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模态空间—设置好试验参数后，是否应该一直观测每个频响的时域与频域结果？
2018-04-02 22:40:51· 来源：德国M十P国际公司北京代表处
一旦我设置好试验测试参数后，还有必要观测每个频响的时域和频域结果吗？我们讨论一下这个问题。
一旦我设置好试验测试参数后，还有必要观测每个频响的时域和频域结果吗？
我们讨论一下这个问题。
作者：Peter Avitabile
翻译：倪昊、焦吉祥（德国m+p国际公司）
这个问题引出了一个非常重要的话题。在定义好试验参数并且确保测量结果良好之后，是否还应该一直观测系统上的全部测量结果？当然！
我曾见过有人非常认真地测量一个测点的锤击力和响应、输入谱、频响和相干，对剩余试验部分的所有其它测点就不再观测。他们的想法是，一旦测得驱动点测量结果，检查了力谱并且相干可以被接受，那么继续试验就没有什么困难了。但问题是仅有一个点看上去非常好，并不一定意味着其它所有的点测量结果都一样好。我见过很多试验，试验中发现在结构不同部分测得的结果具有非常不同的、出乎意料的特性。
我们从一个典型的试验开始，检查试验过程中如果不关注每个测量结果的话会出现何种错误。我们使用实验室内的一个支架来做一些测试。显然，应该检查某些测点的时域和频域数据。通常驱动点的测量结果作为起始测点。对于试验结构采用锤击激励，时域输入力和时域响应如图1所示。在采样时间的尾部响应看上去几乎衰减至零，所以也许应该用一个小阻尼的指数窗来减少可能发生的轻微泄漏。
图1 力激励和加速度传感器的响应
接下来检查输入力谱以确保在感兴趣的频率范围内有足够的力作用到系统上。通常这个力谱应该相当平坦，在关心的频率范围内有大约10dB到15dB,或者30dB的下降。（注意我所说的“关心的”频率范围，不一定是测量的整个频率范围。）检查相干以确保测得的输入力和输出响应之间具有相当不错的因果关系，从而保证测得了一个比较好的测量结果。当然了，还需要检查测量结果中指示系统模态的频响函数的各个峰，如图2所示曲线，这是一个非常不错的测量结果。除了频响函数的幅值之外，检查其实部与虚部也是一个好主意。
图2 频响、输入力谱和相干
频响的实部和虚部也应该进行检查，以保证测量结果看起来与预期一致。图3展示了一个很好的例子。
图3 频响的实部/虚部——驱动点测量结果
图4 频响的实部/虚部——跨点测量结果
但是在这里要提醒一下。很多时候人们只在初步试验的时候检查一下驱动点测量结果，尽管这是系统的一个非常关键的测量结果，特别在需要对模态振型归一化的时候，但它并非一直都是用于判断测试质量的最好测量结果。例如，频响虚部的各个峰总是具有相同的相位关系。但是如果两阶模态相互之间非常密集，那么有时候很难确定数据中到底有多少阶模态。这种情况下最好检查一个跨点测量结果，如图4所示。注意频响虚部所有的峰并不具有相同的相位关系。在确定密集模态的各个峰上这个方法非常有用，并且在试验设置初期就应该测量。但是在这样做之后，还有必要持续地观测其它所有测量位置的时域和频域数据吗？图5所示的测量结果有助于说明了其必要性。
图5 频响、输入力谱和相干
如果仅仅测量频响和相干，会丢失图中的一部分信息。只有频响和相干，可以看到测量结果是很糟糕的，这种情况下我们可能会将其归咎于非线性、噪声、复杂阻尼以及其他一些可能影响数据的众所周知的问题。但是实际的原因不是上述中的任何一个。观测力谱我们可以看到，本应该对相当平坦的力谱，在该点的表现完全不同。敲击该结构的某些位置，结构的局部柔度具有极大的变化，保持一致的输入谱非常困难。这是结构上的一个“巧合”，但是在任何结构上都可能发生。所以如果你不打算在试验过程中检查每个测量结果，请保证存储每个测点的测量结果——包含测量结果的所有部分，不仅仅是频响和相干。从这个例子中可以看出，输入谱具有非常重要的信息，它对解释图5中的测量结果非常关键。
我希望我已经解释清楚了试验中的不同方面和需要注意的一些问题。如果你有关于模态分析的任何其它问题，欢迎垂询。
我们讨论一下这个问题。
作者：Peter Avitabile
翻译：倪昊、焦吉祥（德国m+p国际公司）
这个问题引出了一个非常重要的话题。在定义好试验参数并且确保测量结果良好之后，是否还应该一直观测系统上的全部测量结果？当然！
我曾见过有人非常认真地测量一个测点的锤击力和响应、输入谱、频响和相干，对剩余试验部分的所有其它测点就不再观测。他们的想法是，一旦测得驱动点测量结果，检查了力谱并且相干可以被接受，那么继续试验就没有什么困难了。但问题是仅有一个点看上去非常好，并不一定意味着其它所有的点测量结果都一样好。我见过很多试验，试验中发现在结构不同部分测得的结果具有非常不同的、出乎意料的特性。
我们从一个典型的试验开始，检查试验过程中如果不关注每个测量结果的话会出现何种错误。我们使用实验室内的一个支架来做一些测试。显然，应该检查某些测点的时域和频域数据。通常驱动点的测量结果作为起始测点。对于试验结构采用锤击激励，时域输入力和时域响应如图1所示。在采样时间的尾部响应看上去几乎衰减至零，所以也许应该用一个小阻尼的指数窗来减少可能发生的轻微泄漏。
图1 力激励和加速度传感器的响应
接下来检查输入力谱以确保在感兴趣的频率范围内有足够的力作用到系统上。通常这个力谱应该相当平坦，在关心的频率范围内有大约10dB到15dB,或者30dB的下降。（注意我所说的“关心的”频率范围，不一定是测量的整个频率范围。）检查相干以确保测得的输入力和输出响应之间具有相当不错的因果关系，从而保证测得了一个比较好的测量结果。当然了，还需要检查测量结果中指示系统模态的频响函数的各个峰，如图2所示曲线，这是一个非常不错的测量结果。除了频响函数的幅值之外，检查其实部与虚部也是一个好主意。
图2 频响、输入力谱和相干
频响的实部和虚部也应该进行检查，以保证测量结果看起来与预期一致。图3展示了一个很好的例子。
图3 频响的实部/虚部——驱动点测量结果
图4 频响的实部/虚部——跨点测量结果
但是在这里要提醒一下。很多时候人们只在初步试验的时候检查一下驱动点测量结果，尽管这是系统的一个非常关键的测量结果，特别在需要对模态振型归一化的时候，但它并非一直都是用于判断测试质量的最好测量结果。例如，频响虚部的各个峰总是具有相同的相位关系。但是如果两阶模态相互之间非常密集，那么有时候很难确定数据中到底有多少阶模态。这种情况下最好检查一个跨点测量结果，如图4所示。注意频响虚部所有的峰并不具有相同的相位关系。在确定密集模态的各个峰上这个方法非常有用，并且在试验设置初期就应该测量。但是在这样做之后，还有必要持续地观测其它所有测量位置的时域和频域数据吗？图5所示的测量结果有助于说明了其必要性。
图5 频响、输入力谱和相干
如果仅仅测量频响和相干，会丢失图中的一部分信息。只有频响和相干，可以看到测量结果是很糟糕的，这种情况下我们可能会将其归咎于非线性、噪声、复杂阻尼以及其他一些可能影响数据的众所周知的问题。但是实际的原因不是上述中的任何一个。观测力谱我们可以看到，本应该对相当平坦的力谱，在该点的表现完全不同。敲击该结构的某些位置，结构的局部柔度具有极大的变化，保持一致的输入谱非常困难。这是结构上的一个“巧合”，但是在任何结构上都可能发生。所以如果你不打算在试验过程中检查每个测量结果，请保证存储每个测点的测量结果——包含测量结果的所有部分，不仅仅是频响和相干。从这个例子中可以看出，输入谱具有非常重要的信息，它对解释图5中的测量结果非常关键。
我希望我已经解释清楚了试验中的不同方面和需要注意的一些问题。如果你有关于模态分析的任何其它问题，欢迎垂询。
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