模态实验中单方向激励在理论上能不能测出结构的全部模态？

ljy345 · 发表于 2011-10-23 11:23

本帖最后由 ljy345 于 2011-10-23 11:26 编辑

一直很困惑单一方向的激励能不能激励起其他方向的振动，特别是和激励方向垂直的振动。自己以前不是搞振动的，对这方面的理论不是很懂，心里直观的感觉一直是垂直激励方向的振动是不可能激起的，但最近用锤击和激振器做了几次振动实验，单方向激励时，垂直激励方向的传感器测出的振动也很大，从做出的模态振型中也可以看到各个方向都有振动。这是什么原因呢，我猜想是不是结构之间有耦合，因此激励能够传递到各个方向？还是其他原因？还是本身实验做的有问题？希望各位专家能够回答一下这个问题，最好是带有一些理论性支持的回答。

westrongmc · 发表于 2011-10-23 11:23

本帖最后由 westrongmc 于 2014-3-7 10:47 编辑

实际上这个问题属于模态试验中的可控性问题：
选择一些激励点，使得系统所有各阶模态都能被激发出来。
显然，若激励点恰好位于某阶模态的节点上，则在响应信号中不含有该阶模态的信息。
无论激振力多大，理论上讲，激不出该阶模态。
此时，系统是不可控的。

对于振动系统而言，还有个可观性的问题：
选择一些测量点，并在所测得的各点输出（响应）信号中包含系统各阶模态的响应分量，
从而可从测量的响应信号中获取系统的全部模态参数。
当测量响应中不包含某阶模态的信息时，则不可能得到系统的全部模态参数。
则系统为不可观的。

不论是锤击还是激振器试验，这要看参考点
（一般情况下，激振器试验时，激振器固定激励的位置；逐点锤击试验时，则是振动传感器固定的位置）
是否包含了全部模态【在一定频率范围内的感兴趣的模态】的响应。
如果参考点位于某阶模态的节点上，则这阶模态无法识别。

建议看一下Peter Avitabile教授的模态空间系列文章的
2000年04月我能用倾斜角度激励进行模态试验吗？
http://www.chinaksi.com/resources/library/modal-space/chinese-translation/use-an-oblique-angle

下面是节选：
。。。

让我们回忆一下频响函数方程

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对于3阶模态，将它展开（为了示意）

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对于频响函数形式中的系统每阶模态，这个方程由留数（在分子中）和极点（在分母中）来描述。我们也要记住，留数与模态振型（以及归一化因子）直接相关，如下所示

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所以可以根据留数或模态振型来写频响函数。当按照模态振型写时，则情况变得很清楚，如果参考点位置的模态振型值为零（或者几乎为零），那么在频响函数中将观察不到那阶模态。所以进行良好的模态试验布置的诀窍是，总要选一个参考点，任何时候从这个参考点上都可以看到所有阶模态。但是有时说到容易做到难，特别是当我不确定预期的结构模态会是什么样子的时候。（做一个放马后炮的人总是很简单。）

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。。。

gb102700 · 发表于 2011-10-23 14:21

同求！
做试验的时候，单向激励也能激起其它两方向的响应，但是如果不激其他两方向的话，很难激出完整的振型。

wanyeqing2003 · 发表于 2011-10-23 15:06

严格来讲，一个方向激励较难激起其他方向模态，特别是垂直方向的模态。

即使是同方向激励，实验模态也很难达到理论模态数量。

lovecan · 发表于 2011-10-25 23:08

个人经验：
对于某个在单一方向振动的模态，从垂直方向激振较难激起结构的这个模态。
对于在同时在两个或三个方向振动的模态，应该较容易激起该模态。
同时，还跟结构本身的特性，以及激振力大小有关系。

hcharlie · 发表于 2011-10-26 09:53

理论上讲,凡是在一个(方向的)模态的节点上激励的,不会有该模态的响应,也就是激不起来.
实际上没有理想的节点,响应也会小,即效果不好.

StedZero · 发表于 2011-10-26 11:16

理论上来说不会，能激励出某一个振动模式，各振动模式可以认为是正交的，如果激励里包含某一振动模式的成分，才可能激励出相应的模式。
比如以对称方式激励就不会出现非对称振动模式，但如果激励方向稍有偏移，激励源包含的模式就会增多，从而激励出的模式相应会增多。

gwhong · 发表于 2011-10-26 15:47

不能测出全部模态，单方向能否激励其他方向的模态，和结构有很大关系。但一来激励不能保持绝对方向准确（比如垂直向下），二来，结构的耦合，会使得有其它方向的振动产生，所以，也有可能产生激励出其他方向的模态。有没有办法激励其他方向上的模态，还是应该从振动结果看，在单方向激励下，如果其他方向上有振动，那么一般来说肯定能激励其模态，反之，则不能。

yyxt007 · 发表于 2011-11-1 11:18

应该不行吧，耦合模态倒是有可能。

l19850222 · 发表于 2011-11-5 16:48

应该不能，但是在实测过程中由于误差会有一部分不同方向的模态被激活。我做挡墙模态的时候，主要激活的是激励方向的模态

ljy345 · 发表于 2011-11-7 17:48

回复 6 # StedZero 的帖子

你的意思是不是，如果测出的模态结果中，有和激励发向垂直的振动，原因就是激励方向有误差也就是你说的偏移导致的。那假如一个结构只关心他的两个互相垂直的方向上有振动，在只有一个激振器的情况下，是不是选择激振方向的时候最好不要选择那两个方向。

StedZero · 发表于 2011-11-8 00:04

回复 10 # ljy345 的帖子

我只说说我自己的看法，不一定正确。
振动激励时激励出的是既有激励方向的振动，同时也会有垂直方向的振动，激励出来的振动需满足边界条件，两个方向的振动的构成一个模式。
如果只关心某个方向如z的振动(且z的方向只能是某一晶轴方向)，可行的是不要在另外两个方向上加约束。那也就意味着边界的法向只能是z(激励面)，或者在xy面内（自由面）。

manguoyong · 发表于 2011-11-10 14:29

应该不能把

cwladt · 发表于 2011-11-11 10:27

路过看看

zhangyqnwpu · 发表于 2011-11-21 12:02

千万不要被误导，一个方向的激励完全可以激励出多个方向的模态，这是基本概念。

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