使用COCO80和Me’scopeVES進行支架零件的模態(tài)分析

1、使用 coco80和 me' scopeves進行支架零件的模態(tài)分析前言試驗模態(tài)分析作為一種技術手段,主要目的兄對試驗結(jié)構(gòu)進行動態(tài)特性分析得到其動態(tài)特性 參數(shù)，根據(jù)所得參數(shù)對試驗結(jié)構(gòu)進行動力學仿真，進而對其進行動力學修改。在結(jié)構(gòu)安全性 方而，試驗模態(tài)分析結(jié)果可以給出結(jié)構(gòu)動力安全性方而的設計依裾。試驗模態(tài)分析還可以作 為聲振耦合分析的一部分，分析固體結(jié)構(gòu)振型與外輻射聲場的關系，以及診斷和預報結(jié)構(gòu)系 統(tǒng)故障和辨識系統(tǒng)載荷。試驗條件試驗模態(tài)分析作為一種成熟的技術手段，涵蓋了多種學科的知識，其過程包括：測點編號及 方叫定位、兒何模型建立、激勵信號和響應信號數(shù)裾采集、信號加窗、fh處理、互譜自譜

2、 及頻響函數(shù)計算、模態(tài)參數(shù)識別、振型動畫顯示。在試驗模態(tài)分析之后，可進行mim0動態(tài) 仿真及對試驗結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)動力學修改。一個成功的試驗模態(tài)分析需要有良好的試驗條件: 優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集硬件、功能完善的模態(tài)分析軟件、性能穩(wěn)定且測u準確的傳感器及經(jīng)驗豐富 的操作人員。在本案例中，我們采用了美國crystal instrument公司的手持代動態(tài)數(shù)據(jù)分析儀c0c080和 美國vibrant公司的me scopeves模態(tài)分析軟件。圖1汽車底盤支架零件eat圖2 c0c080時域塊信號（激勵和響應）圖3 c0c080實時得到頻響和相干函數(shù)閣4激勵點和響應點設貫對于聲和振動分析，所采用的數(shù)據(jù)采集硬件是行一

3、定要求的：必須具備高精度、高動態(tài)范圍、髙采樣率、試驗規(guī)定的通道數(shù)及通道間的信號的高同步精度。c0c080作為一款性能非常優(yōu)良 的動態(tài)信號分析儀，具有24位a/d轉(zhuǎn)換精度，120db動態(tài)范圍，102.4khz最高采樣頻率，輸 入通道數(shù)可選2/4/8/16,通道間相位誤差±0.02度、幅伉誤差±0.02db。在對試件進行激振 器激勵模態(tài)試驗時，通常需要數(shù)裾采集硬件具有精度的信號輸出功能。c0c080具有輸出 dc-40khz的頻率范圍，24位a/d轉(zhuǎn)換精度，電壓范圍±10v、輸出信號種類有正弦、方波、 三角波、白噪聲、粉紅噪聲(pink noise)、chirp及掃頻

4、信號。c0c080內(nèi)置多種數(shù)據(jù)采集功 能，可實時進行觸發(fā)、加窗、平均、fft計算、頻響蚋數(shù)計算甚至還包栝倍頻程、聲壓級、 階次分析和沖擊響應譜的功能。對于試驗模態(tài)分析，c0c080具有模態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，專門用 于試驗模態(tài)分析的數(shù)據(jù)采集過程，對整個數(shù)據(jù)采集過程的采樣頻率、觸發(fā)、平均次數(shù)、窗函 數(shù)類型和信號存儲方式進行選擇，川對測點進行編號和測試方向的編輯，還4以a動進行測 點編號。這些特性讓c0c080成為一款理想的模態(tài)數(shù)據(jù)采集前端。圖5模態(tài)數(shù)據(jù)保存設置圖6支架零件pro/e 3d模型xx圖8 me scopeves生成的激勵點方向試驗設置及過程試驗零件如圖1所示。此零件為泛亞汽車技術中心有限公

5、司某型汽車底盤上的支架類零件。 結(jié)構(gòu)比較復雜，有加強筋、空腔結(jié)構(gòu)。汽車零件結(jié)構(gòu)一般是應該放在與零件工作位置相同的 邊界條件上進行模態(tài)試驗，這里按照客戶要求，將其按照自有邊界條件進行測試。如圖1所 示，將試件放置于軟海綿上模擬自由邊界條件。對該試件采川錘山;j、來進彳？模態(tài)難據(jù)采集。1（1固定為響應點，其余點力激勵點,用力 錘逐一在激勵點敲擊，由coc080完成模態(tài)數(shù)據(jù)采集。這里設置coc080的分析頻率為2.56khz（c0c080里可直接設置分析頻率），平均次數(shù)為4次， 對激勵和響應信號加力-指數(shù)窗，并設置手動觸發(fā)模式。值得一提的是，c0c080由于其良好 的動態(tài)范圍，無耑像某些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

6、硬件那樣需要調(diào)整激勵信兮的量級范圍，省卻了麻煩 的步驟，并可以隨時改變觸發(fā)的量級大小。對試件進行一次敲擊，采集系統(tǒng)由激勵信號觸發(fā)， 按照規(guī)定的參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集過程，得到的時域波形數(shù)據(jù)和頻響函數(shù)數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示，通過觀察這兩個窗口屮的結(jié)果判斷試驗數(shù)據(jù)是否可以接受。主要的標準是時域波形屮激勵信 號不能存在多個極大值，響應信號具有良好地袞減，不存在泄露的情況，頻響函數(shù)較為平滑, 在需要分析的頻段n，相干函數(shù)沒有很大的袞減。通過觀察閣2和閣3,判定所得結(jié)果可以接 受。點擊c0c080觸發(fā)窗口屮的“接受”按鈕，進行下一次的敲擊。當達到該測點的平均次 數(shù)后，選擇下一測點進行試驗，如圖4所示。在圖4所示

7、步驟屮，可以編輯測試點的號碼及方 向，這為試驗提供了很大的靈活性。模態(tài)數(shù)據(jù)的存儲是在試驗開始之前預先設定的，如圖5所示。選擇需要保存的信號種類及文 件名，數(shù)據(jù)會在完成測點平均次數(shù)的錘擊試驗后a動保存在內(nèi)置的存儲卡上，測點的編碼和 方向跟隨當前試驗的設定而變動。0 :* - h ft 1 ff ; a a aml fi、：；丄 tl 1t ft ml. pu g im « ti>:mk>is im>ica-i圖9 me scopeves模態(tài)分析軟件中模態(tài)數(shù)據(jù)顯示窗口|e scopeves模態(tài)分析軟件的一個優(yōu)勢在于可以直接w pro/e等cad軟件屮直接獲得試件的兒何尺

8、、r （見圖6）,并可以采用在而上加測試點的方式將測試點直接加到導入的兒何模型屮（見閣7），這無疑給了測試工程師一個良好的建模環(huán)境對于一般模態(tài)軟件，手動輸入坐標點的位置的作法比較常見。但是對于木試驗屮如此復雜的 零件，難以獲得精確的兒何尺寸。增加了效率和準確性 另外對于測試方叫，由于零件兒何形狀十分復雜，以xyz坐標形式來描述測試軸兒乎不可能。 me scopeves軟件提供了一個功能，手動旋轉(zhuǎn)單個或一纟ii測試點（同時）的測試軸。如圖8屮 看到的，所有測試點的方叫均為z軸，在操作me scopeves時，所有測試點的z軸被旋轉(zhuǎn) 至指定的方向，即測試點所在平而的法向。在c0c080的數(shù)據(jù)管理軟

9、件腿l屮，c0c080得到的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為uff格式，在me scopeves中讀取，并將測點和方向的信息一并讀取。fl過模態(tài)指示函me scopeves軟件具有優(yōu)良的模態(tài)分析功能和簡單的分析界而。將c0c080之前模態(tài)數(shù)裾采 集過程得到的頻響函數(shù)數(shù)ffi導入me scopeves工程文件的datablock屮，如閣9所示。在顯示振型的數(shù)的計算和擬合、共振峰值頻率的計算以及留數(shù)的計算得到共振頻率、阻尼和振型數(shù)裾文件 變換不同的振型文件將可以觀察在不同共振頻率下的結(jié)構(gòu)振型，同時，me scopeves還可以通過移動數(shù)裾窗口的游標顯示指定頻率下的結(jié)構(gòu)振型，與某階 振型進行對比，同時給出ma

10、c值(見閣10)，方便用戶判斷所得模態(tài)結(jié)果的正確性，所有模態(tài) 的mac矩陣如圖11所示。通過觀察圖11,認為所得到的模態(tài)結(jié)果比較可信。圖10對比第二階模態(tài)振型(左)和指定頻率下的振型(右)i k t nr：i r on sum i圖11模態(tài)置信度(mac)矩陣過對各個傳遞蚋需要指出的是，me scopeves軟件在模態(tài)分析的操作上是及其簡便的,數(shù)的模態(tài)指示函數(shù)的計算得到曲線擬合點的位置，然后進行曲線擬合得到頻率和阻尼，進而 得到模態(tài)振型。在得到上述模態(tài)參數(shù)之后，me scopeves軟件還提供了多輸入多輸山建模 仿真功能(mimo modeling simulation)、結(jié)構(gòu)動力學修改(structural dynamics modification)、與有限元網(wǎng)格結(jié)果結(jié)合進行試驗有限元分析(expeimental fea)及有限元模 型更新(fea model updating) o 借助于之前