下面的Auto-MAC矩陣表明，振型之間是正交的(低非對角元素)，并且是唯一的(高對角元素)。一些非對角元素偏高，表明該結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗的空間分辨率較低。采用更多的測點進行模態(tài)測試，可以得到更好的MAC矩陣。

圖6 加工設備錘擊法模態(tài)試驗 Auto-MAC圖

下圖顯示了與穩(wěn)定物理極點相關(guān)的一些振型的動畫。

圖7 加工設備柔性模態(tài)振型

 

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