纯模态测试

作者：李志辉   审校：冒小萍

适用版本：Testlab18.2

纯模态测试的目的即是仅激励系统的一个振动模态，因此可看成将其孤立为一个单自由度系统。其原理是基于比例粘性阻尼。数学上这即表示了阻尼矩阵可以定义为刚度矩阵和质量矩阵的线性组合。意味着所有点可同时达到它们最大的位移。这个条件的实现要求在应用激励与阻尼力间达到严格的平衡。在非阻尼固有频率下，仅存在一个单相激励向量可生成要求的单相响应。

纯模态测试的目标是确定基于可用激振器的力模式，用它去激励结构，然后测量在此条件下结构的响应。

用于定位这个模式的方法是基于单自由度特性，即：

频率响应的幅值最大；

频率响应的虚部最大；

频率响应的实部为零；

响应滞后输入90度。

在进行纯模态试验前最好先进行传统的模态试验或步进正弦测试，以对结构的的振型及模态频率有一大概预估，通过FRF测试来对最初的激励方式进行估计。在纯模态测试中有三个主要的步骤：

选择模态，确定初始应用的激励方式；

应用初始激励，测量响应并重复此过程以调节到纯模态；

激励目标模态并测量结构响应。

MIMO纯模态测试工作表设计为在某确定模态影响下测试对象单自由度特性，最后提供了通过多激振器正弦激励侦测、调谐和测量真实纯模态。

模态的侦测要求识别其共振频率。通过传统模态测试或步进正弦测试可获得不同激励位置的共振频率和恰当的激振器条件。

调谐过程包括在共振频率处推导及识别正确的激励模式(exciter pattern),这种激励模式由在不同激励位置处的源电压的幅值和相位表征。

应用激励模式的合理性可通过图表进行评估，如里萨如图、散点图以及动画结构显示中的变形形式。

一旦正确的激励模式实现后，调谐的模态响应实物测量即可产生，模态的通用参数可以用复功率法或力积分法获得。

纯模态测试流程

打开纯模态测试模块，有两种方法：

点击开始，选择程序中的Simcenter Test.Lab进入Test.Lab Structures Acquisition选择MIMO Normal Modes Testing；

双击桌面Test.Lab快捷方式，双击进入Test.Lab Structures Acquisition文件夹，双击MIMO Normal Modes Testing。

纯模态Normal Modes Testing的工作界面包括：

Documentation：可以进行备心录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录； Navigator：数据导航栏。用于后处理时数据的选取、文件搜索、测试结果显示等； Channel Setup：通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作； Normal Modes Setup：纯模态试验参数设置； Normal Modes Measure：设置完成后进行测试； Validate：数据验证，查看实验结果是否有遗漏的测点等。通道设置 (Channel Setup)

首先进行测量通道设置。将界面转至通道设置界面Channel Setup，如图8-1所示。至少定义两个参考通道，两个控制通道，控制通道的测试量必须为力信号或电流信号。

图10-1  Channel Setup界面

在通道设置中，标签含义如下所示：

OnOff：勾选标签，则选取该测试通道，最少需定义一个测试通道；

Reference：勾选标签，定义该通道为参考通道，力输入为参考通道；

Channe lGroup Id：定义传感器测量类型；

Point：定义测点名称(也可对应几何模型上节点名，见前述相关介绍)；

Direction：设置测点所测振动的方向；

InputMode：设置传感器类型；

Measured Quantity：定义测量的量(加速度、力、位移等)；

Electrical Unit：定义输入量的单位，通常为mV；

Actual Sensitivity：传感器的灵敏度；

Range EU：工程单位量程；

Range：电压量程。

纯模态试验参数设置

(Normal Modes Setup)

进入Normal Modes Setup进行纯模态试验参数设置，设置界面如图 10-2所示，

图10-2 Normal Modes Setup界面

Normal Modes Setup参数设置界面分为四个区域：

Channel Parameters区，设置通道参数；

Source Parameters区，设置输出源参数；

Target Mode区，设置驱动谱；

右侧参数设置区，设置纯模态测试参数。

通道参数设置(Channel Parameters)

通道参数包括以下两个选项：

Enable Up. Abort：勾选此选项后即可在Up. Abort Value选项中定义该通道信号的中断上限；

Time Data：勾选此项后，则可测量该通道的时间信号。可选项为Enable Up. Abort和Time Data，若选第一项，则当控制或测量信号值超过设定值时，系统中断测试。选取第二项时则在测试中记录时域信号，对纯模态测试，则必须测量控制通道的时域信号。

输出源设置(Source Parameters)

通道参数区的选项如下：

ON/OFF：打开激励源通道；

Signal Type：有Drive和COLA两个选项。选择Drive，则该通道为驱动源。选择COLA，则该通道作为参考信号。当进行多前端测试时，为保证激励信号的同步性而设置，利用COLA中选取的通道对另一前端的输出进行控制，以使另一前端的输出与该通道同步；

Max. level：信号源可输出最大电压；

Level：选择COLA时，通过此选项控制参考信号的输出电压；

Startup ampl.：信号源开始发出信号源时的电压

Startup phase：来源：上海联宏创能信息科技有限公司