模態(tài)空間是Peter Avitabile教授發(fā)表的系列模態(tài)解讀文章。Peter Avitabile教授是美國麻省大學(xué)洛威爾校區(qū)UMASS Lowell機(jī)械工程系結(jié)構(gòu)動力學(xué)和聲學(xué)系統(tǒng)實驗室的副主任鳍征，以及模態(tài)分析和控制實驗室的主任黍翎。Peter Avitabile教授以略帶口語化艳丛、生動而又幽默的語言匣掸，在每篇文章中集中介紹試驗?zāi)B(tài)分析的一個主題，是非常好的試驗?zāi)B(tài)分析的入門文章氮双。它涉及到了試驗?zāi)B(tài)分析的方方面面，是模態(tài)試驗新手的入門材料戴差，學(xué)習(xí)它有助于理解什么是試驗?zāi)B(tài)送爸，以及取得高質(zhì)量的模態(tài)參數(shù)。
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模態(tài)空間系列（九十）趣味解讀模態(tài)空間-我修正了一個復(fù)合材料板模型爽航，但是特性看上去不真實了蚓让。
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我修正了一個復(fù)合材料板模型氏义，但是特性看上去不真實了锄列。
這個模型可以用于響應(yīng)研究嗎？我們看看并理解這個問題惯悠。
這是一個人們經(jīng)常感到困惑的地方邻邮。我們建立分析模型作為系統(tǒng)屬性的近似克婶。很多時候我們利用模型近似或者等效的東西來幫助得到正確的模型總體特性筒严。但這并不一定意味著模型展示出實際的物理特性，如我們可能所期望的情萤，就好像我們從材料屬性表中得到的一樣。
關(guān)于復(fù)合材料板的建模筋岛，實際上我有一個非常好的案例规惰，它可能是一個用于展示的好例子，在建模時這個板用了某種完全不同的建模策略泉蝌。我實在不想詳盡地寫出建模原理的所有細(xì)節(jié)和所用的策略，但我將僅把注意力集中在材料特性的不確定性上揩晴，起因于所進(jìn)行的模型修正勋陪。
建立了一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料截面的有限元模型。物理結(jié)構(gòu)具有一個輕木骨架硫兰，在輕木的每一側(cè)具有5層橡膠纖維層（0-90°經(jīng)緯結(jié)構(gòu)）。有限元模型利用特別的建模策略來代表樹脂/纖維的特性，而用板和梁的形式來代表嵌入到橡膠里面的纖維的剪切和彎曲特性违孝，橡膠建模為板刹前。早先就已經(jīng)使用這種建模方案了，但也制作了一個原型來做一些模態(tài)試驗雌桑，以驗證這個模型喇喉。在一個3ft×3ft的板上進(jìn)行試驗，按照自由-自由的條件以及四種單獨(dú)的布置方式校坑，每個板邊被夾緊到一個500磅的塊體上，形成約束端部條件耍目。由材料小組提供材料的特性膏斤，已經(jīng)確認(rèn)對于確定其特性是準(zhǔn)確的。利用材料小組提供的這些確定的特性來建立有限元模型邪驮。進(jìn)行自由-自由模態(tài)試驗莫辨，用來研究模型的準(zhǔn)確性。
前面幾階模態(tài)的自由-自由相關(guān)分析生成了非常好的MAC值毅访，但是對系統(tǒng)的所有階模態(tài)沮榜，在頻率具有非常一致的移動俺抽。在輕木材料特性上敞映，模型修正研究產(chǎn)生了非常明顯的變化，以使得頻率差異減少磷斧；基本前提是振愿，提供的橡膠和纖維材料特性是正確的弛饭。但是為了完成這種頻率上的移動冕末，幾何上位于板的中性軸的輕木需要在剛度上有一個非常大的改變；基本上修正后的輕木特性的楊氏模量需要跟鋼材的一樣侣颂。盡管從實際的角度看，這可能看上去不真實憔晒，現(xiàn)實情況是藻肄，為了得到正確的剛度來正確地表示模態(tài)特性，對所用復(fù)合材料所建立的有限元近似需要這么做拒担。zui初的自由-自由相關(guān)分析結(jié)果和修正后的自由-自由相關(guān)分析結(jié)果如表1所示嘹屯。
即使是在不現(xiàn)實的輕木特性條件下，為了確認(rèn)模型是系統(tǒng)的合理近似从撼，在4種攝動條件下對板進(jìn)行試驗州弟，其中板的4個邊被夾持住。含修正特性的有限元模型跟這些設(shè)置條件中的每一個都相關(guān)婆翔，并且自由-自由修正模型得到了類似的結(jié)果拯杠；為了保持文章簡短，僅顯示了有限的結(jié)果啃奴。在實驗室內(nèi)復(fù)合材料板按照硬方向和軟方向夾緊在一個500磅的錨座上，表2顯示了含修正特性的有限元模型的相關(guān)分析結(jié)果纺腊；模型按照包含錨座的條件進(jìn)行建立畔咧，來z好地代表夾緊的布置條件。顯然揖膜，對自由-自由復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)誓沸，修正參數(shù)適用于預(yù)測在邊界條件上所做的顯著的改變。
表1 – 自由-自由復(fù)合材料板模型修正前（左）和修正后（右）的相關(guān)分析
表2 – 板夾持住一個邊壹粟，在大的攝動邊界條件下進(jìn)行兩種不同的試驗拜隧，修正后的有限元模型的相關(guān)分析
那么很多人可能會問趁仙，為什么對于輕木你有如此不同的洪添，接近于鋼材的材料特性，并且預(yù)期模型是合理的雀费。嗯，這是一個非常好的問題盏袄，需要進(jìn)行討論忿峻。我有一個很棒的例子，我認(rèn)為你很快會贊成這點(diǎn)辕羽。
我們知道逛尚，一個工字梁在偏離中性軸的法蘭邊緣得到其z大截面慣性矩。但我能夠減少它刁愿，使其成為一個等效的矩形截面绰寞，給我相同的等效剛度铣口，如圖1的上部分所示滤钱。為了得到正確的系統(tǒng)撓度，我無疑正確地得到了剛度脑题。但是如果你觀察截面菩暗，你會說看起來它跟工字梁很不一樣旭蠕。
現(xiàn)在，在這個復(fù)合材料板模型中，我們改變了輕木的特性掏熬，所用的等效復(fù)合材料確實不代表真正的材料剛度佑稠。因為復(fù)合纖維在輕木中性軸的外側(cè)旗芬，在確定系統(tǒng)剛度中它們的作用非常關(guān)鍵舌胶。在第1個模型中，可以這么說我們用了“無用的”材料特性疮丛。所以模型能夠反映剛度的差異的唯yi的辦法就是通過調(diào)整留在模型中能改變的唯yi因素— 輕木的楊氏模量。所以輕木必須非常剛硬 – 打個譬喻說誊薄，幾乎是注射了強(qiáng)心劑履恩。從物理的角度看，盡管我們可能不相信那個模量呢蔫，就模型而言切心，輕木需要那般的剛硬。如果你觀察作為一個完整單元的輕木片吊、橡膠和纖維的總體抗彎剛度EI绽昏，那么總體剛度表示正確俏脊，質(zhì)量分布正確全谤，我們很好地正確預(yù)測了好幾階模態(tài) – 并且在2種不同的攝動邊界條件下，也是這樣爷贫。
圖1 – 示意圖 – 等效截面特性
并且讓我把這個再進(jìn)一步，看一看圖1底部的圖像沸久。比如說出于某種原因季眷，不能讓矩形近似像現(xiàn)在這么高，需要讓它厚度減半卷胯。為了那么做子刮，不管怎樣我需要改變剛度，因為薄弱軸附近的工字部分不像更厚截面部分那樣剛硬窑睁。因為工字有t^3項挺峡，所以不得不通過調(diào)整抗彎剛度EI項來增加那個薄弱部分的有效剛度担钮，完成這種改變橱赠。所以彈性模量E需要按照2^3調(diào)整，使總體截面具有相同的等效剛度狭姨。但是材料的真實彈性模量E不會是那個值 – 模型需要調(diào)整材料來補(bǔ)償物理尺寸上的改變宰啦。
因此這里重要的是，就總體質(zhì)量和剛度分布而言饼拍，我們把一切都考慮進(jìn)去赡模，使得系統(tǒng)具有正確的總體等效表現(xiàn)方式，這樣的話师抄，可以正確地測量響應(yīng)漓柑，結(jié)構(gòu)具有正確的總體重量以及正確的剛度，這樣如果你施加一個靜態(tài)力到上面去辆布，你會得到正確的位移。
并且順便說一聲茶鉴，zui后利用修正的材料試驗方法重新評估材料的特性锋玲，有限元模型的相關(guān)程度極大地得到了改善，頻率和振型相關(guān)程度非常令人滿意「蛲現(xiàn)在所有的材料特性跟我們可能預(yù)期的更為一致嫩絮。但重要的是，只有在考慮系統(tǒng)響應(yīng)的時候围肥，任何修正后的模型才可以用于正確地估計系統(tǒng)特性。如果你有關(guān)于模態(tài)分析的任何其他問題穆刻，盡管問我好了置尔。
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模態(tài)激勵全新的解決方案-WaveHitMAX自動脈沖錘
實驗?zāi)B(tài)分析中必不可少的一環(huán)就是模態(tài)激勵诚些，昊量光電新推出的這款智能沖擊錘的發(fā)明為結(jié)構(gòu)動力學(xué)應(yīng)用提供了機(jī)械激勵的新途徑飞傀。智能意味著設(shè)備內(nèi)部處理信號。模態(tài)錘WaveHitMAX保證了測試對象的全自動诬烹、可重復(fù)和高精度激勵砸烦，而沒有雙重打擊绞吁。用戶可以根據(jù)不同的阻尼/延遲時間幢痘，設(shè)置撞擊次數(shù)、沖擊力和撞擊之間的延遲時間家破。所有的預(yù)置购岗，如零點(diǎn)或沖擊力搜索，都是由錘子自動完成的门粪。用戶不再需要手動調(diào)整藕畔。
針對全自動沖擊錘的研制，WaveHitMAX采用包括整個運(yùn)動控制的閉環(huán)控制方法解決了這一問題庄拇。
圖1. 用于脈沖錘內(nèi)部運(yùn)動控制的傳感器-執(zhí)行器控制回路示意圖
對新型沖脈沖錘WaveHitMAX的系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)窟绷，使傳感器信號作為運(yùn)動控制單元的主要輸入?yún)?shù)铁瞒。這樣禀梳，脈沖錘的手臂可以向上移動到試件的命中點(diǎn)壮韭，在那里拘荡，通過力傳感器信號中的特征變化檢測到接觸事件胳徽，手臂的移動方向可以反轉(zhuǎn)伍派。
與半自動沖擊錘相比鸭你，WaveHitMAX自動脈沖錘具有新的功能屈张。內(nèi)部信號處理的優(yōu)點(diǎn)有:
? 全自動單擊
? 自動搜索用戶自定義的沖擊力
? 自動零點(diǎn)搜索
? 確認(rèn)對質(zhì)量保證的影響
? 更改錘頭與測試對象之間的位置，無需重新設(shè)置
WaveHitMAX自動模態(tài)力錘可以通過以太網(wǎng)在Windows設(shè)備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速袱巨、輕松地操作。
自動模態(tài)脈沖錘特點(diǎn)：
? 自動零點(diǎn)搜索
? 可重復(fù)的單擊激發(fā)
? 內(nèi)部傳感器評估和過程控制
? 自動搜索和調(diào)整沖擊力
? 位置的變化是自動預(yù)測的
? 通過附件配置脈沖特性
? 通過遠(yuǎn)程控制或集成到客戶系統(tǒng)中來觸發(fā)功能
? 在德國設(shè)計和組裝
? CE認(rèn)證
1.確保單次激發(fā)
雙重撞擊激勵可以在時域和頻域檢測到
2.豐富的配件支持
不同的傳感器-尖端-配重的組合愉老。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用于全自動沖擊測試的智能脈沖錘场绿，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智能脈沖錘！
如果您對WaveHitMAX-全自動沖擊測試的智能脈沖錘有興趣嫉入，請訪問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：
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關(guān)于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生產(chǎn)和銷售"德國制造"的聲音和振動測量和分析創(chuàng)新產(chǎn)品超過15年焰盗。作為應(yīng)用計算機(jī)科學(xué)促進(jìn)會（GFai）的100%子公司，它始終以行業(yè)為導(dǎo)向和以應(yīng)用為導(dǎo)向咒林。
Gfai tech以模塊化和靈活的聲學(xué)攝像機(jī)而聞名，用于聲源的定位垫竞，可視化和分析澎粟。如今，該產(chǎn)品組合還包括實驗?zāi)B(tài)分析的創(chuàng)新以及用于監(jiān)測件甥、分析和評估聲學(xué)測量數(shù)據(jù)的完整軟件解決方案捌议。我們的測量解決方案應(yīng)用于汽車、工業(yè)引有、空中交通瓣颅、火車交通和研發(fā)領(lǐng)域的降噪、錯誤檢測和聲音設(shè)計譬正。
上海昊量光電作為gfai tech公司在中國大陸地區(qū)的代理商檬姥，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。對于WaveHitMAX-全自動沖擊測試的智能脈沖錘有興趣或者任何問題粉怕，都?xì)g迎通過電話健民、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。
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