VCS模态仿真
模态仿真是进行模态分析的专用模块，可直接导入振动试验的测试数据，结合被测试件的几何模型，快速直观的给出模型在各个频率下的振动情况。该功能是结构特性分析的重要工具。
本说明针对模态仿真模块所涉及的函数导入、分析模型设置和模态仿真功能进行重点说明，以帮助测试人员快速了解使用方法。并分别针对正弦试验和随机试验分别说明数据的测试方法，使得测试人员可以在完成振动试验后，可以立即进行分析并获取结果。
另外，虽然三维建模和动画仿真是模态仿真的重要组成部分，但是在实际测试过程中通常仅涉及到部分功能，本文将对所涉及的功能进行简要说明，其具体功能说明请查阅《LabGenius数据采集与分析系统操作手册》14.4几何建模和14.6振动仿真中的相关内容。
1. 振动测试
1.1 检查通道、目标谱和进度设置
模态仿真依赖于振动试验的测试数据，因此在试验开始前，需要先检查“通道参数”中各通道的具体设置情况，确保各测点的“类型”处于“控制”或“监测”状态。
1.2 数据准备
1.2.1 正弦试验的数据准备
正弦试验的模态分析，以各通道的频谱作为输入，并自动计算各通道间的传递函数。在通道参数设置中被设置为“控制”或“监测”的各通道频谱会自动计算，无需进一步操作。
您可以将“信号”面板-“设备信号”-“数据_(f)”拖入自定义视窗，查看各通道的频谱。
在确保通道设置、目标谱和试验进度等参数正确设置的情况下，您可以开始振动试验。
1.2.2 随机试验的数据准备
由于随机试验与正弦试验的原理不同，其频响函数无法直接从各通道的频谱函数计算得到，您需要明确指定要计算的频响，才能进一步导入用于模态分析。
在“函数”列表中（通常出现在界面右下角），鼠标右键点击“函数”，选择“函数属性”，弹出“函数管理”对话框。
在“函数管理”对话框中勾选“传递函数”，在右侧的“信号选择”中，分别选择“激励信号”和“响应信号”后，点击“生成信号”，将响应的传递函数加入的计算列表中。其中激励信号可指定任意一个控制通道，但需要保持所有的传递函数的激励是同一个通道。
注：传递函数与频响函数的实际计算过程完全一样，只是用在不同场景时的常用表述方式不同。
编辑完传递函数后，点击“确定”按钮，完成设置。“函数”界面变为如下所示。
您可将传递函数拖入自定义视图，在试验中实时显示各频响曲线。
在确保通道设置、目标谱和试验进度等参数正确设置的情况下，可以开始振动试验。
2. 模态分析
试验完成后，可以立即开始模态分析。
在菜单中点击“设置”-“模态仿真”，打开模态仿真对话框。
2.1 模态仿真对话框
打开模态仿真功能后，将显示“模态仿真”对话框。其中顶部为导航栏，分割线以下将显示不同的功能界面，默认显示的是“数据&模型”。点击顶部导航按钮，可以切换当前显示的功能页面，其分别对应以下功能：
- 数据&模型：导入测试数据或三维模型
- 频响函数：显示用于模态分析的频响函数曲线
- 模态指示：计算频响函数的模态指示函数
- 阶次&阻尼：进行模态分析，计算阶次频率和阻尼
- 模型&仿真：显示三维建模和仿真界面，并关闭该对话框
2.2 数据&模型
第一次使用该功能时，函数列表和模型预览应为空白，点击下方的“导入函数”，可以将当前试验中数据导入分析界面。由于正弦试验和随机试验的输入数据类型不同，所显示的函数列表也有所不同，下面将分别进行说明。
2.2.1 正弦试验的函数导入
函数列表中的各列含义如下：
- 选择：函数的索引
- 标题：被导入的函数名称
- 测点：函数的测点编号
- 方向：函数的振动方向
- 激励：是否是激励信号
其中，“测点”和“方向”将关联被测模型上的对应测点，如果不指定测点或方向错误将导致仿真结果不正确；“激励”用于指定哪个信号是激励信号，必须指定一个激励信号，通常激励信号就是试验中的控制信号。
2.2.2 随机试验的函数导入
函数列表中的各列含义如下：
- 选择：函数的索引
- 标题：被导入的函数名称
- 响应测点：函数的响应测点编号
- 响应方向：函数的响应测点振动方向
- 激励测点：函数的激励测点编号
- 激励方向：函数的激励测点振动方向
其中，“测点”和“方向”将关联被测模型上的对应测点，如果不指定测点或方向错误将导致仿真结果不正确；请将控制通道中的任意一个选择为激励测点和方向。
2.2.3 模型加载与保存
此处的模型指用于分析和仿真的几何模型，点击“加载/保存模型”-“加载...”，会弹出“文件打开”对话框，您可选择可用的模型并导入，导入的模型将显示在模型预览区域；选择“另存为...”可将当前使用的模型保存。
注意：在初次使用时，可能没有可供加载的模型。
2.3 频响函数
在设置完导入数据的各测点和方向后，点击“数据&仿真”中“下一步”按钮，软件会根据情况计算出频响函数，并切换至“频响函数”界面。
注意：通过顶部导航“频响函数”切换，并不会重新计算或导入数据至该界面。
此界面用于显示频响函数的重叠图，您可以双击界面，在属性对话框中设置显示的横纵轴范围等各项可视化参数，达到您想要的显示效果。
2.4 模态指示
点击顶部导航中“模态指示”按钮，将界面切换至“模态指示”界面。在此界面中点击“计算”按钮，计算模态指示函数，通过挑选函数“峰值”，粗略估计阶次频率。
图中曲线为计算的模态指示函数，红色标记为粗略估计的阶次频率，通常为该曲线的峰值点；两侧的灰色区域代表用于阶次计算的频率范围；上下拖动“L1”可以自动拾取高于“L1”的峰值。
界面下方的选择框含义如下：
- 峰值拾取：自动拾取峰值时的严格程度
- 使用：用于计算模态指示函数使用的数据
- 方法：模态指示函数的类型，对于单参考点模型，通常使用默认的模态峰值函数即可。
界面右上方为阶次估计的辅助工具，从左到右分别为：
- 自动分段：自动在计算范围内将阶次分组，画出分段线
- 手动添加分段：选中后在图上点击，可在该位置添加分段线
- 删除分段：选中后，点击分段线可删除该分段线
- 添加阶次：框选曲线，将范围内的峰值作为阶次添加
- 删除阶次：框选峰值，删除选中的阶次
- 平滑指示函数曲线：对曲线做平滑处理，当模态指示函数噪声大时可以优化结果
其中分段是指将分段内的阶次作为一组，在计算精确的阶次和阻尼时将分组计算，有时可以提高计算精度。
2.5 阶次&阻尼
点击顶部导航中“阶次&阻尼”按钮，将界面切换至“阶次&阻尼”界面。此界面用于计算精确的模态参数，包括阶次频率、阻尼比和各测点的模态振型。点击“计算”按钮进行计算。
界面默认显示的是阶次和阻尼列表，其中：
- 粗糙固有频率：“模态指示”中估计的阶次频率
- 固有频率：经过计算的精确阶次频率
- 阻尼比：经过计算的精确阻尼
点击“模态振型”，可切换至“模态振型”列表，列表中显示的是各点相对与激励点，在各阶次频率上的幅值和相位。点击下方的“阶次&阻尼”可切换为“阶次&阻尼”列表。
点击“设置”，可对模态分析参数进行微调，除非您熟悉模态分析的具体公式和含义，否则通常选择默认值即可。
点击“导出...”可将阶次、阻尼、振型信息导出到文件中。
3. 建模与仿真
打开建模与仿真界面有两种方式：
- 模态仿真对话框——导航栏——模型&仿真
- 模态仿真对话框——数据&模型——显示模型
3.1 三维建模
3.1.1 界面介绍
完成函数设置，点击“确定”按钮后，将显示模态仿真界面，默认情况下将显示“三维建模”功能：
界面顶部为工具栏，提供各种编辑和视图操作按钮；左下为模型编辑区，用于显示和操作三位模型；右下为操作面板，用于显示当前操作属性、模型结构、测量坐标系等内容。
左上角的大图标为模式切换按钮，用于切换“三维建模”和“振动仿真”模式：
3.1.2 创建点线模型
您初次使用时，可以使用“点”或“线”建立您的第一个模型，然后使用“分配测量坐标系”指定测点。
A. “点”的操作方法
点击“点”按钮，切换到点编辑，点击“正视图”，将编辑区切换到正视图，移动鼠标到编辑区，进入新建测点模式，此时点击鼠标左键即可以创建点；您也可以在“绘点”属性页中输入X,Y,Z坐标，再将鼠标移动至编辑区完成该点的输入，再到“绘点”属性页中编辑下一个点的位置，直至编辑完成。
B. “线”的操作方法
点击工具栏“线”按钮，切换到线编辑状态，点击“正视图”，将编辑区切换到正视图，然后用鼠标在编辑区域移动，点击鼠标左键确定线的端点。编辑过程中，可按住“CTRL”键，显示提示线。完成编辑后，点击鼠标右键，结束该命令。
如果在编辑线之前，已经存在点模型，您可以鼠标右键点击点模型，以选中这些点，然后再点击“线”，此时新建的线将与之前的点处于同一个模型中，编辑时会自动捕捉点的位置。
C. 指定测点
鼠标右键点击选中该模型，选择“分配测量坐标系”按钮，然后依次点击各点，可以将该几何点变为测点，其右上角将显示该测点的编号。
编辑测点完成后可以在右侧“测点坐标系”中进一步修改。
3.2 仿真动画
完成建模后，点击“模式切换”按钮，切换至动画仿真。
3.2.1 界面简介
切换后，界面如图所示：
其中顶部为工具栏，用于控制动画、视图和显示方式等；左下为三维显示区域，用于显示模型和动画；右下为参数编辑区，用于设置驱动数据和驱动方程等。
3.2.2 驱动数据
在右侧找到“驱动数据”，导入的数据将自动转换为频响函数，并显示在视图区，在视图上会显示一条单线光标，拖动该光标至感兴趣的频率，以设定振动频率。
3.3.3 驱动方程
在右侧找到“驱动方程”，点击“自动匹配”将自动匹配测点和方向，将几何点同导入的数据进行关联。
3.3.4 动画控制
点击工具栏，“播放”按钮，可以查看模型在该频率上的振动情况。
该工具栏从左到右的功能分别为：
- 开始播放
- 暂停播放
- 停止播放
- 回到开头
- 上一帧
- 下一帧
- 减慢播放速度
- 加快播放速度
- 减少振动幅度
- 增加振动幅度
- 减少影响范围
- 增加影响范围
在调整好振动幅度、范围和速度后可观察振动动画：
4. 常见问题
A. 如何打开“模态仿真”对话框？
菜单“设置”-“模态仿真”，打开模态仿真对话框。
B. “模态仿真”模型显示界面不小心关闭了，如何打开？
打开“模态仿真”对话框，点击“显示模型”按钮。
C. 动画仿真过程中，没有测试的点跟随测点动了起来，如何让它不要动？
在工具栏的“控制”一行中，点击“缩小影响范围”按钮，减小测点的影响范围即可。相反如何影响范围过小，可以点击“扩大影响范围”进行调整。
D. 想建立精确测量的模型，怎么办？
点击“点”按钮，先建立点模型，每个点的位置可以输入其精确的坐标，最后再用线或者三角形面片连接起来。
E. 点击“播放”按钮后，模型不动，怎么办？
- 检查“驱动方程”中是否为测点指定了驱动方程
- “驱动数据”中拖动光标位置，查看是否有变化
F. 线框模型，为什么在“播放”时线都不显示了？
检查工具栏上是否勾选了“骨架”，如果未勾选，请勾选。
G. 想完成模态仿真，能不能简要描述一下整个流程？
正弦试验
- 检查通道、目标谱、进度表设置
- 开始并完成测试
- 打开“模态仿真”对话框
- 导入数据，设置测点、方向和激励，点击“下一步”计算频响函数
- 查看频响函数
- 计算模态指示函数，挑选阶次
- 计算阶次和阻尼
- 编辑三维模型
- 编辑测点
- 确定驱动方程
- 选择仿真频率
- 开始仿真动画
随机试验
- 检查通道、目标谱、进度表设置
- “函数”中选中“传递函数”，添加需计算的传递函数
- 开始并完成测试
- 打开“模态仿真”对话框
- 导入数据，设置激励和响应的测点和方向，点击“下一步”
- 查看频响函数
- 计算模态指示函数，挑选阶次
- 计算阶次和阻尼
- 编辑三维模型
- 编辑测点
- 确定驱动方程
- 选择仿真频率
- 开始仿真动画
H.振动试验中选择了多个控制的情况下，模态分析时如何指定激励？
不管振动试验中选择了几个控制，在模态分析时请指定控制通道中的其中一个作为激励，无论选择哪个，不会影响模态分析结果。