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)和振型的重要信息，以優(yōu)化設(shè)計，改善結(jié)構(gòu)性能。研究結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)和力學(xué)性能有助于用戶了解結(jié)構(gòu)在工作條件下的振動特性。

在本文案例中，棒球棒的模態(tài)參數(shù)是通過模態(tài)實(shí)驗分析得到的。使用兩個單軸加速度計和一個力錘進(jìn)行錘擊試驗。巡回激勵法避免了巡回響應(yīng)過程中可能引入的質(zhì)量附加效應(yīng)。力錘錘頭選擇硬金屬頭，以激發(fā)更高頻率的模態(tài)。EDM Model軟件中的錘擊法測試模塊用于此試驗。

圖1 棒球棒錘擊法模態(tài)試驗

為了獲得良好的模態(tài)振型空間分辨率，將棒球棒模型均勻劃分成168個測點(diǎn)的幾何網(wǎng)格。用橡皮繩懸掛棒球棒來模擬自由-自由的邊界條件(如實(shí)驗裝置所示)。單軸加速度計固定在兩個測點(diǎn)上，模態(tài)沖擊錘在所有測點(diǎn)上移動。測量激振力和徑向響應(yīng)加速度，得到面外模態(tài)振型。

圖2 棒球棒幾何模型

采樣速率設(shè)置為8kHz，塊大小設(shè)置為8192，以確保響應(yīng)自然衰減，不需要加窗。通過這兩個設(shè)置，能得到0.976 Hz的頻率分辨率。每個測量自由度上對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量結(jié)果。

錘擊激勵能夠激發(fā)3.5 kHz頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)。采用這種設(shè)置，就不會產(chǎn)生頻譜泄漏，可以選擇一個均勻窗。

圖3 ?棒球棒錘擊法測量

相干圖驗證了測量結(jié)果，上圖的相干圖表明測量結(jié)構(gòu)很好。相干圖的谷值出現(xiàn)在反共振頻率處，說明在對應(yīng)頻率處的響應(yīng)水平相對較低。總的來說，輸入和輸出在分析頻率范圍內(nèi)是相關(guān)的。

頻響函數(shù)顯示，在分析頻率內(nèi)，能很好地識別出共振峰。排列良好的峰表明結(jié)果中不存在質(zhì)量附加效應(yīng)。

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

頻段選擇選項卡顯示復(fù)模態(tài)指示函數(shù)(CMIF)和用于指示固有頻率峰值的求和頻響函數(shù)。采用Poly-X算法對頻響進(jìn)行曲線擬合，得到分析頻率范圍內(nèi)的柔性模態(tài)。

圖5 測量FRF的頻段選擇

下面的截圖顯示了與穩(wěn)定的物理極點(diǎn)相關(guān)的棒球棒的彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)。

圖6 彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)

這些結(jié)果說明了使用EDM Modal軟件對小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜模態(tài)試驗的可靠性和效率。