试验模态分析方法及其在航空飞行器中的应用综述

试验模态分析是通过试验测定结构固有振动特性的方法,其分析结果主要用于结构动力学模型修正,并为结构动力学分析、气动弹性分析和振动控制设计提供数据支撑。本文系统梳理了国内外有关试验模态分析方法的研究进展,从经典试验模态分析方法和现代试验模态分析方法两方面展开,总结了经典的相位共振法和相位分离法两大主流方法的基本原理,对近年来发展的试验模态分析方法进行了简单介绍,归纳了不同模态分析方法的特点。最后指出了试验模态分析方法现今存在的问题与未来可能的发展趋势。

基于复模态分析的某盘式制动器制动尖叫与试验

为了解决某乘用车台架制动噪声匹配满足客户的CAE仿真分析及台架试验要求以及CAE仿真与试验的吻合性,建立了一种制动器带半悬架总成的复特征值CAE仿真模型,此仿真模型的接触边界通过实际接触状态建立连接并建立摩擦耦合模型,仿真分析提取了不稳定模态振型以及耦合前的振型,揭示出有尖叫倾向的不稳定模态是由子结构未耦合时的多阶振动模态叠加而成,分析提取了不稳定模态下各个子零部件的应变能,从应变能中分析出各个子零部件贡献的大小,提取了不满足客户要求的不稳定模态下各子零部件的应变能,揭示出此不稳定模态下支架的应变能最大其在此不稳定模态中的贡献最大,对支架进行结构优化,在支架副梁的两端增加配重质量块,将优化后的支架再次替换原状态支架进行复模态分析,CAE分析结果表明,所有的负阻尼比均小于2%,满足客户设计目标。将优化后的支架实物替换原状态支架进行台架试验,试验结果零噪声,满足设计要求。通过试验与CAE仿真分析对比结果,表明该复模态分析方法能较好地指导制动噪声的分析与解决,有一定的指导作用。

卧式泵模态仿真分析与试验测试研究

固有频率是评价离心泵稳定性的重要因素之一,文章研究了单级端吸卧式泵模态分析和试验测试方法,建立了卧式泵的有限元模型,考虑与测试状态相同的边界条件进行仿真分析,同时通过锤击法进行试验测试,得到了卧式泵的固有频率和振型。结果表明:水平方向固有频率仿真与试验误差最大为5.1%,竖直方向固有频率仿真与试验误差最大为16.9%,卧式泵模态振型仿真与试验结果一致,仿真分析方法可用于指导离心泵模态性能设计优化。

基于FSAE车架的自由模态分析与试验

为确保大学生方程式汽车大赛(FSAE)赛车车架在实际应用中的稳定性与可靠性,同时实现轻量化并满足严格的安全标准,设计团队使用CATIA三维设计软件构建车架模型,并在ANSYS软件中进行有限元分析,以预测车架在不同工况下的动态响应。通过精确构建车架的三维模型并设定合适的材料属性和边界条件,以获取车架的固有频率和振动模态。为了验证仿真结果的准确性,通过模态试验测量了车架的振动响应,并将实验数据与仿真结果进行对比分析。试验结果证实了有限元分析在预测车架自由模态特性方面的精确性,验证了所采用分析方法的有效性,并为车架设计的进一步优化提供了坚实的理论基础。

固体火箭发动机试验模态分析

针对某大型分段式固体火箭发动机试验模态分析,试验结果出现了直观“不平衡”的扭转振型,通过数据分析结合试验模型的可观测性状和固体发动机的结构形式,认为药柱的弹性特性影响是主要因素。由于固体火箭发动机是密封充压结构,用于保护药柱,因此不能对药柱粘贴测点进行验证测试。为此建立固体发动机对比仿真模型,并基于试验数据对仿真模型进行了修正,然后按照模态试验的激振方式进行谐响应分析。分析结果验证了直观“不平衡”的扭转振型,证明了药柱的弹性特性是导致上述现象的原因。当固体火箭发动机直径增加,装药量也将大幅增加,低刚度和粘弹性特性固体推进剂的弹性特性将对整体弹性特性的影响将不可忽视,因此针对大型固体火箭发动机提出了试验模态分析药柱的测量和激振要求。

系外行星成像星冕仪振动夹具设计与试验分析

为设计满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪振动试验要求的夹具,对初步设计的振动夹具进行模态仿真分析。根据分析结果,识别夹具薄弱环节,并对振动夹具进行改进设计。通过分析计算,改进后的夹具满足设计固有频率要求。并对其进行正弦振动和随机振动动力学分析。将夹具在振动台上进行正弦扫频试验,验证设计合理性。夹具的仿真一阶模态结果342.6Hz,其振动试验结果一阶模态为329Hz。振动夹具一阶固有频率的试验结果与仿真计算误差约为4%,误差合理。试验验证了仿真计算结果的正确性。实现了振动夹具的基频大于试验件3倍的目标,振动夹具设计合理。满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪力学环境试验使用。

直升机机载设备运行模态分析方法

随着直升机任务需求的多样化,直升机上加装的设备也日益增多。为有效降低机载设备的振动水平,让设备在直升机的振动环境下能稳定可靠运行,了解机载设备的模态是非常有必要的。机载设备的试验模态分析一般是在直升机处于地面静止不通电状态下进行的,但这种方法并不适用于所有设备。

空调室外机机壳模态仿真与试验研究

针对某款空调室外机机壳振动噪声大的问题,采用模态分析的研究方法对空调室外机机壳进行结构优化设计。对空调室外机机壳整体进行了不同方案的模态分析,获得整机机壳的前十阶固有频率与振型,将其与锤击法试验所测整机机壳模态结果进行了对比,结果表明:采用顶板无螺栓侧不添加约束条件的模拟方法获得的整机机壳模态更符合试验测试结果,两者误差在3%以内。在此基础上,分别对机壳各结构件进行了模态分析,获得了每一结构件的前3阶固有频率与振型,并对底板、支架关键部件提出了优化方案。通过对室外机机壳减小底板的筋的面积以及增加筋的数量优化钣金件结构,可调整整体结构的固有频率,避开压缩机工作频率以及共振现象产生,有效地改善了振动噪声大的问题。

矿用自卸车车架模态分析与试验验证

矿用自卸车行驶中因受到强烈振动会出现共振或疲劳破坏的现象。通过ANSYS软件建立用于模态分析的矿用自卸车车架有限元模型,并利用模态分析获取车架固有频率及其相应振型,结合激振试验评估模型精度,分析各试验模态与计算结果出现差异原因,并提出规避共振现象的改进措施,进而提升自卸车使用寿命。同时,该结果也可为车架动态特性研究及优化设计提供理论支撑。

一系钢簧断裂原因分析与高频激励试验研究

为分析某型号动车组一系钢簧断裂的原因,对装配有该钢簧的转向架进行高频激振试验,结合有限元仿真计算,确定钢簧具有72 Hz的固有频率。绘制钢簧频响特性曲线发现,72 Hz频率下的应力幅值约是其余频率激励下的30倍。计算线路枕跨冲击频率,分析得出该型号动车组钢簧发生断裂原因是列车以155 km/h时速运行时会受到来自轨枕的71.7 Hz的冲击,此频率与钢簧扭转模态频率接近,钢簧发生共振,长此以往导致钢簧断裂。

基于有限元分析的汽车座椅骨架模态研究

汽车座椅作为车辆中承载乘员的关键部件,其设计与性能优化对于提升整体驾乘体验至关重要。该文采用有限元分析方法,构建汽车座椅骨架的有限元模型,并利用Radioss软件对其进行模态计算分析。同时,通过构建模态试验测试系统,对座椅骨架进行模态试验分析,旨在验证有限元分析的准确性,为座椅骨架的优化设计提供理论支撑和试验依据。

仿甲虫微型飞行器折叠翼模态分析

自然界中甲虫采用扑翼飞行方式来实现飞翔,具有优异的飞行性能。折叠翼模态特性对飞行器的气动特性具有重要影响。文章分析了扑翼运动对翅翼模态性能要求,建立折叠翼有限元模型。对折叠翼的模态进行仿真分析,获得不同参数条件下折叠翼的模态特性。通过正交试验,分析各参数对折叠翼模态的显著性影响,结果分析表明,折叠翼弹性模量与厚度对折叠翼固有频率影响显著。这里研究结果为仿甲虫微型飞行器的设计制造和实际应用奠定了基础。

气体静压主轴模态仿真分析及试验研究

为准确获取气体静压主轴的动力学模态特性,分别建立主轴转子及主轴部件的有限元模型,对有限元模型中添加的弹簧及电机约束边界条件进行了研究,并分别对以上两个有限元模型进行模态计算。比较两种情况下的结构固有频率、振型趋势及各阶模态下的有效参与质量,分析主轴部件中的外壳对主轴转子模态参数的影响,其中仅保留主轴转子的前六阶固有频率为1.5 Hz、277 Hz、279 Hz、316 Hz、384 Hz、385 Hz,而主轴部件的前六阶固有频率为1.5 Hz、259 Hz、270 Hz、281 Hz、352 Hz、363 Hz,以上结果中均包含刚体模态及重根模态。两者比较结果表明主轴部件的固有频率因其质量的增加而有所降低,且主轴部件不再满足对称结构形式,因而相对于仅保留主轴转子重根模态的情况有所减弱。基于有限元仿真分析结果,进一步对主轴部件进行模态试验验证,通过仿真与试验对比,结果表明主轴转子的有限元仿真结果与试验测量结果更加贴近,其前三阶误差分别为0.6%、10.6%和2.6%。上述仿真边界条件的加载与计算过程及试验测试方法对进一步提高气体静压主轴模态参数仿真精度及修正动力学仿真模型提供了有益参考。

基于正交试验的高速齿轮箱箱体静动态分析及优化设计

分析了高速齿轮箱箱体关键部位对箱体承载能力与工作稳定性的影响。箱体网格采用结构化六面体网格划分,对箱体承载能力与工作稳定性进行静态分析,确定箱体最大应力与应变位置,同时进行约束模态分析并提取箱体前6阶固有频率。依据分析结果对箱体进行优化,箱体最大应力与最大变形减小了8.6%和9.97%。同时箱体的第1、2阶固有频率分别提高了12.35%和6.16%,箱体总体质量减少了10.96 kg。

一种车载显控终端的振动分析和试验验证

在军用车辆中,车载显控终端的可靠性直接关系到整个系统的作战效能。为了确保在复杂多变的野外环境中能够高效、稳定地运行,对其进行环境适应性分析尤为必要。针对车载显控终端的使用特点,首先建立三维模型,而后对其进行了模态分析,进而分析了三个轴向的随机振动,并进行了随机振动试验。仿真结果和试验验证表明,车载显控终端结构合理、环境适应性强,满足车载振动环境的使用需求。

基于故障诊断的电涡流缓速器有限元模态分析及试验研究

针对缓速器开裂问题,对缓速器进行有限元模态分析,得到其固有频率和振型,并利用振动测试分析系统进行了测试试验对比分析,将两种方法得到的结果进行了对比,试验结果较好地验证了理论模型的正确性,找出了缓速器开裂的主要原因,为缓速器的瞬态动力学分析奠定了基础,为优化缓速器及相关部件结构设计提供一定的实践经验,为处理类似振动故障提供了方法参考。

甘蔗收割机齿轮箱的模态分析与试验验证

齿轮箱是甘蔗收割机中切顶装置的重要组成部分,齿轮箱的振动情况直接关系到切割甘蔗的效率和质量,因此对齿轮箱振动的研究成为当前研究的重点。基于此,笔者以某甘蔗收割机齿轮箱为研究对象,采用理论分析与试验相结合的方法对齿轮箱的频率和振型进行研究,首先通过有限元分析软件HyperWorks得出齿轮箱三维模型在自由模态下的固有频率和振型,然后通过西门子LMS设备采集齿轮箱试验模态信号得到齿轮箱在力锤敲击下的输入与输出函数,接着对试验结果采用PolyMAX(俗称参考点最小二乘复频域法)的方法提取模态的相关参数,最后再与有限元分析结果进行对比分析,得到与之相对应的频率和振型。研究结果表明,齿轮箱理论模态与试验模态之间的误差控制在10%左右,误差较小且振型基本相符合,因此齿轮箱有限元模型正确。本次分析结果为齿轮箱后期的结构优化和设计提供重要理论依据,节省了每次改动遇到试验分析的步骤,大大提高了产品优化设计的效率,节约了工作成本,缩短了产品更新的周期。

基于模态试验的大跨径钢管混凝土拱桥动力特性分析

为深入了解大跨径上承式钢管混凝土拱桥结构的动力特性,在写作本文时需选用研究对象,即贵州省平罗高速大小井特大桥,使用 MIDAS/Civil2020 大型桥梁通用有限元分析软件,针对全桥构建起有限元结构分析模型,并使用子空间迭代法分析大桥结构动力特性,同时在现场以模态试验为基础开展现场试验工作,以检测大桥结构模态。研究结果完全与有限元仿真分析结果一致,结构实测刚度大于理论刚度,结构动力特性正常。

联合收获机底盘机架有限元模态分析与试验

针对联合收获机正常工作时的振动与噪音问题,为减少共振的发生,利用三维软件UG对沃得巨龙280型稻麦联合收获机底盘机架进行了参数化建模,采用NX Nastran模块求解出了底盘机架的模态频率和振型,并对底盘机架进行了模态试验,验证了理论分析的准确性。在分析了外部激振频率特点的基础上,为使底盘机架的固有频率避开外部激振频率范围,对机架进行了结构优化。结果表明:在底盘机架质量增加3.77%的条件下,机架的前4阶模态频率分别调整到21.70、36.61、43.64和46.33Hz,均避开了脱粒滚筒激振频率范围15～18.3Hz和发动机的激振频率范围38.3～41.7Hz,可以有效避免共振的产生。该研究为联合收获机底盘结构的设计与优化提供了参考。

智能四驱汽车分动器壳体有限元分析与模态试验

基于有限元分析和模态试验方法进行了智能四驱车辆分动器设计分析。首先将模态试验和有限元分析相结合,进行了分动器的模态试验,并验证了模型的准确性;接着基于建立的分动器模型,利用Romax软件进行了不同工况下分动器壳体的轴承受力分析,加载更为精确的边界条件,进行了准确的分动器壳体的静力学和疲劳分析。实例分析结果表明,该款分动器在极限工况时的最大主应力达到196.8MPa,超出了材料的许用应力。对分动器结构进行了改进,通过改进前后的对照分析,发现改进后模型的应力和位移量明显减小,符合设计要求。