通过模态分析可以获得结构的固有频率、阻尼系数和振型的重要信息，以优化设计，改善结构性能。研究结构的模态参数和力学性能有助于用户了解结构在工作条件下的振动特性。
在本文案例中，棒球棒的模态参数是通过模态实验分析得到的。使用两个单轴加速度计和一个力锤进行锤击试验。巡回激励法避免了巡回响应过程中可能引入的质量附加效应。力锤锤头选择硬金属头，以激发更高频率的模态。EDM Model软件中的锤击法测试模块用于此试验。
图1 棒球棒锤击法模态试验
为了获得良好的模态振型空间分辨率，将棒球棒模型均匀划分成168个测点的几何网格。用橡皮绳悬挂棒球棒来模拟自由-自由的边界条件(如实验装置所示)。单轴加速度计固定在两个测点上，模态冲击锤在所有测点上移动。测量激振力和径向响应加速度，得到面外模态振型。
图2 棒球棒几何模型
采样速率设置为8kHz，块大小设置为8192，以确保响应自然衰减，不需要加窗。通过这两个设置，能得到0.976 Hz的频率分辨率。每个测量自由度上对3帧数据进行线性平均，可以获得更高精度和降噪后的测量结果。
锤击激励能够激发3.5 kHz频率范围内的响应。采用这种设置，就不会产生频谱泄漏，可以选择一个均匀窗。
图3 棒球棒锤击法测量
相干图验证了测量结果，上图的相干图表明测量结构很好。相干图的谷值出现在反共振频率处，说明在对应频率处的响应水平相对较低。总的来说，输入和输出在分析频率范围内是相关的。
频响函数显示，在分析频率内，能很好地识别出共振峰。排列良好的峰表明结果中不存在质量附加效应。
图4 模态数据选择选项卡显示重叠的频响函数曲线
频段选择选项卡显示复模态指示函数(CMIF)和用于指示固有频率峰值的求和频响函数。采用Poly-X算法对频响进行曲线拟合，得到分析频率范围内的柔性模态。
图5 测量FRF的频段选择
下面的截图显示了与稳定的物理极点相关的棒球棒的弯曲和扭转模态。
图6 弯曲和扭转模态
这些结果说明了使用EDM Modal软件对小型复杂结构进行复杂模态试验的可靠性和效率。