汽車(chē)振動(dòng)分析第四章 - 模態(tài)分析

1、汽車(chē)振動(dòng)基礎(chǔ)汽車(chē)振動(dòng)基礎(chǔ)汽車(chē)工程學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 徐傳燕徐傳燕 Copy right徐傳燕 2013年第三章第三章 多自由度系統(tǒng)振動(dòng)多自由度系統(tǒng)振動(dòng)第第2節(jié)節(jié) 多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)第第1節(jié)節(jié) 多自由度系統(tǒng)振動(dòng)多自由度系統(tǒng)振動(dòng)第第3節(jié)多自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)節(jié)多自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)第第4節(jié)節(jié) 模態(tài)分析模態(tài)分析Copy right徐傳燕 2013年Tacoma 峽谷大橋峽谷大橋 (1940.7.11940.11.07)Copy right徐傳燕 2013年如何評(píng)價(jià)車(chē)身設(shè)計(jì)是否合理？如何評(píng)價(jià)車(chē)身設(shè)計(jì)是否合理？1）該白車(chē)身的安裝點(diǎn)（如懸架安裝點(diǎn)、座椅安裝點(diǎn)）該白車(chē)身的安裝點(diǎn)（如懸架安裝點(diǎn)

2、、座椅安裝點(diǎn)和副車(chē)架安裝點(diǎn)）是否合理？和副車(chē)架安裝點(diǎn)）是否合理？2）固有頻率是否與激勵(lì)頻率相吻合？）固有頻率是否與激勵(lì)頻率相吻合？Copy right徐傳燕 2013年一、模態(tài)分析概念一、模態(tài)分析概念二、模態(tài)分析目的二、模態(tài)分析目的三、模態(tài)分析過(guò)程三、模態(tài)分析過(guò)程 四、白車(chē)身模態(tài)實(shí)驗(yàn)四、白車(chē)身模態(tài)實(shí)驗(yàn)第第4節(jié)節(jié) 模態(tài)分析模態(tài)分析Copy right徐傳燕 2013年模態(tài)模態(tài)：是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性。：是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性。模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)：用于反映模態(tài)特征的參數(shù)，如固有頻率、：用于反映模態(tài)特征的參數(shù)，如固有頻率、 阻尼和振型等。阻尼和振型等。模態(tài)分析模態(tài)分析：找出主要模態(tài)，了解結(jié)構(gòu)振動(dòng)的

3、實(shí)質(zhì)，將：找出主要模態(tài)，了解結(jié)構(gòu)振動(dòng)的實(shí)質(zhì)，將復(fù)雜振動(dòng)分解為許多簡(jiǎn)單而獨(dú)立的振動(dòng)，并用一系復(fù)雜振動(dòng)分解為許多簡(jiǎn)單而獨(dú)立的振動(dòng)，并用一系列模態(tài)參數(shù)來(lái)表征的過(guò)程。列模態(tài)參數(shù)來(lái)表征的過(guò)程。v各階模態(tài)的疊加就是結(jié)構(gòu)固有特性的全貌。各階模態(tài)的疊加就是結(jié)構(gòu)固有特性的全貌。一、模態(tài)分析概念一、模態(tài)分析概念Copy right徐傳燕 2013年模態(tài)分析模態(tài)分析 解析模態(tài)分析解析模態(tài)分析（有限元計(jì)算）（有限元計(jì)算）試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)驗(yàn)證驗(yàn)證指導(dǎo)指導(dǎo)Copy right徐傳燕 2013年確定系統(tǒng)的振動(dòng)特性確定系統(tǒng)的振動(dòng)特性二、模態(tài)分析目的二、模態(tài)分析目的1）評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性）評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系

4、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性2）在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估）在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)3）診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障）診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障識(shí)別系統(tǒng)各階固有頻率、阻尼比與振型識(shí)別系統(tǒng)各階固有頻率、阻尼比與振型Copy right徐傳燕 2013年三、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析過(guò)程三、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析過(guò)程 TT222112nnirprirpririprrrrrrrrpXmHmj ckjF 頻響函數(shù)頻響函數(shù)：直觀的反映響應(yīng)與外力之間的關(guān)系：直觀的反映響應(yīng)與外力之間的關(guān)系Hip表示表示p點(diǎn)激勵(lì)，點(diǎn)激勵(lì)，i點(diǎn)獲取響應(yīng)點(diǎn)獲取響應(yīng)的頻響函數(shù)形式的頻響函數(shù)形式 111212122212mmnnnmHH

5、HHHHXHFHHH頻響函數(shù)矩陣頻響函數(shù)矩陣Copy right徐傳燕 2013年FrequencyDistanceAmplitudeBeam一階模態(tài)一階模態(tài)二階模態(tài)二階模態(tài)三階模態(tài)三階模態(tài)ForceForceForceForceForceForceForceForceForceForceForceFrequency Domain ViewForceAccelerationu實(shí)驗(yàn)獲取頻響函數(shù)實(shí)驗(yàn)獲取頻響函數(shù)（1 1）在一點(diǎn)測(cè)試響應(yīng)）在一點(diǎn)測(cè)試響應(yīng)（2 2）用帶傳感器的錘頭在不同的點(diǎn)激勵(lì)）用帶傳感器的錘頭在不同的點(diǎn)激勵(lì)（3 3）計(jì)算激勵(lì)點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)）計(jì)算激勵(lì)點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)Copy ri

6、ght徐傳燕 2013年u確定結(jié)構(gòu)的模態(tài)確定結(jié)構(gòu)的模態(tài)第一階振型第一階振型（一彎）（一彎）第三階振型第三階振型（二彎）（二彎）第二階振型第二階振型（一扭）（一扭）第四階振型（第四階振型（二扭）二扭）Copy right徐傳燕 2013年1.布置測(cè)點(diǎn)并建立被測(cè)對(duì)象模型布置測(cè)點(diǎn)并建立被測(cè)對(duì)象模型四、白車(chē)身模態(tài)試驗(yàn)四、白車(chē)身模態(tài)試驗(yàn)Copy right徐傳燕 2013年2.建立測(cè)試系統(tǒng)建立測(cè)試系統(tǒng)(1)(1)確定試件安裝方式確定試件安裝方式準(zhǔn)自由狀態(tài)準(zhǔn)自由狀態(tài)Copy right徐傳燕 2013年激振器激勵(lì)激振器激勵(lì) 小型結(jié)構(gòu)小型結(jié)構(gòu) 快速快速,無(wú)需連接無(wú)需連接 不適合阻尼太大的結(jié)構(gòu)不適合阻尼太大的

7、結(jié)構(gòu)OutInOutIn多通道同時(shí)響應(yīng)或移動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)多通道同時(shí)響應(yīng)或移動(dòng)響應(yīng)點(diǎn) 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu) 應(yīng)用不同的激勵(lì)信號(hào)應(yīng)用不同的激勵(lì)信號(hào) 費(fèi)時(shí)費(fèi)時(shí),需連接安裝需連接安裝力錘激勵(lì)力錘激勵(lì)移動(dòng)激勵(lì)移動(dòng)激勵(lì)(2)(2)確定激勵(lì)方式確定激勵(lì)方式Copy right徐傳燕 2013年激振器激勵(lì)激振器激勵(lì)Copy right徐傳燕 2013年(3)(3)連接測(cè)連接測(cè) 試系統(tǒng)試系統(tǒng)Copy right徐傳燕 2013年3.3.測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試與校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試與校準(zhǔn)4.4.頻響函數(shù)測(cè)試頻響函數(shù)測(cè)試0.00220.00LinearHz0.000.41Amplitude(g/N)FRF 1: 127: +X/

8、1: +ZFRF 1: 127: - Y/ 1: +ZFRF 1: 127: +Z/ 1: +Z0.00220.00LinearHz022010020020406080120140160180Hz-180.00180.00PhaseCopy right徐傳燕 2013年5.5.模態(tài)參數(shù)識(shí)別模態(tài)參數(shù)識(shí)別白車(chē)身模態(tài)白車(chē)身模態(tài)頻率與阻尼比頻率與阻尼比序號(hào)序號(hào)頻率（頻率（Hz）阻尼比阻尼比(%)125.50.413228.70.512338.10.301443.30.442548.70.5056520.305754.30.337Copy right徐傳燕 2013年白車(chē)身模態(tài)振型示例白車(chē)身模態(tài)振型示例

9、28.7Hz 一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)38.1 Hz 一階彎曲模態(tài)一階彎曲模態(tài)Copy right徐傳燕 2013年v白車(chē)身設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)白車(chē)身設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 1) 車(chē)身的一階彎曲、扭轉(zhuǎn)模態(tài)與主要激勵(lì)源發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)身的一階彎曲、扭轉(zhuǎn)模態(tài)與主要激勵(lì)源發(fā)動(dòng)機(jī)的模態(tài)（模態(tài)（20Hz以內(nèi)）不吻合，不會(huì)發(fā)生共振。以內(nèi)）不吻合，不會(huì)發(fā)生共振。2) 從振型上來(lái)看該白車(chē)身的安裝點(diǎn)從振型上來(lái)看該白車(chē)身的安裝點(diǎn)(如懸架安裝點(diǎn)、座如懸架安裝點(diǎn)、座椅安裝點(diǎn)和副車(chē)架安裝點(diǎn)椅安裝點(diǎn)和副車(chē)架安裝點(diǎn))基本都布置在了前幾階彎扭基本都布置在了前幾階彎扭模態(tài)的節(jié)點(diǎn)附近，布置較合理。模態(tài)的節(jié)點(diǎn)附近，布置較合理。Copy right徐傳燕 2013年實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析總結(jié)被測(cè)試件被測(cè)試件力錘力錘/激振器激振器振動(dòng)加速度傳感器振動(dòng)加速度傳感器力傳感器力傳感器數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器信