关于模态试验概括

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　　模态试验的目的是，从测量的激励输入和响应输出数据中辨识结构的数学模型和特性参数;用模态试验的结果去验证和修正数学模型、综合试验模型;校核动态分析结果的有效性，检查结构中的薄弱部位，及鉴定结构的动态特性是否符合设计要求.
　　研制卫星，其结构模态试验将和产品的鉴定和验收试验一样，成为一项必不可少的试验项目.
　　试验要求规定：必须对航天器整体结构进行模态试验，以获得在0～50Hz频带内的模态参数，用来建立和验证空间航天器的动态分析模型.
　　当然模态试验需要计算分析的支持，这样才能更合理的进行模态试验设计(试验方法的选择、激振点与响应点的选择、激振信号的类型、频带和振级的选定、测试系统的配置及数据的采集处理等)，发现和解释试验中出现的问题，提高试验质量.
　　结构模态试验与结构的计算分析紧密结合.根据已被证实有效的模态试验结果去修正计算模型，使数学模型能够模拟实际结构的主要动态特性，进而，根据这个数学模型去预示、控制和优化结构在所受工作环境下的性能。
　　在卫星实际结构上进行模态试验，测量激励输入和响应输出数据，将它与数学模型预示的结果比较，鉴定它们之间的总体吻合程度.若误差超过规定的界限，就需要根据一定准则调整模型的参数或修改模型的构型，反复这一过程，直到所辨识得到的数学模型能较好地模拟实际结构主要动态特性为止。

　　1、试件和试验状态
　　卫星结构试件应与飞行星发射段状态一致.
　　试件的支承状态，也就是边界条件，应模拟实际结构的工作状态.用来验证数学模型的结构，可选择在实验室内能够实现的支承状态.常采用约束支承和自由状态两种形式.

　　2、试验前的预分析
　　结构模态试验需要计算分析的支持，通常在试验前，应按实际结构的试验状态进行有限元分析(FEA).其目的是预示结构的主要模态特性，为模态试验的设计提供依据，提高试验质量并形成所试验结构的原始数学模型

　　3、模态试验设计与试验要点
　　根据模态试验的目的和要求及预分析结果，结合现有的试验条件和工程经验，合理设计试验，保证和控制所辨识的模态参数具有可接受的准确度.主要内容应包括：
　　1)　试件要求及安装方式;
　　2)　试验方法选择;
　　3)　输入激励方式(类型、试验频带、谱形和振级)选择;
　　4)　激励点的选择;
　　5)　响应测点的布置;
　　6)　激励、测量、数据采集和处理系统的设备配置;
　　7)　试验数据的前、后处理方法;
　　8)　有关提高测试精度的技术措施;
　　9)　试验结果的有效性评估方法.

　　通常卫星结构模态试验内容复杂、技术难度大.为了保证模态试验结果的质量，在模态试验期间，应注意以下试验要点：
　　1) 在整个试验期间，要求选择几个测点反复地对它们的响应进行检测，以校核数据采集系统的性能和所试验结构动态特性的稳定性.
　　2)　根据所获取的模态信息，并结合预分析结果，随时调整激励点和响应测点的位置，以获得确切的主模态信息.
　　3) 模态信息的一致性是辨识较密模态和局部模态的关键之一.应采用激励力线性组合的方法，检查数据的一致性.
　　4)　结构模态试验，至少采用两种试验方法.通过试验结果的比较和分析，验证模态数据的有效性，提高试验结果的置信程度.
　　5) 为分析结构的非线性影响，一般选取三个不同的试验振级，观察结构模态特性的变化.但必须注意限制最大的振级，以保证试件的安全.

　　简要介绍几种工程上常用的模态试验方法.
　　(1)　单点随机激励法
　　该方法只要激励点未布置在模态的节点上，就可以获取结构全部的模态信息.它适用于模态密度不高的频带，不适用于模态密度较高或模态之间耦合较强的频带.特别是具有非线性的结构会导致模态参数估计不一致.
　　(2)　多点稳态正弦激励方法
　　它是用多台激振器同时用单一频率的正弦信号激励，根据一定的调力准则，进行单阶模态调谐，使结构处于近似纯模态振动状态，以获取该阶模态的参数.该方法可直观地观测处于共振中的结构特性参数，可以获得验证有限元模型的有效的试验结果.
　　(3)　多点随机激励方法
　　多点随机输入法是80年代以来开发的卓有成效的模态试验方法.它组合了单点随机和多点稳态正弦法的优点.这种方法是用多台激振器同时随机激励，通过频响函数的线性组合，分离各阶模态，获取一致性的模态参数估计.适用于辨识密模态和重根模态.
　　这种激励方式与卫星结构实际受力工况比较接近.
　　(4)　冲击激励方法
　　冲击激励方法不需要专用的夹具，容易变换激励点，对结构附加载荷影响也最小，适用于卫星部件结构.但用这种方法时必须考虑结构非线性、阻尼、信噪比和频率分辨率上的限制.

　　5、模态试验的测量
　　(1)　测量参数
　　模态试验的测量参数应根据试验任务书要求来确定，一般有：
　　1)　激振输入.激振力或基础扰动源(加速度或位移).
　　2)　响应输出.加速度、速度、位移或(和)应变等.
　　(2)　测量传感器
　　a) 选择传感器型式.
　　b)　对传感器的要求.传感器应有足够的灵敏度和较低的噪声电平，以保证澍量通道的信噪比足以覆盖结构的动态范围.
　　c) 传感器的安装.为了改善传递特性，安装面必须平整，连接屏蔽电缆必须固定，以免由于振动产生电噪声.加速度计必须沿测量轴方向安装.
　　(3)　响应测点的选择
　　响应测点可按试验任务书的要求布置.如果试验任务书没有具体规定，可根据预分析、预试验或工程经验选在能反映结构主模态特性的点上.响应测点的数量和布置应表征工程有意义频带内各阶主模态振型的基本轮廓.
　　(4)　测量系统
　　测量系统由传感器、前置放大器、信号调节器和抗混淆滤波器以及模拟式或数字式数据记录器等组成.测量通道的线性性、频响特性(幅频特性和相频特性)、动态范围和精度要求，应根据所试验结构的动态特性和试验目的来选定.测量通道上各个单元，除了保证它们之间的性能匹配外，还要求各通道之间从始端到终端具有一致的频响特性.这一点，对在同一次试验中，不同通道用不同型号的仪器单元时，应加以注意.
　　(5)　测量数据采集处理设备
　　模拟数据(信号)的数字采集处理系统的基本配置包括：数据采集模块、系统控制模块、接口模拟和数字计算机。实现数据采集、预处理、模态参数辨识和振型活化显示等功能。有两种类型：一种是信号处理专用机(前端机)与小型通用计算机串接的系统;另一种是以小型通用计算机为主体的多通道数据采集处理系统。



转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_4960a2740100ged4.html