- 什么是模态测试和模态分析？目标是什么？
模态试验是进行模态分析并对试验对象的结构动力学作出结论的基础。模态测试可以使用人工激励源来振动测试对象，或者通过在操作条件下运行测试对象来执行。
模态测试和模态分析用于计算和了解结构的动态行为和结构特性，例如自然共振频率、阻尼比和振型。因此，可以测试、优化和验证结构。
在执行模态测试时，可以通过施加力 (N) 以两种方式激发结构：
1) 模态锤
2) 电动振动台
需要传感器来查看施加到结构上的力的响应。通常使用加速度计 (g) 来观察反应。
模态测试和模态分析一般包括：
• 模态振动器或冲击锤
• 接收输入激励信号的功率转换器
• 接收输出信号的加速度计
• DAQ 设备
• 带有模态测试和分析软件应用程序的计算机
- 如何激发结构？
模态分析可以在工作条件下作为操作模态分析 (OMA) 进行，也可以通过应用人工激励源作为实验模态分析 (EMA) 来完成。
在实验模态分析中，结构由模态锤或振动器激发。所选择的振动器或模态锤应该在它可以激发整个结构的频率范围内。
- OMA（操作模态分析）
OMA 通过测量输出（响应）信号来估计模态模型，例如固有频率、阻尼和振型。不需要输入力信号。
在某些情况下，用冲击锤或振动器使结构振动是不可能或非常困难的。在这种情况下，结构会承受自然载荷（例如海上结构、桥梁、建筑物等）。在这种类型的测试中，结构不容易控制或测量。
- EMA（实验模态分析）
EMA 提供了一个模态模型，例如简单和复杂结构的共振频率、阻尼比和振型。在 EMA 结构中，由人工力激发，与 OMA 不同，输入（激发）和输出（响应）信号都被测量以获得频率响应函数。结构可以用锤子或振动器来激发。
EMA 测试可以在现场或受控实验室环境中进行。因此，由于受控环境，EMA 比 OMA 更受青睐。通过这种方式，可以管理结构激励。
EMA可以根据输入和输出的数量进行分类：
-SISO（单输入单输出）
-SIMO（单输入多输出）
-MIMO（多输入多输出）
使用 MIMO 方法，可以轻松激发结构的每个部分。因此，可以从结构的所有部分获得更准确的响应。
- ODS（工作偏转形状）
运行变形形状 (ODS) 是一种动态分析，通过仅测量输出（响应）振动信号来了解结构在其运行条件下如何移动。
ODS 用于结构变形形状的动画，但它不提供像 OMA 和 EMA 那样的模态模型。
ODS 结果包括在几何上动画的偏转形状和确定的响应幅度和相位信息。
- 模态测试准备
1. 选择结构的支撑
测试对象应该能够以最能揭示对象结构动力学的方式自由振动。
2、激振力的种类
对于实验模态分析 (EMA)，可以选择不同的激励（输入）类型。（振动器或冲击锤）。
• Impulse Hammers 具有一些优点，例如设置时间快且价格便宜。无需固定。
•模态振动台是需要更深入分析的大型复杂结构的最佳解决方案。由于模态振动器的角度和位置是精确的。可以检测非线性。任何频段的激励都很好。
3、激发场所
对于 EMA 测试，重要的是要在会影响它的位置激发物体，从而揭示其大部分振动特性。
4. 用于测量力和响应的硬件和传感器
对于 EMA 测试，输入激励通常使用力传感器或阻抗头测量。阻抗头包含一个力传感器和一个加速度计。作为阻抗头的替代方案，加速度计可以放置在力传感器附近。响应信号主要用加速度计测量。
- 什么是频率响应函数 (FRF) 和传递函数？
为了简单地定义它，输入信号被施加到系统，输出信号被测量，响应与激励的比率给出了传递函数。通过测量系统的输入和输出来计算 FRF。
假设系统是线性的和时不变的。
获得传递函数以查看机械结构中的危险共振值。需要避开材料应力值非常高的频率范围，即共振频率。
假设有两个信号 x(t) 和 y(t) 分别是输入和输出信号。X(f) 和 Y(f) 是来自 x(t) 和 y(t) 的复频谱。频域中响应（输出）到激励（输入）的划分基本上给出了传递函数：
H(f) = Y(f) (输出信号) / X(f) (输入信号)
在机械结构中：
FRF 是通过用模态锤或振动器激励结构（测量力），并通过用加速度计测量结构的响应（测量加速度）来获得的。
在电路中：
FRF 是通过向电路的输入端施加电压并测量输出端的电压来获得的。
- 什么是连贯性？
相干数据为模态测试验证提供了重要信息。它显示了输入和输出值如何相互关联以识别共振点和反共振点。
相干值介于 0 和 1 之间。相干值为 1 表示测量响应完全由测量输入引起。如果小于 1，则表明被测响应不仅是由被测输入引起的。
相干值必须基于平均测量值。
当 FRF 非常高时，例如在共振点，相干值大约为 1。但是，如果在 FRF 高的点处相干值接近零，则不一定是真正的共振。
- 用于模态测试的振荡器类型
不同类型的振动器可用作模态振动器：
每种类型的振动筛都有不同的优点。摇床的选择取决于所执行测试的场景。激振力的最大水平、频率范围，最重要的是，被测设备的放置方式是选择振动台时的一些重要参数。
- 什么是永磁振荡器？（标准摇床）
永磁振动台主要用于环境测试和传感器校准。
DUT 放置在振动器电枢的顶部。振动表面积可以根据样品大小使用头部扩展器来扩展。
使用领域：
• 微型零件的振动测试以及组件和电子设备的模态测试
• 冲击测试
• 传感器校准
• 共振测试
• 教育和各种研究
- 什么是模态振动器？
模态振动器用于激发大型复杂结构并获得高质量的模态数据。与模态锤相比，模态振动器能够在更宽的频率范围内以各种信号类型激发结构。模态振动台是获得最佳和准确测试结果的理想选择。对于复杂的结构，使用多个振动器可以提供更真实的力激励和更好的模型形状检查。
模态振动器通过托管架安装到结构上，力通过该托管架从振动器传递到结构上。在测试期间，被测结构和/或模态振动器可以用弹性绳索或弹簧等组件悬挂，以模拟自由自由边界条件。
模态振动台设计有一个用于托管架的开孔电枢，这样，托管架可以在不移动振动台的情况下调整到 DUT 所需的长度，从而简化了安装。
使用领域：
• 电子板和子组件
• 航空航天
• 汽车
• 机械、车辆、飞机和建筑
- 什么是惯性振动器？
惯性振动器用于需要在较低频带中激发的结构。它们结构紧凑、重量轻，可用作手持设备。惯性激振器和模态激振器在使用领域是相似的。它们还用于检查结构振动行为的测试，例如模态振动器。但是，与模态振动器相比，连接方式有所不同。惯性振动器自身的身体振动。因此，惯性振动器直接固定在结构上。
使用领域：
- 什么是工具锤？
模态锤用于锤冲击测试。Impact Hammer 通常首选用于测试简单结构或在更复杂的模态振动台测试之前用作快速预览。工具锤用于以短脉冲激励结构。因此，它们提供了宽频率的激励。使用一个或多个加速度传感器测量响应。
锤具有集成的力传感器和可互换的锤尖，可以具有不同的刚度。关于模态测试中要包含的频率范围，选择正确的锤头非常重要。工具锤有不同的尺寸和特点，具体取决于结构的类型。
工具锤具有一些优点，例如设置时间快且价格便宜。无需固定。
- 如何选择模态锤？
首先，应选择最合适的模态锤长度。其他需要考虑的功能如下：
• 关于频率响应和频率范围，选择最合适的脉冲尖端
• 锤子尺寸和重量
• 测量范围——足够的冲击力水平
• 灵敏度——在非常弱和过载水平之间提供平衡
- 激发振动器的信号类型
• 随机的
• 突发随机
• 伪随机
• 周期性随机
• 正弦啁啾
• 正弦扫描和分级正弦
- 控制器和传感器选择
应根据加速度范围、温度范围、频率范围等来选择传感器……传感器的数量也必须确定。
控制器的选择应由测试条件决定。常见的振动测试类型有：
正弦波
随机的
震惊
RSTD（共振搜索和跟踪驻留）
正弦随机
正弦上正弦
随机上随机
正弦和随机对随机
冲击响应谱
疲劳测试
