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模态空间—模态试验中需要多少测点?

2018-04-02 23:23:00·  来源:德国M十P国际公司北京代表处  
 
模态试验中需要多少测点?我们讨论一下。
模态试验中需要多少测点?

我们讨论一下。



作者:Peter Avitabile 翻译:倪昊、焦吉祥(德国m+p国际公司)

我预计你最终会来问我这个问题。这是另一个经常会被问到的问题。从根本上说,最简单的回答是,你需要测量足够多的点,从而能唯一地描述模态振型。这个回答可能不是很容易理解,我们需要再多讨论一些。

我们从以前讨论过的简单结构开始。如图所示是一个简单的平板结构的振型。



从图示的模态振型中可以看出,有足够数量的点来描述每一阶模态的振型。可是在这个平板上共有45个测点。

现在,只考虑沿着平板一条边上的5个测点,如下图所示,来阐述一些重点内容。观察第一阶和第三阶模态,明显可以看出没有足够多的点来充分描述这两阶模态之间的差别。另外,观察第二阶和第四阶模态,可以得到相同的结论。



我想我们都能够意识到,要充分描述模态振型,仅有5个测点是不够的。那么用15个测点,能够测出还不错的模态振型吗?嗯,有可能吧——但很大程度上取决于这15个测点布置在什么位置。考虑选择15个测点,来阐述一项重点内容。



观察这15个测点,很难区分出第一阶模态和第三阶模态。实际上,这两阶模态振型看上去几乎完全一样。

如果仅仅沿着平板的前、后边缘进行测量,很难区分出第一阶刚体模态和第一阶弯曲模态之间的差别。



从上述简单例子中可以明显看出,需要恰当地布置测点位置,以便唯一地区分每一阶模态振型。如果只关心第一阶和第二阶模态,则只用图示的6个测点,就可能得到相当好的振型描述,但是测点再少就很难了,尤其是如果我们需要将刚体模态和弹性模态区分出来。



现在考虑另外一个例子——下图所示的简单框架。假设可以获取的平面仅为三个外表面,如果仅仅采集这些平面上的测量结果,并没有内表面上的任何测量结果,那么可能不足以唯一地区分每一阶模态振型。仅仅考虑第二阶和第四阶模态,某一阶模态当中,两个横梁是反相的,而对于另外一阶模态,它们又是同步的。对于第五阶和第六阶模态,情况也是如此。如果没有测量内表面上的点,将很难区分这些模态振型。这个问题在很多模态试验中经常发生。由于无法得到结构模态上的全部重要的活动部分,造成可用的测点太少,以至于不能确定模态振型。



模态试验中另一个经常遇见的问题是不太重视测量结构的相邻部分。典型的意见是,我们只对负责的结构部分感兴趣,对结构的其它部分不感兴趣,因为其它部分不在我们的管辖范围之内。为了证实这种做法的问题,我们再一次利用这个简单框架。

但这次只采集结构内表面上的测量结果和模态数据。明显可以看出,某些模态振型信息主要是由结构外表面所决定的。如果没有测量足够多的信息来充分地描述模态振型,盲目地局限于所观察的数据的时候,或许很难确定问题的根源是什么。



这个很好的例子让我想起了近期的一次模态试验,它是在一个复杂的扭转振动台系统上进行的。想要解决他们问题的试验人员只对他们职责范围内的夹具和试件感兴趣。他们对振动台系统和支撑结构的看法并不在乎。但是事实上,其他结构才是造成他们遇到的问题的根本原因。夹具和试件上的局部响应主要就是由系统的某些全局模态引起的。如果不测量这些信息,就没有足够的数据来理解或者纠正这些问题。

现在我希望你对于模态试验中需要多少个测点有了更好的理解——足够多的数量,以便于唯一地确定模态。如果你有关于模态分析的任何其他问题,欢迎垂询。
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