现代汽车振动与噪声分析技术课件第6章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,Tongji Auto,同济大学汽车学院,Tongji Auto,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车振动与噪声分析技术,第,6,章 汽车结构模态试验技术,靳 畅,6.1,试验模态分析基本理论,试验模态分析就是通过试验测量结构激励和响应的时间历程，求得频响函数或脉冲响应函数，得到结构的非参数模型，然后运用参数识别方法求得结构的模态参数。,6.1.1,多自由度系统频响函数及脉冲响应函数矩阵,6.1,试验模态分析基本理论,6.1.2,模态参数,估计,6.1,试验模态分析基本理论,6.1.2,模态参数,估计,1,单输入与多输入,多输入模态参数估计相对于单输入估计有很多好处。对于相隔很近的极点或双极点（特征方程的重根），只有对多输入数据进行多输入模态参数估计才能把它们分开。,不同的只有模态参与因子,L,k2,和,L,l2,。,6.1,试验模态分析基本理论,6.1.2,模态参数,估计,2,多,输入最小二乘复指数法（,LSCE,）,同时估计出几个模态的模态频率和阻尼因子,。所有,的数据都同时被分析，因而得到的是整体估计。,6.1,试验模态分析基本理论,6.1.2,模态参数,估计,2,多,输入最小二乘复指数法（,LSCE,）,同时估计出几个模态的模态频率和阻尼因子,。所有,的数据都同时被分析，因而得到的是整体估计。,=1,=2,=3,=4,=5,=6,1,2,1,1,1,1,1,2,4,2,2,1,1,1,3,6,3,2,3,2,1,4,8,4,3,2,2,2,5,10,5,4,3,2,2,6,12,6,4,3,3,2,7,14,7,5,4,3,3,8,16,8,6,4,4,3,9,18,9,6,5,4,3,10,20,10,7,5,4,4,11,22,11,8,6,5,4,12,24,12,8,6,5,4,13,26,13,9,7,6,5,14,28,14,10,7,6,5,15,30,15,10,8,6,5,16,32,16,11,8,7,6,17,34,17,12,9,7,6,18,36,18,12,9,8,6,19,38,19,13,10,8,7,20,40,20,14,10,8,7,21,42,21,14,11,9,7,22,44,22,15,11,9,8,23,46,23,16,12,10,8,24,48,24,16,12,10,8,25,50,25,17,13,10,9,26,52,26,18,13,11,9,27,54,27,18,14,11,9,28,56,28,19,14,12,10,29,58,29,20,15,12,10,30,60,30,20,15,12,10,31,62,31,21,16,13,11,32,64,32,22,16,13,11,6.1,试验模态分析基本理论,6.1.2,模态参数,估计,3,多,输入最小二乘频域法（,LSFD,）,估计模态振型系数的多自由度方法,，要求,频率和阻尼值已经预先估计出来。,6.1,试验模态分析基本理论,6.1.2,模态参数,估计,4,复,模态指示函数（,CMIF,）法,能够识别出重根的存在。,在任一频率处,，,CMIF,将指明发生多少个显然是独立的现象，,6.2,模态验证,6.2.1,频响函数综合相关性与误差,在任一频率处,，,CMIF,将指明发生多少个显然是独立的现象，,是对模态参数估计所得结果的正确性进行检验，对估计得到的模态模型的质量予以评估。,6.2,模态验证,6.2.2,模态置信判据（,MAC,）,如果,r,和,s,是同一物理振型的估计，那么模态置信判据应当接近,1,。如果,r,和,s,是不同的物理振型的估计，即二者是线性独立的，则,MAC,应该很低。计算两个不同模态之间的,MAC,值，也就等于近似地检验它们之间的正交性。,是对模态参数估计所得结果的正确性进行检验，对估计得到的模态模型的质量予以评估。,6.2,模态验证,6.2.3,模态参与（,MP,）,第,r,阶模态是怎样由各个激励点相对地激励出来的（表中各行）。,激励,点,i,对哪个模态激励的最好（表中各列）,是对模态参数估计所得结果的正确性进行检验，对估计得到的模态模型的质量予以评估。,6.2,模态验证,6.2.4,模态超复性（,MOV,）,对于模态参数估计质量高的模态，,MOV,指数应当有高值（接近,100,）。如果该指数偏低，则认为该模态只是一个计算模态（非物理模态,）,是对模态参数估计所得结果的正确性进行检验，对估计得到的模态模型的质量予以评估。,6.2,模态验证,6.2.5,模态相位共线性和平均相位偏移,MPC,指数低，表明在一定程度上是复模态，其原因或是试验结构上存在局部的阻尼元件，或是有不良的测量或者不良的分析,处理,。,对于实模态，,MPD,的值应该很小（接近于,0,度）。,是对模态参数估计所得结果的正确性进行检验，对估计得到的模态模型的质量予以评估。,6.2,模态验证,6.2.6,模态指示函数,MIF,可组成的,MIF,阶数，等于特征值的个数，也等于输入自由度数。由此，可以确定对每一个模态频率下最多有几个重根模态。,是对模态参数估计所得结果的正确性进行检验，对估计得到的模态模型的质量予以评估。,6.3,模态试验设置,6.3.1,悬挂与边界条件,需要采用较软的弹性绳或者是软垫将结构悬吊或支撑起来以近似这种自由,-,自由的边界条件。为了使悬吊或支撑的影响减到最小，悬吊或支撑点应当选择处于或尽可能接近结构的模态节点上，避免选择刚度小的柔性端。所谓模态节点是指结构在模态频率振动时始终不产生位移的位置点，这些位置可能是局部刚度极高的点或是结构的对称点,。,当要求在规定边界条件下研究结构模态时，会采用某些固定支撑方式。,。通常要求固定支撑装置的最低固有频率为所关心被测结构最高频率的,3,倍以上。,当试验目的是确定结构在工作条件下的动态特性时，边界条件应尽可能与工作条件相一致，如一辆装配完整的汽车四轮着地的进行模态试验。,6.3,模态试验设置,6.3.2,激励信号,施加激励的目的是使结构在所选定的频率范围内振动起来，并要求所施动态力是可以测量的。模态试验会用到的激励信号分为稳态正弦信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号这几类,。,1,稳态正弦信号,稳态正弦信号通过缓慢改变正弦信号的频率，可激发出结构的各阶模态。频率改变可通过模拟式或数字式正弦信号发生器实现。数字式正弦信号发生器能更精确地控制信号频率的变化，根据模态频率范围大小，频率可以以线性或对数方式变化。频率的变化必须足够慢，以使结构响应达到稳态。,6.3,模态试验设置,6.3.2,激励信号,施加激励的目的是使结构在所选定的频率范围内振动起来，并要求所施动态力是可以测量的。模态试验会用到的激励信号分为稳态正弦信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号这几类,。,2,纯随机信号,纯随机信号又称白噪声信号，是一种具有高斯分布的随机信号，在整个时间里程上都是随机的，不具有周期性。频域上是一条理想的直线，包含,0,的频率成分，且任何频率成分所包含的能量相等。,6.3,模态试验设置,6.3.2,激励信号,施加激励的目的是使结构在所选定的频率范围内振动起来，并要求所施动态力是可以测量的。模态试验会用到的激励信号分为稳态正弦信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号这几类,。,3,周期信号,在观察窗或测量窗内幅值由,0,开始并且由,0,结束的任何波形信号,伪随机信号,一种方差为零、各态历经的稳态信号。它是由离散傅里叶变换的频谱逆变换而来，在一定频率范围内幅频特性曲线为一平坦直线，相位随机均匀分布。,周期随机信号,周期随机信号也是由离散傅里叶变换的频谱逆变换而来，频谱由离散频率构成。在每个周期内，都是一种伪随机信号，但各个周期的伪随机信号统计特性不同，即各周期的伪随机信号互不相关。,6.3,模态试验设置,6.3.2,激励信号,施加激励的目的是使结构在所选定的频率范围内振动起来，并要求所施动态力是可以测量的。模态试验会用到的激励信号分为稳态正弦信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号这几类,。,3,周期信号,在观察窗或测量窗内幅值由,0,开始并且由,0,结束的任何波形信号,周期快扫信号,一种极快的正弦扫描，即频率在数据采集的每个测量窗口时段内很快地由低到高正向和,/,或由高到低反向扫描，扫描可采用线性或对数的形式。这种信号实际上是伪随机信号的一种特例,6.3,模态试验设置,6.3.2,激励信号,施加激励的目的是使结构在所选定的频率范围内振动起来，并要求所施动态力是可以测量的。模态试验会用到的激励信号分为稳态正弦信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号这几类,。,4,瞬态信号,瞬态信号在测量窗口周期内持续时间短，并有明显的开始和结束，具有周期性的特点。瞬态信号包含较宽的激励力频率成分，是模态试验中采用的主要激励方式之一。,随机猝发信号,以周期随机信号作为激励信号，并在测量窗口周期的最后部分时刻（如最后的,20%,时段）停止激励,6.3,模态试验设置,6.3.2,激励信号,施加激励的目的是使结构在所选定的频率范围内振动起来，并要求所施动态力是可以测量的。模态试验会用到的激励信号分为稳态正弦信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号这几类,。,4,瞬态信号,瞬态信号在测量窗口周期内持续时间短，并有明显的开始和结束，具有周期性的特点。瞬态信号包含较宽的激励力频率成分，是模态试验中采用的主要激励方式之一。,冲击信号,一种确定性瞬态信号，由一个脉冲构成，此脉冲的持续时间只占测量周期窗口的很小一部分。,6.3,模态试验设置,6.3.3,激励方式,1,固定式激励,固定式激励通常是由激振器与被测结构相连，根据支撑激振器的形式分为刚性固定和弹性固定两种方式,刚性固定激振,将激振器外壳刚性地固定在基础或支架上,，基础,或支架应是刚性的。,弹性固定激励,安装频率远小于激励频率。,6.3,模态试验设置,6.3.3,激励方式,2,非固定式激励,不给结构附加任何质量，因而不会影响试件的动态特性,，,最常见的非固定式激励就是力锤激励,相同冲击速度下，力锤质量越小，则力脉冲谱越平缓,力脉冲宽度取决于力锤锤帽与结构的接触刚度,6.3,模态试验设置,6.3.4,激励点与响应点的选择,1,激励点,多路激励模态试验时，应当使各激振器指向不同方向。如果激振点正好选在结构某阶模态节点上，则该阶模态不能被激发出来。即使激振点在节点附近，该阶模态的振动信号也很弱。所以，应避免模态节点上的激励。,在结构模态的反节点处激励，能有效地激起该阶模态。,激振点结构刚度较大，如车身纵梁上,2,响应点,取决于所选频率范围、期望的模态数、结构上关心的区域,等,高阶模态频率高，振型驻波波长短，要准确描述这些模态就需要比较多的响应点,。,响应点在结构上均匀分布是比较好的,做法,如果响应点数量不足，或响应点位置选择不当，就有可能使可观测条件遭到破坏,6.3,模态试验设置,6.3.5,频响函数测量设置,在正式测量所有频响函数之前，应对激励的自功率谱、试验结构的互易性、线性特性以及各激励力信号之间的关系等进行检查。,6.4,汽车模态试验实例,6.4.1,白车身模态试验,采用激振器多点激励以确保激励能量能传递到车身各处，同时不遗漏重根或相邻紧密的模态,6.4,汽车模态试验实例,6.4.1,白车身模态试验,采用激振器多点激励以确保激励能量能传递到车身各处，同时不遗漏重根或相邻紧密的模态,模态阶数,Frequency,（,Hz,）,模态振型描述,1,31.1,后保险杠局部模态,2,32.8,车身一阶扭,3,35.3,后备箱平板局部模态,4,39.5,车身一阶弯，顶棚局部模态,5,53.7,车身二阶弯曲,6,54.2,车身二阶弯，顶棚局部模态,7,61.2,车身与车架反向弯，顶棚局部模态,8,80.1,后保险杠纵梁局部模态，左右对称摆,9,95.2,后保险杠纵梁局部模态，左右摆,10,99.7,车内底板横梁局部模态,6.4,汽