模态分析的定义
模态分析是确定结构固有自然振动特性的过程。一旦这些特性被确定，结构在受到特定激励时可能产生的所有复杂振动，均可表示为这些自然振动态的叠加。因此，如果已知自然振动态，就可以预测结构的大部分振动行为。自然振动态由其模态形状、固有频率及相关阻尼来定义。
结构的振动模态既可以通过纯模拟方式获得（例如基于有限元（FE）模型），也可以通过将数学模型拟合到物理测量结果中来推导。后一种过程被称为实验模态分析。
实验模态分析与模态试验
模态分析是一种通过振动结构的固有特性（即频率、阻尼和模态形状）——即其动态特性——来描述该结构的方法。 进行实验模态测试的标准配置需要传感器技术（力传感器、加速度计、摄像头或非接触式激光测振仪）、数据采集系统以及用于监控和分析测量数据的计算机（DAQ）。本白皮书在不涉及严谨数学推导的情况下，介绍了结构振动的一些基本概念以及解决结构动力学问题的数学方法。请注册以下载这份免费白皮书。
如何确定模态分析中的固有频率？
在本应用说明中，您将了解如何利用最先进的激光多普勒振动测量技术及合适的激励方法，快速、精确且非接触地测定部件的固有频率和振动模态。文中还探讨了自动模态冲击锤或振动台的应用，以实现对动态特性的可靠分析。
实验模态分析的应用
在模态试验中，首先需测量结构在不同频率下的振动响应。激励信号应具有宽频谱特性，以激发所有相关的固有频率。通常还会采集激励频谱，以便记录传递函数（FRF）的响应-输入力关系。实验装置应设计得当，以避免环境或激励过程本身带来的任何干扰。 典型的实验设置包括将结构体悬挂在柔软的橡胶绳上，或将其放置在柔软的泡沫垫上，以使其与环境解耦，并使用模态锤等工具对其进行激励。
利用宽带压电激励进行的测量
下文以齿轮为例，对比了各种形式的力激励，以确定机械系统的传递导纳。其目的是分析和评估技术结构（例如电动汽车的传动系统）在较高频率范围内的声学特性。
使用激光振动计进行的实验模态测试
仿真模型的验证是激光振动计的一个重要应用领域。为此，需将有限元网格的几何数据导入测量系统的软件中，并通过集成的对齐流程使其与实物对齐。
边界条件、测量误差和重复性
MAN Energy Solutions 为海事行业提供全面的发动机产品组合、螺旋桨、船尾设备及涡轮增压器。可靠性是我们所在行业的一个关键方面，在船舶上尤为重要。在开发阶段，我们会通过模态试验对仿真模型进行验证和优化，并持续进行测试，直至相关部件通过验收并投入批量生产。
关于自支撑和自对准型紧凑型振动筛
人工激励是各种噪声与振动技术的基础，涵盖从实验模态分析、传递路径分析、载荷识别、仿真模型关联到混合建模等多个方面。结构激励可通过多种方式实现，包括手动冲击锤、自动冲击锤、外支撑振动台以及自支撑振动台等。
轻质结构的实验模态分析
试验模态分析中的激励
在振动测量和试验模态测试中，被测结构需要产生振动。 有些测试结构会自行振动（如电机或风扇），而另一些则需要外部激励。对于第一类结构，在一定程度上可采用运行模态分析；第二类结构则是试验模态测试的典型对象。在试验模态分析中，针对此类诱导激励，存在多种方法。模态测试中的典型激励技术包括：振动台激励、通过扬声器产生的宽带噪声激励，以及专用的手动或自动模态锤激励。
试验模态分析中常用的激振信号包括：
SIMO 与 MIMO 模态测试方法
标准测试为单输入多输出（SIMO）测试。最常见的测试方案是：一个激励源和多个响应通道，响应通道可采用多个加速度传感器，或者在扫描激光多普勒测振仪（SLDV）的情况下，由激光束在表面上扫描。 测试结果可直接进行分析，并输入到曲线拟合软件中以提取各个模态。MIMO（多输入多输出）测试方案通常应用于高阻尼的大型结构，或当无法通过单一激励点激发所有模态的情况，例如对称结构（如制动盘）。
对具有紧密耦合模态的结构进行模态分析是一项非常常见的任务。Structures 通常具有共振频率几乎相同的模态。例如，板的特定弯曲模态可能与它的扭转模态出现在几乎相同的频率上。这种“偶然”的频率简并现象在更复杂的几何形状和结构中很常见。
另一方面，当结构被设计为高度对称时，耦合模态则是“设计使然”。 在有限元（FE）仿真中，所有这些模态都会单独出现。然而，在实际测试中，从测量数据中提取模态可能颇具挑战。本应用说明介绍了一种创新方法，利用三维扫描激光测振仪和两台自动模态锤，通过MIMO（多输入多输出）测试来分离频率相近的模态。注册即可阅读全文。
试验模态分析（EMA）软件
通过试验模态测试，可以获得作为对这种特殊模态测试激励响应的运行挠度形状。为了将这些结果与基于有限元模型的数值模态分析计算结果进行比较，需要进行第二步，即曲线拟合。 在纯测量结果中，模态之间可能仍然存在耦合。机械系统的动态行为可描述为特征模态的叠加，其中一个模态被视为单自由度（SDOF）。在曲线拟合过程中，会采用多种方法（通常基于奇异值分解（SVD））提取单自由度（SDOF）结果。
像PolyWave 这样的实验模态分析软件包，支持曲线拟合，并能将EMA测试结果与MAC分析中的FEA结果进行对比。诸如阻尼值、特征频率和特征向量等分析结果会被反馈到模型中，以更新有限元模型的参数。
用于试验模态分析的测量解决方案
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