多模态理论张德禄_结构动力学中的模态分析(3) —— 模态参数及实验模态分析...
引言
前面的文章介紹了模態相關的數學基礎及實模態分析。
蒙特遇見卡羅:結構動力學中的模態分析(1) —— 線性系統和頻響函數?zhuanlan.zhihu.com蒙特遇見卡羅:結構動力學中的模態分析(2) —— 實模態分析?zhuanlan.zhihu.com本文介紹模態分析中各個參數的意義和實驗模態分析的基本流程。
模態分析參數
模態分析一般有以下參數:模態頻率、模態阻尼、模態振型、模態質量、模態剛度等。
模態頻率很好理解,就是一般說的固有頻率,通常在結構設計中,需要將固有頻率避開主要激勵頻率,以防引起共振;不過也有一些利用共振的設計,如能量采集器等;總之,模態頻率是模態中最重要的一個參數,也是動力學設計的基礎。
模態質量和模態剛度指的是在該模態下,系統的質量和剛度,即在模態坐標下,結構是一個單自由度質量、阻尼、彈簧系統,此時的這三個值就稱為模態質量、模態阻尼和模態剛度。
模態阻尼指的是該模態下,結構的阻尼,不同階模態下模態阻尼不同,阻尼影響結構振動的衰減,共振峰放大倍數以及共振峰帶寬等。
模態振型描述該模態下,結構將會以怎樣的形式運動,以及各個點之間的運動比例是如何的,哪些點是不會動的點(節點),哪些點是振動最劇烈的峰值點等;對于無重頻率的系統,模態振型相互之間關于質量矩陣和剛度矩陣是正交的;此外,通常我們還會將其歸一化,方便計算。
模態頻率、模態阻尼、模態振型是用的最頻繁,也是相對好理解的參數。
我們還會經常接觸到一個名詞概念——模態參與質量(等效振型質量),它表征了結構對于該模態的“參與度”;試想一下,一個很大的結構,上面掛了一個小旗幟,并且它的剛度很低,計算結果是小旗幟體現的模態出現在了第一階,但是由于它模態質量非常小,在實際響應中,它僅僅代表了局部的響應,對于整體響應貢獻很小;由于在實際工程中,需要采用截斷,一般做譜分析時,對參與組合的模態質量之和會有一定要求。
此外,模態還有方向性,結構對于不同方向激勵的響應也有很大差別,在動力學設計中需要關注。
實驗模態分析
以上模態分析是從理論分析的角度看的;即知道了系統的物理模型和參數,通過理論的方法求解系統的模態參數,通常稱為”理論模態分析”;而從實驗的角度看,即系統是帶參數的物理模型,通過測量輸入輸出,得到頻響函數,最后對頻響函數進行參數辨識,從而得到系統的模態參數,模態分析就成為了一個模態辨識的問題,是一個反問題,通常稱為”實驗模態分析”,本文做簡單介紹。
實際工程中,并不一定會建立理論分析模型或有限元模型,即使建立了模型,最終也常常需要結合實驗進行模型修正(模型確認),這個時候考慮實驗模態分析就是非常有必要的了。
對于一個實際的結構,其質量和剛度分布是較難準確獲取的,尤其是大型裝配體,連接環節對剛度影響很大;而結構受到的激勵和響應通過測試相對容易得到,可以通過測量輸入輸出,然后結合參數辨識的方法獲取結構的模態參數。
實驗模態主要包括:
其他
模態分析是結構動力學設計中最重要的一個環節,也是后續響應分析的基礎。
模態分析的內涵遠不止文中所述,以后有機會開展不同專題的討論。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的多模态理论张德禄_结构动力学中的模态分析(3) —— 模态参数及实验模态分析...的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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