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模态分析测试方案

案例简介

1.1 系统组成

a) Windows XP Professional Operating System PC;

b) SD COUGAR 32通道输入输出数据采集前端(COUGAR2433);

c) COUGAR信号采集、控制和分析软件(CatsModal

d) 振动传感器

e) 力锤


1.2.1 系统特点

a.  运用该系统可进行常规的振动和模态测量分析研究。

b.  该系统可在PC 台式机和笔记本电脑上运行,这不仅为用户节省了投资,而且使得系统简单化,同时在软件升级时可以保护用户的投资。

c.  该系统具有重量轻、便携等特点,不仅可在室内使用,而且可在外场使用。

d. 该系统可实时地进行数据采集和模态分析,并不需要进行数据转换。

e.  该系统具有高度的集成性,它的采集分析软件和硬件均来自于国际著名的SD公司,所以系统没有不协调问题,同时也保证了将来软件和硬件同时升级的问题。该系统也具有高度的开放性,它不仅与SD Star软件和测试软件进行数据传递,而且也可与其他著名的软硬件,如MSC/NASTRANANSYS等有限元分析软件,进行数据传递。

f.  该系统软件和硬件模块化使得其具有很强的扩展能力,可随着用户将来的应用深入而进行扩展。

g.  该系统的软硬件属于美国SD国际公司,它不仅在全球具有强大的软件开发和技术支持实力,而且具有丰富经验的工程咨询队伍。在国内,也具有一支振动方面经验丰富的技术支持队伍(由国内和国外博士组成),不仅可以帮助用户使用该系统,还可以帮助用户解决工程中的实际问题,可完全满足国内用户的各种需求。这也是SD公司与一般公司的不同之处.

 

1.2.2 系统功能

    该系统具有以下主要功能:

1.  实现10/16通道并行实时数据采集和分析,并进行各种振动、声学及其它动态信号的统计、谱分析及函数数学运算处理;

2.  可进行锤击法激振方法模态试验, 和多种模态参数识别方法;

3. 包含有多种模态参数质量评价工具,提高试验模态模型的可信程度;

4.  该系统具有强大的几何显示功能。测试模型可从有限元计算模型提取,也可在该系统中进行定义,并可进行各种函数数据和模态振型数据的显示。

5.  该系统可进行旋转机械的特征阶次分析。

6. 该系统具有强大的报告功能,测量数据可粘贴在Word Powerpoint中,而且图形是动态的,可加光标读取数值和振型动画。

 

COUGAR

20/32 通道振动分析设备

计算机

软件:振动噪声数采处理,模态分析,阶次分析等

加速度计

测试结构

激振器

力传感器

 

2.1 Windows XP Professional 计算机

2.2 cougar2433 32通道数采前端

  • 32个24位的输入通道,具有ICP功能
  • 内置的信号发生器
  • 频率范围从040 kHz,可以达到12,800谱线
  • 功能强大的多DSP结构
  • 采样率可以达到102.4 kHz
  • 数据存储格式STAR?, MATLAB?, I-DEAS?, 和Universal File Format

 

2.3 CatsModal软件包

2.3.1多通道谱数据采集和分析(通用)软件

?  操作界面完全Window

?  20或更多通道测量信号并行实时采集,控制,处理和存储;

?  输入信号调制:自动增益/放大,抗混和数字滤波;

?  多通道示波器功能,测量前在时域/频域中检查各通道信号是否正常;

?  实时在线显示功能:交互式窗口数目没有限制,每窗口显示6条曲线;

?  多达12800条在线FFT谱线,具有很高的频率分辨率;

?  各种标准的或用户定义的窗函数和幅值/能量修正;

?  每通道分析频率范围:40kHz

?  多种在线或后处理测量函数库(时域/频域/幅值域分析),如自谱(PSD, 1/1,1/3,1/12,1/24,窄带),声强,相干,频响函数(H1,H2,Hv,/互相关等。

?  丰富的前后处理功能,包括各种灵活的2/3D,彩色图显示和多种绘图打印输出等。

 

应用:通用的动态试验分析,包括各种振动,噪声,应力应变,压力,环境可靠性试验振动测量,等等。

 

2.3.2 模态试验与分析软件包

?      结构线架模型生成,节点数和部件数没有限制,测量点DOF自动加到通道标示;支持数码相机文件格式,建立几何模型;

 

?  力锤激励模态试验;

          这是最简单快速的试验方法,可以适用于简单部件的模态试验,用激振力锤来

激励结构,和进行加速度和力信号的采集和处理,实时得到结构的传递函数矩阵。

          同样,软件也提供了多种帮助工具和试验引导。提供了很好的用户界面,专业

化的完成模态试验,包括多点响应测量和移动激励点的试验方法(MIMO),和激励点

不动方法。

 

2.3.3 模态参数识别(模态分析)

a)  基本经典方法: SDOF峰值和圆拟合;

            这是最基本的模态参数识别方法,只使用于简单的结构和模态密度比较低的

 情况。也即基本教科书讲到的方法。

b) 整体MDOF参数识别方法:

          包括:复模态指示函数法(CMIF),最小二乘复指数法(LSCE,时域)和频域直接

 参数估计法(FDPI)

          这些更为复杂的分析方法,已得到了工业用户的广泛接受,适用于不同的工程

对象,实际上已经是标准的模态参数识别方法;对于同一组试验数据,可以使用

的方法进行参数识别,其结果可以互相印证,增强对分析结果的相信程度和可靠

性。

c)  模态参数:

            包括:频率,阻尼,模态振型,模态参与因子,各种广义参数等;

d)  模态参数质量的评价方法:

           在得到了比较合理的模态参数之后,我们还要用不同的方法从不同的方面进

一步检验。CADA-X模态分析软件中提供了十多种方法:比如稳态图,可以在识别过

程中帮助用户分离物理模态和计算模态,MAC模态置信准则,可以数字表格或矩阵图

的方式来检验模态振型的正交性,检查模态的空间几何泄漏;模态复杂性,可以检验

响应测量方向的错误(对于大型复杂的模态试验,这种检查是非常不容易的,振型直

接错误);最小二乘误差表和奇异值图方法可以验证模态模型大小;以及其他模态相

位分布图,正交性检查,多变量模态指示函数,FRF综合等方法。

e)  多种模态模型的动画显示,便于用户选择,比较和解释试验模态分析结果。

 

2.3.4 ODS 工作变形分析和时域动画显示

         用于研究结构在工作状态下的时域或频域变形,所用数据包括阶次和频率截

面、频响函数和互谱函数等。结构动画可以在设定的范围进行扫描。

 

2.3.5 工作模态分析

         用于由于工作激励和环境激励下结构的模态参数识别。相关函数作为输入,识

别方法有最小二乘复指数法和子空间法。它包括相关函数的前处理,模型的有效性及振形动

画显示。

 

2.4 测量传感器

a)           加速度传感器352C33,单向,包括10米长电缆。这是一种ICP型传感器,重量仅为5.8克,灵敏度为100mV/g, 测量范围50g,保修期为一年。ICP型传感器可直接用BNC同轴电缆连接到SD数采前端,长度可以达到100米以上,其动态灵敏度和频响特性不变。

b)   力传感器,ICP,1个,灵敏度50 毫伏/磅。

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