模態(tài)空間是Peter Avitabile教授發(fā)表的系列模態(tài)解讀文章蜻懦。Peter Avitabile教授是美國麻省大學(xué)洛威爾校區(qū)UMASS Lowell機(jī)械工程系結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的副主任甜癞，以及模態(tài)分析和控制實(shí)驗(yàn)室的主任。Peter Avitabile教授以略帶口語化宛乃、生動(dòng)而又幽默的語言悠咱，在每篇文章中集中介紹試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的一個(gè)主題，是非常好的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的入門文章征炼。它涉及到了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的方方面面析既，是模態(tài)試驗(yàn)新手的入門材料，學(xué)習(xí)它有助于理解什么是試驗(yàn)?zāi)B(tài)谆奥，以及取得高質(zhì)量的模態(tài)參數(shù)眼坏。
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模態(tài)空間系列（八十八）趣味解讀模態(tài)空間 – 試驗(yàn)需要何種程度的自由熬甚？多等程度的自由真的至關(guān)重要嗎逢渔？
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試驗(yàn)需要何等程度的自由铣鹏？多等程度的自由真的重要嗎？
這點(diǎn)很重要哀蘑，需要討論诚卸。
嗯 — 現(xiàn)在，我認(rèn)為對于這個(gè)問題大家都會(huì)感到困惑绘迁。它實(shí)際上起源于我們都熟悉的剛體動(dòng)力學(xué)及其相關(guān)概念合溺。但我們不要輕易對這些概念不做深究。
我的意思是當(dāng)根據(jù)質(zhì)量中心的概念來描述物體時(shí)缀台，剛體動(dòng)力學(xué)是一個(gè)很好的逼近棠赛。那么我們得到的是在空間中的一個(gè)點(diǎn)，我們只需要這個(gè)點(diǎn)來描述與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)膛腐。
并且這是一個(gè)很強(qiáng)的說法睛约，它意味著結(jié)構(gòu)幾何外形上的每一點(diǎn)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)上的某個(gè)點(diǎn)來完全確定。因此哲身，如果情況是這樣辩涝，可以講我們得到了一個(gè)剛體。
那么現(xiàn)在當(dāng)我們說我們有一個(gè)自由-自由系統(tǒng)并且我們得到了描述這個(gè)系統(tǒng)的剛體模態(tài)勘天，是什么意思怔揩？這意味著我們跟地面之間沒有丁點(diǎn)的約束并且結(jié)構(gòu)在空間內(nèi)是完全自由浮起的。如果情況是這樣误辑，那么我們能夠得到剛體模態(tài)沧踏，描述物體在空間中能夠運(yùn)動(dòng)的六種獨(dú)立方式。沿三個(gè)主方向上有三個(gè)獨(dú)立的平動(dòng)以及沿三個(gè)單獨(dú)方向的三個(gè)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)巾钉。當(dāng)然我們必須認(rèn)識(shí)到六個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)可以由其他的運(yùn)動(dòng)線性組合而成為另外一種可能的運(yùn)動(dòng)翘狱。僅僅是因?yàn)槲覀儍A向于按照x,y,z方向來思考，并不意味著剛體運(yùn)動(dòng)需要跟其他三個(gè)方向隔絕開來 – 任意的線性組合都是可以的砰苍。
好 – 那么現(xiàn)在我們學(xué)會(huì)了這個(gè)剛體模態(tài)的概念×市伲現(xiàn)在我們來討論一個(gè)簡單的梁阱高，我們可以根據(jù)有限元模型來進(jìn)行建模。我們首先假設(shè)這個(gè)梁截面一致茬缩，質(zhì)量分布一致赤惊，那么這個(gè)梁沒有什么特別之處。為了將討論進(jìn)一步簡單化凰锡，我們只考慮平面運(yùn)動(dòng)未舟，但是沒有理由我們不能將之?dāng)U充為一般的六個(gè)自由度。
那么我們首先描述這個(gè)平面系統(tǒng)的少數(shù)前幾階模態(tài)掂为。圖1展示了平面梁系統(tǒng)的前四階模態(tài)裕膀。注意前2階是剛體模態(tài)，接下來的2階是系統(tǒng)的彈性體模態(tài)勇哗。
圖1 – 自由-自由梁的各階模態(tài)
注意到第1階模態(tài)是上下運(yùn)動(dòng)的沉浮模態(tài)昼扛，第2階是繞梁幾何中心的搖擺模態(tài)。對于一個(gè)完全無約束的梁結(jié)構(gòu)自由模態(tài)欲诺，這正如我們所預(yù)期抄谐。
現(xiàn)在，我們考慮當(dāng)在試驗(yàn)室內(nèi)對梁測試時(shí)扰法，梁實(shí)際上不能在空間無約束地浮動(dòng)蛹含。于是我們考慮施加一定范圍的彈簧剛度到梁的兩端。然后進(jìn)一步讓剛度范圍從接近于零一直變大為一個(gè)很大的剛度迹恐，接近于鉸接或者完全約束狀態(tài)挣惰。這如圖2中所示。
圖2 – 彈性支承梁
現(xiàn)在為了將這個(gè)問題簡化殴边，當(dāng)增加梁端部的彈簧剛度時(shí)憎茂，我們只打算觀察第1階模態(tài)是如何變化的。要看看隨著剛度增加锤岸，模態(tài)振型發(fā)生什么變化竖幔。隨著剛度增加，模態(tài)振型從上到下是偷，如圖3所示拳氢。
圖3 – 1階模態(tài)振型的演變
所畫的第1階振型是自由-自由梁的第1階模態(tài)振型。那么隨著我們增加梁端部的剛度蛋铆，固有頻率將向上增加馋评，因?yàn)閯偠壬嫌性黾樱缢A(yù)期刺啦。那么如果我們只是增加一點(diǎn)兒剛度留特，模態(tài)振型變化的可能察覺不到撵术。于是我們看到上面第2張圖上靡挥，模態(tài)振型依然跟剛體模態(tài)非常相似，但梁上有少許的彎曲胡桨。隨著剛度增加根资，觀察到第3張圖上爷耀，振型跟完全剛體的模態(tài)實(shí)際上不一樣了半哟，并且振型開始成更大程度的彎曲丛晌，如同系統(tǒng)的第1階彎曲模態(tài)。當(dāng)增加剛度到更大程度時(shí)贺喝，第4和第5張圖跟剛體模態(tài)完全不再相似了菱鸥，基本上可以講模態(tài)振型完全類似于一個(gè)彎曲模態(tài)，帶有少許一點(diǎn)兒剛體運(yùn)動(dòng)搜变。
那么故事到此基本上講完了采缚。僅僅是當(dāng)完全自由-自由時(shí)针炉，剛體模態(tài)才是真正的剛體模態(tài)挠他。在梁的端部加入一定程度的剛度時(shí)，模態(tài)開始從剛體類型的模態(tài)向彎曲類型的模態(tài)變化篡帕，并且剛體和彈性體模態(tài)的比例很大程度上依賴于所加剛度的量級以及結(jié)構(gòu)自身的剛度殖侵。
這意味著當(dāng)我們在試驗(yàn)室內(nèi)按照所謂的自由-自由狀態(tài)測量任何結(jié)構(gòu)時(shí)，得到的實(shí)際剛體模態(tài)將總是包含一定程度的彈性體模態(tài)镰烧，實(shí)際上并非完全剛體模態(tài)拢军。取決于試驗(yàn)如何設(shè)置以及自由-自由支撐何等的剛度，這會(huì)對這些剛體模態(tài)為何等剛度具有直接的影響怔鳖。我希望這個(gè)簡單的解釋澄清了你可能會(huì)有的錯(cuò)誤理解茉唉。如果你有關(guān)于模態(tài)分析的任何其他問題，盡管問我好了结执。
在北京科尚儀器官網(wǎng)發(fā)布模態(tài)空間系列文章及其中文翻譯度陆，得到了Peter Avitabile教授的書面授權(quán)，Peter Avitabile教授擁有文章全部權(quán)利献幔，北京科尚儀器只為學(xué)習(xí)教育目的而使用它們懂傀。如您轉(zhuǎn)載此系列中文翻譯，請保留本段的描述信息蜡感。
模態(tài)激勵(lì)全新的解決方案-WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析中必不可少的一環(huán)就是模態(tài)激勵(lì)蹬蚁，昊量光電新推出的這款智能沖擊錘的發(fā)明為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用提供了機(jī)械激勵(lì)的新途徑。智能意味著設(shè)備內(nèi)部處理信號(hào)郑兴。模態(tài)錘WaveHitMAX保證了測試對象的全自動(dòng)犀斋、可重復(fù)和高精度激勵(lì)，而沒有雙重打擊情连。用戶可以根據(jù)不同的阻尼/延遲時(shí)間叽粹，設(shè)置撞擊次數(shù)、沖擊力和撞擊之間的延遲時(shí)間。所有的預(yù)置球榆，如零點(diǎn)或沖擊力搜索朽肥，都是由錘子自動(dòng)完成的。用戶不再需要手動(dòng)調(diào)整持钉。
針對全自動(dòng)沖擊錘的研制衡招，WaveHitMAX采用包括整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制的閉環(huán)控制方法解決了這一問題。
圖1. 用于脈沖錘內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制的傳感器-執(zhí)行器控制回路示意圖
對新型沖脈沖錘WaveHitMAX的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)每强，使傳感器信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)控制單元的主要輸入?yún)?shù)始腾。這樣，脈沖錘的手臂可以向上移動(dòng)到試件的命中點(diǎn)空执，在那里浪箭，通過力傳感器信號(hào)中的特征變化檢測到接觸事件，手臂的移動(dòng)方向可以反轉(zhuǎn)辨绊。
與半自動(dòng)沖擊錘相比奶栖，WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘具有新的功能。內(nèi)部信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)有:
? 全自動(dòng)單擊
? 自動(dòng)搜索用戶自定義的沖擊力
? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索
? 確認(rèn)對質(zhì)量保證的影響
? 更改錘頭與測試對象之間的位置门坷，無需重新設(shè)置
WaveHitMAX自動(dòng)模態(tài)力錘可以通過以太網(wǎng)在Windows設(shè)備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速宣鄙、輕松地操作。
自動(dòng)模態(tài)脈沖錘特點(diǎn)：
? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索
? 可重復(fù)的單擊激發(fā)
? 內(nèi)部傳感器評估和過程控制
? 自動(dòng)搜索和調(diào)整沖擊力
? 位置的變化是自動(dòng)預(yù)測的
? 通過附件配置脈沖特性
? 通過遠(yuǎn)程控制或集成到客戶系統(tǒng)中來觸發(fā)功能
? 在德國設(shè)計(jì)和組裝
? CE認(rèn)證
1.確保單次激發(fā)
雙重撞擊激勵(lì)可以在時(shí)域和頻域檢測到
2.豐富的配件支持
不同的傳感器-尖端-配重的組合默蚌。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用于全自動(dòng)沖擊測試的智能脈沖錘冻晤，在全新的AI智能脈沖領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)智能脈沖錘！
如果您對WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測試的智能脈沖錘有興趣绸吸，請?jiān)L問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：
http://www.wjjzl.com/details-1495.html
關(guān)于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生產(chǎn)和銷售"德國制造"的聲音和振動(dòng)測量和分析創(chuàng)新產(chǎn)品超過15年鼻弧。作為應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（GFai）的100%子公司，它始終以行業(yè)為導(dǎo)向和以應(yīng)用為導(dǎo)向锦茁。
Gfai tech以模塊化和靈活的聲學(xué)攝像機(jī)而聞名攘轩，用于聲源的定位，可視化和分析蜻势。如今撑刺，該產(chǎn)品組合還包括實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的創(chuàng)新以及用于監(jiān)測、分析和評估聲學(xué)測量數(shù)據(jù)的完整軟件解決方案握玛。我們的測量解決方案應(yīng)用于汽車够傍、工業(yè)、空中交通挠铲、火車交通和研發(fā)領(lǐng)域的降噪冕屯、錯(cuò)誤檢測和聲音設(shè)計(jì)。
上海昊量光電作為gfai tech公司在中國大陸地區(qū)的代理商拂苹，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)安聘。對于WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測試的智能脈沖錘有興趣或者任何問題，都?xì)g迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系浴韭。
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