前言
试验模态分析作为一种技术手段，主要目的是对试验结构进行动态特性分析得到其动态特性参数，根据所得参数对试验结构进行动力学仿真，进而对其进行动力学修改。在结构安全性方面，试验模态分析结果可以给出结构动力安全性方面的设计依据。试验模态分析还可以作为声振耦合分析的一部分，分析固体结构振型与外辐射声场的关系，以及诊断和预报结构系统故障和辨识系统载荷。
试验条件
试验模态分析作为一种成熟的技术手段，涵盖了多种学科的知识，其过程包括：测点编号及方向定位、几何模型建立、激励信号和响应信号数据采集、信号加窗、FFT处理、互谱自谱及频响函数计算、模态参数识别、振型动画显示。在试验模态分析之后，可进行MIMO动态仿真及对试验结构进行结构动力学修改。一个成功的试验模态分析需要有良好的试验条件：优秀的数据采集硬件、功能完善的模态分析软件、性能稳定且测量准确的传感器及经验丰富的操作人员。
在本案例中，我们采用了美国Crystal Instrument公司的手持式动态数据分析仪COCO80和美国Vibrant公司的Me’scopeVES模态分析软件。
图1 汽车底盘支架零件
图2 COCO80时域块信号(激励和响应)
图3 COCO80实时得到频响和相干函数
图4 激励点和响应点设置
对于声和振动分析，所采用的数据采集硬件是有一定要求的：必须具备高精度、高动态范围、高采样率、试验规定的通道数及通道间的信号的高同步精度。COCO80作为一款性能非常优良的动态信号分析仪，具有24位A/D转换精度，120dB动态范围，102.4KHz最高采样频率，输入通道数可选2/4/8/16，通道间相位误差±0.02度、幅值误差±0.02dB。在对试件进行激振器激励模态试验时，通常需要数据采集硬件具有高精度的信号输出功能。COCO80具有输出DC-40KHz的频率范围，24位A/D转换精度，电压范围±10V、输出信号种类有正弦、方波、三角波、白噪声、粉红噪声(Pink Noise)、chirp及扫频信号。COCO80内置多种数据采集功能，可实时进行触发、加窗、平均、FFT计算、频响函数计算甚至还包括倍频程、声压级、阶次分析和冲击响应谱的功能。对于试验模态分析，COCO80具有模态数据采集模块，专门用于试验模态分析的数据采集过程，对整个数据采集过程的采样频率、触发、平均次数、窗函数类型和信号存储方式进行选择，可对测点进行编号和测试方向的编辑，还可以自动进行测点编号。这些特性让COCO80成为一款理想的模态数据采集前端。
图5 模态数据保存设置
图6 支架零件Pro/E 3D模型
图7 Me’scopeVES中生成激励点位置
图8 Me’scopeVES生成的激励点方向