一个标准测试案例(28th IMAC)

第28届 IMAC会议(2010年)提供了一道模态参数估计竞赛题,题中被测对象使用了5台同步激励的模态激振器,激励信号采用了爆破随机信号(或称为猝发随机信号),属于MIMO模态试验(完成于1993年)。整个测试共计5个激励参考点,240个响应测点,测得1350个频响(包含150个重复测量的频响)。在参数辨识中,将使用其中的1200个频响进行模态参数辨识与振型仿真。被测对象的三维几何模型由大赛方提供,是一个框架结构,在LabGenius中,我们为其增加了一些三角面片,用来增强显示效果。

模态测试与分析

振动波在有限空间内传播,从振源与边界反射的波会叠加在一起形成驻波。在某些频率上,会发生同相位叠加,此时,振动波就会得到幅值增强,称之为共振。模态测试与分析的主要任务就是获取结构在发生共振时的频率与振型。

SIMO模态测试

力锤作为激励源,主要考虑是它不影响被测结构的动态特性,其移动方便,能够快速地完成一个模态试验。力锤激励属于宽频激励,它会配置不同材质的锤头,以便有效激励起所需的基带频宽。

MIMO模态测试

激振器作为激励源,主要考虑是它能够有效地激励起被测结构,当采用适当的激励驱动信号时,它能改善被测结构的频响测试,特别是那些容易因力值过高而诱发非线性的被测对象。

在力锤敲击过程中,人手操作是无法保证每一次敲击都具有相同的力值、方向以及敲击点位置。力锤与被测结构的接触时间是有限的,它所能施加的能量也是有限的,因此,响应信号的信噪比不高。另外,在结构的某些部位上敲击时,无论有多小心都无法避免双击。

激振器笨重,不便移动。当加速度传感器数量小于测点数量时,它们不得不分批移动以实现测点的遍历,如此,结构动态特性在每一次测试中都会发生变化。另外,激振器需要专门的安装设备,比如,小型激振器会配置三角支架,大型激振器会配置安装基座。当采用悬挂安装时,它需要配置可调节的悬臂支架。

激励源选择的一般性原则

在选择激励源时,有3个主要因素:

  • 激励源能否有效激起被测对象的振动?
  • 激励源是否容易诱发被测对象的非线性?
  • 传感器分布是否过度改变被测对象的动态特性?

SIMO模态测试支持力锤激励,或单台激振器激励,允许激励或响应轮换试验。提供激励的可视化触发设置,提供激励与响应的可视化窗函数设置。MIMO模态测试支持多台激振器同步激励,可获得多输入、多输出频响函数矩阵、残差自谱、偏相干函数(可用于源贡献分析)以及重相干函数等测试结果。

模态分析

LabGenius对模态算法进行了诸多改良,比如,采用非线性加权技术,以提高耦合模态的计算精度。采用循环迭代技术,以减轻分析频率范围之外的模态影响。提供模态分段功能,可缓解在全频段模态辨识时出现的极点不稳定性。