模态分析在工程中的应用
来源:    发布时间: 2014-05-20 12:00   2129 次浏览   大小:  16px  14px  12px
模态是结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。   
      作为振动工程理论的一个重要分支,模态分析或实验模态分析为各种产品的结构设计和性能评估提供了一个强有力的工具,其可靠的实验结果往往作为产品性能评估的有效标准,而围绕其结果开展的各种动态设计方法更使模态分析成为结构设计的重要基础。特别是计算机技术和各种计算方法(如FEM)的发展,为模态分析的应用创造了更加广阔的环境。 
       模态分析的应用可分为以下四类。 
        1.模态分析在结构性能评价中的直接应用 
      根据模态分析的结果,即模态频率、模态振型、模态阻尼等模态参数,对被测结构进行直接的动态性能评估。对一般结构,要求各阶模态原理工作频率,或工作频率不落在某阶模态的半功率带宽内;对结构振动贡献较大的振型,应使其不影响结构正常工作。这是模态分析的直接应用,已成为工程界的基本方法。

  2.模态分析在结构动态设计中的应用

以模态分析为基础的结构动态设计,是近年来振动工程界开展的最广泛的研究领域之一。有限元法(FEM)和试验模态分析(EMA)为结构动态设计提供了两条最主要的途径。在围绕着两种基本方法所展开的结构动态设计研究工作中,人们提出了很多的方法。这些方法可归为以下六类:1)载荷识别;2)灵敏度分析;3)物理参数修改;4)物理参数识别;5)再分析;6)结构优化设计。他们分别从不同方面解决了结构动态设计中的部分问题,某几种方法的组合可做到结构的优化设计。围绕这两种基本方法所展开的研究工作内容十分丰富。应用这些成果,大大提高了产品设计性能,缩短了设计周期。

      3.模态分析在故障诊断和状态监测中的应用 
      利用模态分析得到的模态参数等结果进行故障判别日益成为一种有效而实用的故障诊断和安全检测方法。如根据模态频率的变化判断裂纹的出现,根据振型的分析判别裂纹的位置,根据转子支承系统阻尼的改变判断和预测转子的失稳,土木工程中依据模态频率的变化判断水泥柱中是否有裂纹和空隙等。 
        4.模态分析在声控中的应用 
      声音控制包括振动的利用及对噪声的控制两个方面。在振动利用方面,模态分析在音箱设计、大钟设计等实例中均收到良好效果。在噪声控制方面,模态分析应用的例子也很多,包括对噪声源的寻找和确定产生噪声的模态及由此提出降噪措施。