试验模态分析与模态测试
模态分析作为一种重要手段，通过频率、阻尼和振型这些固有特性，也就是结构的动态属性，来刻画振动结构的特征。在试验模态测试中，标准配置涵盖了多种关键要素：传感器技术，包括力传感器、加速度计、相机，以及非接触式激光测振仪；数据采集设备；还有用于监测和分析测量数据的数据采集系统（DAQ） 。
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试验模态分析的应用
在开展实验模态测试时，首要步骤是针对结构在不同频率下的振动响应展开测量。所采用的激励源必须具备宽广的频谱特性，从而确保能够激发结构的所有相关固有频率。通常情况下，激励频谱同样需要被采集，目的是精确记录传递函数（FRF）中响应与输入力之间的关系。整个测试装置的设置务必精确、严谨，以此杜绝来自环境因素或者激励过程本身的任何干扰。一种常见且典型的装置搭建方式为：使用柔软的橡胶绳将结构悬挂起来，或者将结构放置在软质泡沫之上，借此实现结构与外界环境的有效解耦，随后运用模态力锤等工具对结构施加激励。
接下来，需要把测量得到的 FRF 数据与一个包含被测结构固有模态信息的数学模型进行曲线拟合。经过这一过程，能够成功获取结构的固有频率、阻尼以及振型等关键参数。这些模态信息对于工程师和研发人员而言，具有极高的价值。例如，在新产品设计的初期阶段，可用于仿真分析，助力设计方向的确定；在工程与建筑领域，可依据这些信息，通过增加轻质结构等方式对设计方案进行优化。模态分析的应用范围极为广泛，实例涵盖了汽车行业的整个车身，汽车、航空航天以及机械工程领域的众多精密部件，甚至延伸至微技术领域的微小零件。
Polytec 杂志
Exciting forces
on self-supporting and self-aligning compact shakers
轻量化结构的试验模态分析
试验模态分析中的激励
为进行振动测试和试验模态测试，被测结构需要发生振动。一些被测结构能自身产生振动(如电机或风扇等)，另一些被测结构则需要外部激励。对于前一种类型，可以在一定程度上使用工作模态分析，而第二种则是试验模态测试典型应用。在试验模态分析中，有不同的激励方法，其中典型的激励方式包括激振器激励、扬声器或手动力锤或自动模态力锤的宽频激励。用于试验模态分析的一些常用的激励信号有：
- 正弦激励信号，用于测试某一特定频率下的振型
- 伪随机信号，是宽频激励信号，在每个频率上显示出相同的振幅但相位随机
- 周期线性调频信号，是一种特殊类型的伪随机信号，各个正弦信号的相位不同，在需要最大激励时建议使用
- 白噪声，是一种随机信号，可自适应测试带宽，在带宽内频谱能量分布是平均的。
SIMO和MIMO模态测试方法
标准测试是单输入多输出的SIMO测试：包含一个激励源和多个响应通道，一般要么使用多个加速度传感器，要么使用扫描式激光多普勒测振仪(SLDV)，其中扫描式激光多普勒测振仪是如今普遍使用的测试装置。结果可以拿来直接分析，以及输入至曲线拟合软件中来提取单个模态。
MIMO多输入多输出测试，适用于高阻尼大结构，或在一个激励位置不能激励出所有模态的结构，如对称结构、制动盘等。
模态测试是密集模态结构的一项常规测试。结构的不同模态可能具有几乎相同的共振频率。例如，板结构的特定弯曲模态可能与其扭转模态出现的频率几乎相同。这种“偶然”的频率简并在更复杂的几何和结构中也是常见的。
另一方面，当一个结构被规划为高度对称时，耦合模态是设计所期望的。在有限元(FE)模拟中，所有这些模态都会分别出现。然而，在实际测试中，从测试数据中提取模态则面临挑战。本文介绍了一种利用3D扫描式激光测振仪和两个自动模态力锤进行MIMO测试(多输入多输出)来分离密集模态的新方法。
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试验模态分析(EMA)软件
工作变形作为试验模态测试的结果，可看作是特定的模态试验激励的结果。为了将这些测试结果与基于有限元模型的数值模态分析的计算结果进行比较，需要进行第二步操作，即曲线拟合。在纯测试结果中，模态仍可能发生耦合。机械系统的动力学特性可以描述为特征模态的叠加，一个模态被认为是一个单自由度(SDOF)。在曲线拟合中，有多种方法提取SDOF结果，典型的是基于奇异值分解(SVD)。
试验模态分析软件包(如PolyWave)可进行曲线拟合，并将EMA测试结果与FEA结果在MAC分析中进行比较。再将研究结果，如阻尼值、特征频率和特征向量，反馈到模型中更新有限元模型参数。
试验模态分析的测试解决方案
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