模态分析方法

① 模态分析是什么，怎么做

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。
模态分析方法的经典定义是：利用系统固有模态的正交性，以系统的各阶模态向量所组成的模态矩阵作为变换矩阵，对通常选取的物理坐标进行线性变换，使得振动系统以模态坐标和模态参数所描述的、互相耦合的运动方程组，能够变为一组彼此独立的方程（每个独立方程只含一个独立的模态坐标。
其中计算模态分析是由ansys有限元软件分析得到的，而实验模态分析是由做实验，然后用相关分析软件分析得到。

② 什么是模态分析，步骤是怎样的

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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。
近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中，大致均可分为四个基本过程：
（1）动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析
1）激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励，采集各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号，用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出（SISO）、单输入多输出（SIMO）多输入多输出（MIMO）三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机（包括白噪声、宽带噪声或伪随机）、瞬态激励（包括随机脉冲激励）等。
2）数据采集。SISO方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。SIMO及MIMO的方法则要求大量通道数据的高速并行采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本较高。
3）时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。
（2）建立结构数学模型根据已知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，也分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。
（3）参数识别按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法，后者是指在时域识别复特征值，再回到频域中识别振型，激励方式不同（SISO、SIMO、MIMO），相应的参数识别方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。 对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，即使用较简单的识别方法也可能获得良好的模态参数；反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，则识别的结果一定不会理想。
（4）振形动画参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。由于结构复杂，由许多自由度组成的振形也相当复杂，必须采用动画的方法，将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。
以上四个步骤是模态试验及分析的主要过程。而支持这个过程的除了激振拾振装置、双通道FFT分析仪、台式或便携式计算机等硬件外，还要有一个完善的模态分析软件包。通用的模态分析软件包必须适合各种结构物的几何物征，设置多种坐标系，划分多个子结构，具有多种拟合方法，并能将结构的模态振动在屏幕上三维实时动画显示。

③ 模态分析中几阶几阶具体的含义是什么

每个物体都有自己的共振频率，而且还有不止一个共振频率。可能十几Hz的时候会发生共振，几百Hz的时候又会发生共振。如果进行模态分析，就是说把这个物体的共振频率都找出来。如果把这些共振频率都按照频率值从小到大排，就是“阶”。比如说最小的共振频率就是一阶。

模态分析是研究结构动力特性一种方法，一般应用在工程振动领域。其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。分析这些模态参数的过程称为模态分析。按计算方法，模态分析可分为计算模态分析和试验模态分析。

由有限元计算的方法取得——计算模态分析；每一阶次对应一个模态，每个阶次都有自己特定的频率、阻尼、模态参数。

通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得——试验模态分析。

通常，模态分析都是指试验模态分析。

(3)模态分析方法扩展阅读：

模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。

模态分析技术的应用可归结为以下几个方面：

1) 评价现有结构系统的动态特性；

2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；

3) 诊断及预报结构系统的故障；

4) 控制结构的辐射噪声；

5) 识别结构系统的载荷。

按照模态参数（主要指模态频率及模态向量）是实数还是复数，模态可以分为实模态和复模态。对于无阻尼或比例阻尼振动系统，其各点的振动相位差为零或180度，其模态系数是实数，此时为实模态；对于非比例阻尼振动系统，各点除了振幅不同外相位差也不一定为零或180度，这样模态系数就是复数，即形成复模态。

有限元分析：

1）利用有限元分析模型确定模态试验的测量点、激励点、支持点（悬挂点），参照计算振型对测试模态参数进行辩识命名，尤其是对于复杂结构很重要。

2）利用试验结果对有限元分析模型进行修改，以达到行业标准或国家标准要求。

3）利用有限元模型对试验条件所产生的误差进行仿真分析，如边界条件模拟、附加质量、附加刚度所带来的误差及其消除。

4）两套模型频谱一致性和振型相关性分析。

5）利用有限元模型仿真分析解决实验中出现的问题！

④ 如何利用模态分析来解决振动问题

基于环境振动的实验模态分析主要针对一些激励不可测的工程问题,如研究飞行器在飞行中的运行模态,或诸如海洋平台、桥梁、摩天大楼之类难以施加激励的大型 结构的动态特性。 本文重点研究了随机子空间方法在环境振动模态分析领域的应用。针对随机子空间法在工程应用中耗时长的不足,本文还研究了工程应用中比较经典的自互谱法,该 方法可以作为随机子空间法的补充。 首先,通过查阅大量国内外相关文献,对环境振动模态分析领域的状况作了综述,阐述了基于环境振动的模态分析在现代工程应用中的重大意义,详细介绍了该领域 各种方法的发展历程,并说明了相关方法的研究现状。其次,研究了自互谱法和随机子空间法的理论。自互谱法作为环境激励实验模态分析的一种实用的经典方法, 用响应点和参考点间的功率谱曲线来代替频响函数曲线,并由响应点和参考点之间响应的传递率得出振型。本文通过对相关理论的推导,说明了自互谱法与基于频响 函数的峰值摄取法是近似相通的,同时对该方法的优缺点作了叙述。随机子空间法是本文的论述重点,它运用了行空间投影的理论,通过QR分解和SVD分解以及 最小二乘估计来识别离散后的系统状态空间矩阵,从而得到系统的动力学特性参数,识别精度较高。本文详细的推导了随机子空间法的理论公式,并编写出相应的 MATLAB程序。通过对不同噪声工况下一个二阶系统的仿真,验证了该方法的精确有效以及良好的抗干扰特性。 最后,通过一个五层刚架模型的振动实验,对随机子空间法和自互谱法进行了验证。本次实验由振动台对模型输入一个高斯白噪声激励信号,来模拟自然条件下的环 境激励,并得到模型的响应信号。分别用随机子空间法和自互谱法对实验数据进行处理,识别出模型的模态参数,通过与有限元法理论值的比较,验证了两种方法的 有效性,同时也验证了随机子空间法相对于自互谱法的优越性。

⑤ 模态分析中六种频域拟合方法具体是什么啊

频域参数识别何止六种方法。
单自由度法：峰值检测、振型检测、圆拟合；实模态复模态均可。
多自由度频域法：最小二乘频域法（LSFD），结构系统参数识别（ISSPA），正交多项式法（OP），频域直接参数识别（FDPI），复模态指示函数法（CMIF），同时频域法（SFD），还有PolyMAX（LMS独创的算法）。
具体方法只能看书去学，一言难尽。
复模态和实模态：
极点应该知道吧，对于比例阻尼的情况，解出来的极点是个纯虚数，不含实部，因此总可以换算成实值的模态振型，这就是实模态，或者叫纯模态；
相应的，非比例阻尼的情况下，极点是个包含实部不为零的复数，因此解出来的振型也是复值模态振型向量。
单自由度法：一般而言，系统的动态响应是各阶模态的叠加；但是，如果在给定的频段内只有一个模态是重要的，那么该模态的参数就可以单独确定，这就是单自由度法。

⑥ 什么是模态分析

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。

⑦ 什么是模态分析，它的分析过程和用处是什么

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械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

⑧ 计算模态分析与试验模态分析各有什么特点

计算模态可以在制造之前去做 提前发现问题 并且可以得到详细的振动信息 实验模态一般需要制造出产品 成本 时间上比较多 作为一种验证性手段了 另外实验存在传感器 信号处理 通道数等问题 比较复杂 计算的话想对简单 但是计算模态高阶精度稍差 另外为了获得较好的高阶精度 需要划分较多的网格数量 计算量很大 一般计算模态不考虑结构的非线性行为 比较简化 实验就能都考虑了

⑨ 自由模态分析和模态分析有区别吗

自由模态分析和模态分析有区别，区别如下：

1、约束不同。

自由模态分析是模态分析的一个重要组成部分，它不考虑任何约束的影响，得到的是结构本身的固有特性。

而模态分析包含了很多种情况，在不同的约束状态下，结构的固有频率和振动模态会发生改变，因此在施加约束之后的模态分析能够反映结构的真实振动情况，研究约束对模态的影响。

2、应用不同。

自由模态分析的为了得到物体本身所具有的的特性而做出的分析，只可以在实验中分析讨论，不可应用于实际。在实际工程问题中，还是要通过模态分析来得出结论，例如由有限元计算的方法取得——计算模态分析；每一阶次对应一个模态，每个阶次都有自己特定的频率、阻尼、模态参数。

3、定义不同。

模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。

自由模态分析的定义：在无边界条件下针对物体进行的模态分析。