導(dǎo)語(yǔ)：模態(tài)測(cè)試探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：設(shè)置本探究性實(shí)驗(yàn)是為讓學(xué)生在掌握機(jī)電信息檢測(cè)與處理技術(shù)課程關(guān)于力測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量和信號(hào)分析處理等基本知識(shí)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)支梁模態(tài)分析的理論計(jì)算，實(shí)際操作，數(shù)據(jù)記錄與分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)電信息檢測(cè)時(shí)傳感器、信號(hào)加工裝置、力及振動(dòng)測(cè)量和信號(hào)分析相關(guān)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生理解模態(tài)分析理論，掌握測(cè)試方法、儀器設(shè)備和分析軟件的使用，提高工程應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)系統(tǒng)；模態(tài)；探究性實(shí)驗(yàn)；固有頻率機(jī)

電信息檢測(cè)與處理技術(shù)是機(jī)自專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)核心課，課程內(nèi)容涉及傳感器、信號(hào)調(diào)理裝置、轉(zhuǎn)換裝置及數(shù)據(jù)記錄與輸出儀器[1]，通過(guò)本探究性實(shí)驗(yàn)[2]，可以掌握模態(tài)分析的原理及測(cè)試分析方法，進(jìn)而將模態(tài)分析方法用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、響應(yīng)計(jì)算和載荷識(shí)別。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理

實(shí)驗(yàn)原理是將結(jié)構(gòu)物在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行人為激振，通過(guò)測(cè)量激振力與響應(yīng)并進(jìn)行頻譜分析，識(shí)別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù)，從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備故障診斷的重要方法。通過(guò)本探究性實(shí)驗(yàn)，可以掌握模態(tài)分析的原理及測(cè)試分析方法，進(jìn)而將模態(tài)分析方法用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、響應(yīng)計(jì)算和載荷識(shí)別。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容[3]主要有：1.增加實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)物利用有限元分析模型來(lái)確定模態(tài)試驗(yàn)的測(cè)量點(diǎn)和激勵(lì)點(diǎn)，參照計(jì)算振型對(duì)測(cè)試模態(tài)參數(shù)進(jìn)行辯識(shí)命名的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。2.要求學(xué)生掌握人為對(duì)結(jié)構(gòu)物施加一定動(dòng)態(tài)激勵(lì)，采集各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)及激振力信號(hào)，根據(jù)力及響應(yīng)信號(hào)，用各種參數(shù)識(shí)別方法獲取模態(tài)參數(shù)的技術(shù)。3.增加了激振拾振裝置、雙通道FFT分析儀、和模態(tài)分析軟件包的正確使用。并能將結(jié)構(gòu)的模態(tài)振動(dòng)進(jìn)行三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)顯示。4.可讓學(xué)生加深對(duì)不測(cè)力法利用系統(tǒng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼或阻尼比等模態(tài)參數(shù)計(jì)算方法的理解。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容

（一）實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為通過(guò)可由力傳感器檢測(cè)作用力的力錘擊打簡(jiǎn)支梁，使簡(jiǎn)支梁產(chǎn)生振動(dòng)，由振動(dòng)傳感器測(cè)取簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)情況，將力和振動(dòng)信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)分析儀進(jìn)行分析，利用計(jì)算機(jī)內(nèi)的模態(tài)分析軟件包分析獲得簡(jiǎn)支梁的固有頻率、模態(tài)振型等。（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。1.對(duì)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行有限元分析。建立簡(jiǎn)支梁有限元分析模型，通過(guò)專(zhuān)用軟件理論分析簡(jiǎn)支梁的固有頻率和模態(tài)振型，同時(shí)確定測(cè)力法實(shí)驗(yàn)時(shí)簡(jiǎn)支梁的激勵(lì)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)。2.傳感器的安裝調(diào)試。正確掌握力和加速度傳感器的使用，在錘子端部安裝壓力傳感器，在簡(jiǎn)支梁上安裝加速度傳感器，進(jìn)行接線(xiàn)，利用力錘擊打由有限元分析得出的簡(jiǎn)支梁激勵(lì)點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)試。3.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。錘子端部的壓力傳感器和部署梁上的加速度傳感器分別測(cè)試錘擊力和振動(dòng)加速度，由電荷放大再接入采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)調(diào)理的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)由軟件進(jìn)行分析處理。4.信號(hào)處理與振型動(dòng)畫(huà)。進(jìn)行信號(hào)時(shí)域或頻域信號(hào)處理。如譜分析、傳遞函數(shù)估計(jì)、脈沖響應(yīng)測(cè)量以及濾波、相關(guān)分析等獲得參數(shù)識(shí)別的結(jié)果，同時(shí)將得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)模型采用動(dòng)畫(huà)的方法顯示。（三）改進(jìn)之處。1.模態(tài)分析通過(guò)給結(jié)構(gòu)施加一個(gè)激振力，激起結(jié)構(gòu)振動(dòng)，測(cè)量結(jié)構(gòu)響應(yīng)及激振力之間的頻率響應(yīng)函數(shù)，來(lái)尋求結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。學(xué)生通過(guò)選擇力錘和激振器兩種激勵(lì)方式，多點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)響應(yīng)以及單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)的測(cè)試方法，可以更加深入地了解實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的全過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生理解力，提高學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自行探索實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工程測(cè)試的區(qū)別。2.增加有限元計(jì)算環(huán)節(jié)，由原來(lái)教師確定激勵(lì)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)改為學(xué)生通過(guò)模態(tài)參數(shù)估計(jì)，來(lái)確定激勵(lì)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)。理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，能夠更加準(zhǔn)確清晰地進(jìn)行驗(yàn)證，確保模態(tài)結(jié)果的可信度。3.增加結(jié)果的分析動(dòng)畫(huà)演示，各階模態(tài)參數(shù)分別顯示或同時(shí)顯示一個(gè)或多個(gè)模型上，動(dòng)畫(huà)的幅度和速度可以隨時(shí)暫停隨時(shí)調(diào)整。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)同步動(dòng)畫(huà)顯示在模型上，形象地顯示試件的真實(shí)變形過(guò)程；響應(yīng)頻譜或傳遞率同步顯示在模型上，形象地顯示試件在某個(gè)頻率激振下的變形情況，從而在峰值附近估計(jì)模態(tài)參數(shù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)本探究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，可以熟練使用有限元分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的固有頻率計(jì)算和模態(tài)分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的參數(shù)識(shí)別；掌握實(shí)驗(yàn)室利用測(cè)力法分析結(jié)構(gòu)物的固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度；熟練使用相關(guān)振動(dòng)測(cè)試傳感器（位移、速度和加速度），掌握機(jī)械裝置利用加速度傳感器測(cè)試振動(dòng)的測(cè)試方法；掌握利用軟件將測(cè)量得到的響應(yīng)進(jìn)行自功率譜、互功率譜、傳遞率、相干函數(shù)分析和對(duì)固有頻率、模態(tài)振型等進(jìn)行測(cè)試的方法，為從事機(jī)電信息檢測(cè)科研或開(kāi)發(fā)崗位打下基礎(chǔ)，培養(yǎng)技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑜,左敏,胡洋,等.淺談學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制在偏理論型專(zhuān)業(yè)課程中的重要作用[J].教育教學(xué)論壇,2018,(25):173-174.

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作者:張 辛 王旱祥 董祥偉 劉延鑫 單位:中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院