模態(tài)空間是Peter Avitabile教授發(fā)表的系列模態(tài)解讀文章诚亚。Peter Avitabile教授是美國(guó)麻省大學(xué)洛威爾校區(qū)UMASS Lowell機(jī)械工程系結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的副主任晕换，以及模態(tài)分析和控制實(shí)驗(yàn)室的主任。Peter Avitabile教授以略帶口語(yǔ)化站宗、生動(dòng)而又幽默的語(yǔ)言闸准，在每篇文章中集中介紹試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的一個(gè)主題，是非常好的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的入門(mén)文章梢灭。它涉及到了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的方方面面夷家，是模態(tài)試驗(yàn)新手的入門(mén)材料，學(xué)習(xí)它有助于理解什么是試驗(yàn)?zāi)B(tài)敏释，以及取得高質(zhì)量的模態(tài)參數(shù)库快。
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模態(tài)空間系列（十三）趣味解讀模態(tài)空間--我展示模態(tài)振型給人看膀曾，他們問(wèn)我結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好嗎？
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我展示模態(tài)振型給人看泌枪，他們問(wèn)我結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好嗎概荷？
我該告訴他們什么？
如果我每聽(tīng)到這個(gè)問(wèn)題一次碌燕，能得到一美元误证，那我就發(fā)財(cái)了！基本回答是修壕，你還沒(méi)有足夠的信息來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題愈捅。問(wèn)這個(gè)問(wèn)題的人也不知道他們?cè)趩?wèn)什么。你不得不非常委婉地告訴他們慈鸠，這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得有點(diǎn)傻蓝谨。
他們?yōu)槭裁磩?dòng)不動(dòng)就問(wèn)這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)原因是，因?yàn)槟憧赡芙o他們展示了一個(gè)振型動(dòng)畫(huà)青团，他們的印象是結(jié)構(gòu)正在變形（因?yàn)樗麄冊(cè)谟?jì)算機(jī)屏幕上看到了撓度變形）譬巫。當(dāng)然你知道，這僅僅是結(jié)構(gòu)受到力的激勵(lì)督笆，力激起那階模態(tài)時(shí)所呈現(xiàn)出的一個(gè)特征形狀芦昔。我有時(shí)聽(tīng)到有人說(shuō)“嗯，讓我們加大動(dòng)畫(huà)振幅胖腾，看看在屏幕上我們能否破壞結(jié)構(gòu)”烟零。（當(dāng)然，這也太荒謬了Ｏ套鳌Ｏ前ⅰ！不可能發(fā)生）我利用這句話來(lái)開(kāi)端來(lái)解釋振型到底是什么记罚。動(dòng)畫(huà)僅僅是一種手段墅诡，來(lái)理解如果激勵(lì)函數(shù)激起了那階模態(tài)，結(jié)構(gòu)將如何變形。
這里的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是末早，我們需要知道施加的激振力烟馅。出于某些原因，人們忘記了然磷，要得到響應(yīng)郑趁，還需要一個(gè)施加到系統(tǒng)上的力。這個(gè)物理運(yùn)動(dòng)方程是
而等價(jià)的模態(tài)空間表達(dá)式是
注意姿搜，在這個(gè)方程的右側(cè)有一個(gè)激振力寡润。當(dāng)我們求解系統(tǒng)特征方程時(shí)，假定在右側(cè)沒(méi)有激振力舅柜。這就是我們?nèi)绾潍@得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的梭纹。看待這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)角度是致份，系統(tǒng)模態(tài)不過(guò)是一組非常復(fù)雜的濾波器变抽，在頻率基礎(chǔ)上具有將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和衰減的能力。對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用氮块，如果僅僅觀察這些濾波器本身绍载，我們能夠?qū)@些濾波器做出是好還是壞的任何評(píng)價(jià)嗎？當(dāng)然不能雇锡！我們所能說(shuō)的就是這些濾波器具有某些特性逛钻，與中心頻率、滾降锰提、和某些增益設(shè)置有關(guān)曙痘，如圖1所示。
嗯 … 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性也十分類似立肘。我們可以確定每一階模態(tài)（每一個(gè)濾波器）边坤，它具有一個(gè)固有頻率（中心頻率）、阻尼（滾降）谅年、和留數(shù)/模態(tài)振型（增益）茧痒。我們需要非常清楚地認(rèn)識(shí)到，模態(tài)振型僅僅是屬性融蹂，而且我們無(wú)法確定某一階模態(tài)是好還是壞旺订，除非我們知道了激勵(lì)函數(shù) — 也即方程的右側(cè)。
另一個(gè)例子超燃，比如說(shuō)我們想要確定一個(gè)懸臂梁的剛度区拳。嗯，我們可以到試驗(yàn)室里去意乓，在懸臂梁的端部施加一個(gè)力樱调，測(cè)量得到的位移。我們知道，可以確定剛度為K = F / X“柿瑁現(xiàn)在這個(gè)剛度是梁的一個(gè)重要參數(shù)或?qū)傩允チ浴５钱?dāng)我確定了剛度，我就知道梁是合格的還是不合格的嗎乞而？當(dāng)然不能送悔！我需要知道實(shí)際上施加到梁上的力 — 難道不是嗎？你看爪模，在試驗(yàn)室里放祟，為了確定梁的屬性，我們施加了一個(gè)任意力呻右，并測(cè)量了這個(gè)力引起的位移。在我們能夠計(jì)算實(shí)際位移之前鞋喇，有人需要確定這個(gè)真實(shí)shi界的實(shí)際作用力声滥。并且，接下來(lái)我需要有一些規(guī)范侦香，規(guī)定如何評(píng)估結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)或真實(shí)shi界作用力下的可接受性 — 這給我?guī)?lái)了另外一個(gè)重要的問(wèn)題落塑。
人們經(jīng)常忘記的一件事情是，一旦獲得了模態(tài)振型并確定了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)力罐韩，就可以計(jì)算響應(yīng)了憾赁，但有人需要確定一個(gè)規(guī)范，規(guī)定對(duì)于響應(yīng)散吵，什么是可以接受的龙考，什么是不可以接受的。有時(shí)矾睦，這是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)建模過(guò)程中一個(gè)令人沮喪的部分晦款。響應(yīng)可以計(jì)算，但沒(méi)人確定可以接受的水平是什么枚冗。在提取非常生動(dòng)的模態(tài)振型的過(guò)程中缓溅，很多時(shí)候，人們對(duì)這個(gè)非常重要的細(xì)節(jié)視而不見(jiàn)赁温。接下來(lái)坛怪，每個(gè)人都問(wèn) … 多大程度的變形是可以接受的，部件的壽命有多長(zhǎng)股囊，它“感覺(jué)”好嗎袜匿，響應(yīng)太吵嗎？等等毁涉。
既然我們已經(jīng)討論了不少這方面的內(nèi)容沉帮，我們回過(guò)頭來(lái)看看我們的平板例子，先前我們討論過(guò)模態(tài)分析的各個(gè)方面內(nèi)容。圖2展示了一個(gè)典型的強(qiáng)迫激勵(lì)振動(dòng)問(wèn)題的示意圖穆壕。存在某種激振力待牵，作用在時(shí)域內(nèi)。嗯喇勋，這個(gè)時(shí)域信號(hào)讓人非常困惑缨该，那么將這個(gè)力用FFT方法轉(zhuǎn)換到頻域，有助于確定力的某些重要特性〈ū常現(xiàn)在我知道贰拿，將這個(gè)力乘以頻響函數(shù)可以得到系統(tǒng)的輸出。接下來(lái)熄云，如果想要的話膨更，那個(gè)輸出可以變換回時(shí)域。對(duì)了缴允，這里要做的非常重要的一點(diǎn)是荚守，力譜乘以FRF。
這意味著练般，這個(gè)乘積將輸入力譜進(jìn)行了放大和衰減矗漾。在頻率基礎(chǔ)上，F(xiàn)RF決定了這個(gè)力是怎樣放大和衰減的薄料。上圖中敞贡，F(xiàn)RF好像對(duì)所示的全部4階模態(tài)都有貢獻(xiàn)。這假定了作用力和響應(yīng)位于某個(gè)點(diǎn)上摄职，在這個(gè)點(diǎn)上系統(tǒng)4階模態(tài)的每一階都有參與誊役。
但是如果力作用在某一階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)上，情況又會(huì)怎樣呢琳钉？比方說(shuō)势木，力作用在沿著平板邊長(zhǎng)方向的對(duì)稱線上。那么歌懒，從這個(gè)位置上啦桌，這個(gè)作用力將不能激起任何扭轉(zhuǎn)模態(tài)；則我們說(shuō)及皂，由于那個(gè)力的原因甫男，這些模態(tài)沒(méi)有參與到平板響應(yīng)中去。對(duì)于響應(yīng)位置验烧，情況也同樣如此板驳。所以我們可以看出，不但輸入位置而且輸出位置都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)有影響碍拆。（事實(shí)上若治，對(duì)于某一階特定模態(tài)對(duì)總體響應(yīng)有多大程度的貢獻(xiàn)慨蓝，模態(tài)振型的振幅有著強(qiáng)烈的影響。）
盡管我們可以講端幼，某些階模態(tài)可能沒(méi)有參與到系統(tǒng)響應(yīng)中去冠跷，這并不意味這這些階模態(tài)不存在 — 只是不需要它們來(lái)計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)函似。但是這些模態(tài)仍然存在 — 它們確定了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性咬扇。根據(jù)作用力施加的位置以及需要測(cè)量響應(yīng)的位置（還有信號(hào)的頻率成分）魏割，將決定結(jié)構(gòu)是如何響應(yīng)的。某些模態(tài)在響應(yīng)水平中可能更占優(yōu)勢(shì)滑进，而其他階模態(tài)在響應(yīng)中可能不占優(yōu)勢(shì) — 可能只是沒(méi)有在一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)上將它們激發(fā)起來(lái)犀忱。
所以我們需要記住的一點(diǎn)是，模態(tài)試驗(yàn)僅僅確立了系統(tǒng)的特性扶关。我們施加一個(gè)任意的力阴汇，測(cè)量力的同時(shí)測(cè)量作用力引起的系統(tǒng)響應(yīng)。這使得我們能夠確定系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性 — 頻率节槐、阻尼和模態(tài)振型鲫寄。這些僅僅是系統(tǒng)的屬性。如果一個(gè)力施加到系統(tǒng)之上疯淫，激起了一階或更多階的系統(tǒng)模態(tài)，那么我們展示模態(tài)振型（對(duì)它們進(jìn)行動(dòng)畫(huà)）是為了更好地理解結(jié)構(gòu)可能是怎樣變形的戳玫。記住模態(tài)分析不利用方程右側(cè)的激振力 — 模態(tài)振型獨(dú)立于激振力熙掺。
現(xiàn)在我希望你理解了為什么你不能回答你問(wèn)得那個(gè)問(wèn)題了。如果你有關(guān)于模態(tài)分析的任何其他問(wèn)題咕宿，盡管問(wèn)我好了币绩。
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模態(tài)激勵(lì)全新的解決方案-WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析中必不可少的一環(huán)就是模態(tài)激勵(lì)，昊量光電新推出的這款智能沖擊錘的發(fā)明為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用提供了機(jī)械激勵(lì)的新途徑田巴。智能意味著設(shè)備內(nèi)部處理信號(hào)钠糊。模態(tài)錘WaveHitMAX保證了測(cè)試對(duì)象的全自動(dòng)、可重復(fù)和高精度激勵(lì)壹哺，而沒(méi)有雙重打擊抄伍。用戶可以根據(jù)不同的阻尼/延遲時(shí)間，設(shè)置撞擊次數(shù)管宵、沖擊力和撞擊之間的延遲時(shí)間截珍。所有的預(yù)置攀甚，如零點(diǎn)或沖擊力搜索，都是由錘子自動(dòng)完成的岗喉。用戶不再需要手動(dòng)調(diào)整秋度。
針對(duì)全自動(dòng)沖擊錘的研制，WaveHitMAX采用包括整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制的閉環(huán)控制方法解決了這一問(wèn)題沈堡。
圖1. 用于脈沖錘內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制的傳感器-執(zhí)行器控制回路示意圖
對(duì)新型沖脈沖錘WaveHitMAX的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)静陈，使傳感器信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)控制單元的主要輸入?yún)?shù)。這樣诞丽，脈沖錘的手臂可以向上移動(dòng)到試件的命中點(diǎn)鲸拥，在那里，通過(guò)力傳感器信號(hào)中的特征變化檢測(cè)到接觸事件僧免，手臂的移動(dòng)方向可以反轉(zhuǎn)刑赶。
與半自動(dòng)沖擊錘相比，WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘具有新的功能懂衩。內(nèi)部信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)有:
? 全自動(dòng)單擊
? 自動(dòng)搜索用戶自定義的沖擊力
? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索
? 確認(rèn)對(duì)質(zhì)量保證的影響
? 更改錘頭與測(cè)試對(duì)象之間的位置撞叨，無(wú)需重新設(shè)置
WaveHitMAX自動(dòng)模態(tài)力錘可以通過(guò)以太網(wǎng)在Windows設(shè)備(PC或平板電腦)上通過(guò)包含的軟件快速、輕松地操作浊洞。
自動(dòng)模態(tài)脈沖錘特點(diǎn)：
? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索
? 可重復(fù)的單擊激發(fā)
? 內(nèi)部傳感器評(píng)估和過(guò)程控制
? 自動(dòng)搜索和調(diào)整沖擊力
? 位置的變化是自動(dòng)預(yù)測(cè)的
? 通過(guò)附件配置脈沖特性
? 通過(guò)遠(yuǎn)程控制或集成到客戶系統(tǒng)中來(lái)觸發(fā)功能
? 在德國(guó)設(shè)計(jì)和組裝
? CE認(rèn)證
1.確保單次激發(fā)
雙重撞擊激勵(lì)可以在時(shí)域和頻域檢測(cè)到
2.豐富的配件支持
不同的傳感器-尖端-配重的組合牵敷。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用于全自動(dòng)沖擊測(cè)試的智能脈沖錘，在全新的AI智能脈沖領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)智能脈沖錘法希！
如果您對(duì)WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測(cè)試的智能脈沖錘有興趣枷餐，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)上海昊量光電的官方網(wǎng)頁(yè)：
http://www.wjjzl.com/details-1495.html
關(guān)于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生產(chǎn)和銷(xiāo)售"德國(guó)制造"的聲音和振動(dòng)測(cè)量和分析創(chuàng)新產(chǎn)品超過(guò)15年。作為應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（GFai）的100%子公司苫亦，它始終以行業(yè)為導(dǎo)向和以應(yīng)用為導(dǎo)向毛肋。
Gfai tech以模塊化和靈活的聲學(xué)攝像機(jī)而聞名，用于聲源的定位屋剑，可視化和分析润匙。如今，該產(chǎn)品組合還包括實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的創(chuàng)新以及用于監(jiān)測(cè)唉匾、分析和評(píng)估聲學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)的完整軟件解決方案孕讳。我們的測(cè)量解決方案應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)巍膘、空中交通卫病、火車(chē)交通和研發(fā)領(lǐng)域的降噪、錯(cuò)誤檢測(cè)和聲音設(shè)計(jì)典徘。
上海昊量光電作為gfai tech公司在中國(guó)大陸地區(qū)的代理商蟀苛，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。對(duì)于WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測(cè)試的智能脈沖錘有興趣或者任何問(wèn)題逮诲，都?xì)g迎通過(guò)電話帜平、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系幽告。
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