如何测试模态(模态测试与分析实验)

模态试验的内容介绍

模态试验 ，也被称为试验模态分析，是一种用于确定线性振动系统模态参数的振动试验方法 。模态参数是在频率域中描述振动系统固有特性的关键指标
，通常包括固有频率、阻尼比 、振型和模态质量等。在模态试验中，通过测量给定激励下的系统响应信号 ，然后应用模态参数辨识方法来获取系统的模态参数
。

按激励点的分布
，模态试验可分为单点激励法和多点激励法。单点激励的设备简单且容易安装，测试周期短；多点激励能激、出较纯的主模态 ，各阶模态测试数据的信噪比较为均匀
，适用于对大型复杂系统如飞机和航天器等的模态试验 。

模态分析是研究结构动态特性的关键方法，包含固有频率
、阻尼比、振型等参数
。这一分析有助于我们评估现有结构系统的动态性能 ，深入理解振动产生的根本原因
，并实施结构优化。模态分析主要分为数值模态分析 、试验模态分析和运行模态分析，本文重点介绍试验模态分析 。

基础知识:试验模态分析简介

试验模态分析涉及对象与外界的关系 ，表达式为：Mi 为模态质量；Ki 为模态刚度；Ci 为模态阻尼系数
。试验模态分析流程包括：准备试验
、结构激励、信号采集 、参数识别等步骤。在准备试验阶段
，需将试验结构以适当方式支撑起来 。结构激励则采用机械式
、电磁式、电液式或冲击锤等方法，各具特点和适用范围
。

总结起来 ，试验模态分析为我们提供了深入理解结构动态性能的窗口，对诸如洗衣机箱体这样的产品
，它在优化设计 、降低振动和噪声方面发挥着关键作用。通过细致的试验步骤和实际案例，我们得以洞悉其在实际工程中的应用价值 。

模态分析 ，又称为频率分析或振型分析
，在结构动力学分析中是基础且重要的一种分析类型
。它主要用于计算结构的振动频率和振动形态，是动力学频域分析的基础。

模态分析是一种用于研究结构动力特性的重要工程振动领域应用 。它通过将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标 ，实现方程组的解耦
，从而独立描述系统的模态参数，便于计算模态参数。模态分析的核心目标是识别系统模态参数 ，为结构系统振动特性分析
、故障诊断及预报、动力特性优化设计提供依据
。

模态测试原理是什么

〖壹〗 、模态测试是一个系统识别的过程：已知输出和控制方程
，通过曲线拟合来求得控制方程中的模态频率
、振型和模态阻尼。模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型）的技术，是其他动力学分析的基础 。

〖贰〗、纯模态测试是一种专门测试系统单一振动模态的技术
。其核心原理基于比例粘性阻尼 ，这表示阻尼矩阵能够被定义为刚度矩阵和质量矩阵的线性组合。在实施测试时
，目标是使系统仅振动一个模态，可以将其视为一个单自由度系统 。实现这一目标的前提是激励与阻尼力之间达到严格的平衡
。

〖叁〗 、模态试验 ，也被称为试验模态分析，是一种用于确定线性振动系统模态参数的振动试验方法。模态参数是在频率域中描述振动系统固有特性的关键指标
，通常包括固有频率、阻尼比
、振型和模态质量等 。在模态试验中，通过测量给定激励下的系统响应信号 ，然后应用模态参数辨识方法来获取系统的模态参数
。

〖肆〗、为了防止发电机定子铁心由于各种原因
，造成定子铁心椭圆型模态振动频率与两倍频的径向电磁力发生共振而引发事故，对发电机定子铁心进行模态试验。

什么是发电机的模态试验

为了防止发电机定子铁心由于各种原因 ，造成定子铁心椭圆型模态振动频率与两倍频的径向电磁力发生共振而引发事故
，对发电机定子铁心进行模态试验 。

评估机械振动特性 、判断故障原因
。评估机械振动特性：通过测量发电机在不同工作条件下的振动特点
、振动频率和振动幅度，对机械振动特性进行评估。判断故障原因：通过模态试验获得发电机的振动特征谱 ，可以帮助识别出问题
，判断故障的根源 。

发电机：防止发电机定子绕组短路，检查定子绕组端部线圈的磨损、紧固情况。进行定子绕组端部振型模态试验 ，发现问题采取改进措施
。加强对发电机环形接线 、过渡引线
、鼻部手包绝缘、引水管 、水接头等处绝缘的检查。对定子绕组端部手包绝缘加直流电压测量
，及时消缺 。

加强对发电机巡视检查，发现发电机有异常声响
、有绝缘烧焦味、轴承严重漏油甩油 、空气冷却器漏水等异常情况 ，应立即查明原因，并及时处理
。对空气冷却器应定期检查
，水压表
、进水出水阀门应正常，冷却器水管及端盖应无漏水 ，空气冷却器操作时应防止水管超压漏水
，检修时应按规定做水压试验。

试验模态测试分析一般流程

试验模态测试分析一般流程主要分为五步：预试验分析（可选）、建立模态模型 、数据采集、参数识别和结果验证 。预试验分析：在测试之前，预试验分析能提供许多有价值的信息 ，如确定测量自由度和借鉴点选取
，以合理观测所有感兴趣的模态
。

进行纯模态测试时，测试流程包括打开纯模态测试模块
、设置测量通道、纯模态试验参数 、执行测试
、分析结果等步骤。测试模块界面包括通道设置、纯模态试验参数设置 、通道参数设置
、输出源设置、目标模态设置 、右侧参数设置区
、安全设置和高级选项等 。

在使用 Ansys Workbench 进行模态分析时 ，首先需要导入模型
，这一步骤是确保分析准确性的重要环节
。导入模型后，紧接着要赋予材料属性 ，这一步决定了模型的物理特性。下面
，需要对模型进行网格划分，这是模态分析的关键步骤之一 ，合适的网格划分能够提高分析的精度 。完成上述准备工作后，可以开始进行模态分析
。

模态测试过程如图1所示。图1模态测试流程其中
，FRF结果是模态参数提取的基础，因此数据采集是整个模态试验过程中非常重要的环节 。为了保证准确的测试数据 ，我们必须首先选取合适的激发方法。常用的激振方法有锤击法和激振器法（图2）
。

电机壳体模态测试方法

〖壹〗、扭矩测试方法：使用测力计或力矩扳手对电机壳体施加扭矩
，以评估电机壳体承受力的大小，从而判断其强度是否符合规定标准。 振动试验方法：将电机壳体放置在振动试验机上 ，进行连续振动
，模拟实际使用中电机壳体可能遭遇的振动环境 。通过观察振动过程中电机壳体的变形情况，来判断其强度是否达到设计要求
。

〖贰〗 、扭矩测试法 ，采用测力计或力矩扳手来测量电机壳承受力的大小
，来确定电机外壳的强度是否满足要求。振动试验法，将电机外壳放置在振动试验机上 ，进行持续不断的振动
，以此来模拟电机外壳在实际使用中的振动环境，观察电机外壳的变形情况 ，来确定电机外壳的强度是否达标 。

〖叁〗
、通过利用发电机定子绕组端部振动模态测试仪器，只要在试验中注意选取灵敏度高的加速度传感器、分析频率采用0～500 Hz 、参数设置的延迟时间选取要长等
，就可以完成测定，提高发电机的安全运行水平
。

〖肆〗、对于几何位置已产生穿透（过盈）的情况 ，以电机外壳与定子示意模型为例
，外层蓝色体为电机壳体，内层紫色体为电机定子。首先 ，确保使用Parasolid格式几何
，若非Parasolid格式，可通过导入时转换 ，并勾选保存几何数据库
，或网格化后进行操作 。

〖伍〗
、评估机械振动特性、判断故障原因
。评估机械振动特性：通过测量发电机在不同工作条件下的振动特点 、振动频率和振动幅度，对机械振动特性进行评估。判断故障原因：通过模态试验获得发电机的振动特征谱 ，可以帮助识别出问题
，判断故障的根源 。