小組成員
指導老師：。。。。。
時間：2013.12
1）通過試驗加深對模態理論知識的理解和掌握。
3）掌握試驗測試系統及其儀器裝置的設定與連線方式。
4）熟悉lms test.lab軟體的功能和設定，學習訊號採集和分析方法。
5）熟悉模態試驗的一般流程與方法。
6）測定並獲取離合器操縱系統固定座的自由模態引數，包括固有頻率與振型等，以及動態振動特性。
7）對離合器操縱系統固定座的有限元模型進行驗證，並為有限元模型的修改提供可靠依據。
試驗地點：同濟大學新能源汽車工程中心汽車實驗室
試驗日期：2023年12月27日
制動盤，如圖1所示。
圖1 制動盤
王友、徐明：有限元預分析；確定激勵點與響應點的位置。
沈嘉怡：lms test.lab軟體操作。
余瑤：模態引數估計與模型驗證的理論分析。
楊磊：邊界條件的設定；感測器的布置；實驗裝置管理維護。
在catia中進行建模，如圖2所示。
圖2 制動盤catia 建模
將模型檔案匯入ansys workbench進行網格劃分和模態分析。制動盤材料為複合材料，材料屬性列出在表1中。
表1 材料屬性
下表2為計算所得前五階模態頻率。
表2有限元模型模態頻率
有限元模型各階振型圖如下所示。
（1）（2）
（3）（4）
（5）試驗測量分析系統由三大部分組成：試驗激振系統，響應採集系統，模態分析和處理系統。其中，試驗激振系統包括：
力錘；響應採集系統包括加速度感測器和智慧型採集系統；模態分析和處理系統主要是lms模態分析軟體test.lab 11b。
測試系統結構簡圖如圖3所示。
試驗所需儀器裝置如表3所示。
表3離合器操縱系統固定座模態試驗儀器裝置
圖4試驗工具——衝擊錘
從頻響函式的物理意義可知，若知道激勵和響應，就可推知系統的特性。從這個意義上來說，有兩種激勵方法可供選擇，其一是對結構上某點激勵，測得所有點的響應，即單點激勵的方法。其二是對結構某些點同時激勵，測得各點的響應，即通常所說的多點激勵方法。
單點激勵的優點是在模態試驗中，只要同時測量記錄激勵和響應的訊號，再經數字訊號處理，可獲得與響應激勵自由度對應的頻響函式，簡單易行。單點激勵的缺點是能量有限，在大型複雜結構的模態試驗中，響應訊號訊雜比差，有時難於激勵出所關心的整體模態，當試驗結構的模態比較密集且阻尼又比較大時，難於激出結構的純模態。
多點激勵的優點是可以激發出試驗結構的純模態，對大型結構尤其有效。而且多點激振可以解決系統存在重根的問題，但是多點激勵也存在不足，其缺點是需要採用幾套激振器激勵。模態試驗中，各激振器的激勵訊號應互不相關，輸入力的大小和相位要反覆除錯，比較費時，加上裝置昂貴，目前，尚未普遍推廣。
在進行模態試驗時，試件採用單點激勵還是多點激勵方法取決於試件被整體激振的難度。如果單點激勵就可以測得試件上任意點的響應，且響應幅度足夠大，則採用單點激振即可，否則需要對試件進行多點激振。
本試驗研究的是制動盤的模態引數，屬於小件試件，總體比較容易被激振，這裡採用單點激振。
一種經常採用的自由狀態。使試驗物件不與地面相連線，自由地懸浮在空中。如放在很軟的泡沫塑料上；或用很長的柔性繩索將結構吊起而在水平方向激振，可認為在水平方面處於自由狀態。
另一種是地面支承狀態，結構上有一點或若干點與地面固結。
如果在我們所關心的實際情況支承條件下的模態，這時，可在實際支承條件下進行試驗。但最好還是自由支承為佳。因為自由狀態具有更多的自由度。
本試驗採用自由支撐的方式固定試件。
制動盤座標係以工作面為xy平面，圓心為原點（0,0,0），過圓心垂直於工作面方向為z軸正方向，建立座標系。
被測制動盤採用橡膠繩懸吊安裝，使其處於自由狀態下進行試驗。具體懸掛位置應選在模態節點處，本次試驗中將橡膠繩穿過制動盤中間的軸孔，將制動盤豎直懸掛。
圖5自由支撐固定扭轉減振器
說明：在水平和豎直的兩種懸掛方式上的選擇，考慮力錘敲擊的便利，以及自由振動的頻率問題，綜合考慮下，選擇了豎直放置。如果水平放置，將繩子從左右的兩孔穿過，則束縛的剛度過大，不符合模態實驗的先決自由狀態的條件，會對實驗結果造成一定的不良影響。
並且很難達到真正水平放置。所以，採取豎直懸掛方法，並且未考慮水平放置。
在制動盤外圈均勻布置4個加速度感測器，在內圈突出面上布置1個加速度感測器，使其能盡量表示制動盤形狀並避開模態節點，同時應儘量減少加速度感測器數量，以避免加速度感測器質量對試驗物件的影響。
輸出測點的確定原則：
a.反映被測部件的基本外形和特徵。
b.注意和關心的部位多布點，點要密些，其他部位少些。
c.注意規則部件要盡量左右對稱。
d.測點選擇盡量避開節點（在實際操作中難度較大）。
激振點位置選取在制動盤內圈突出面上。測點（紅色）和激振點（藍色）位置如下圖。
圖6圖7
採用單點激振多點拾振的方法。
將加速度感測器用502膠粘貼到定子外殼上。將力錘及其力感測器、加速度感測器、資料採集器等與電腦連線，搭建起模態測試系統。
1) 建立幾何模型
試驗時，除激振點外，在制動盤上布置了5個點，對這些測點進行z軸方向振動加速度的訊號採集。啟動 lms軟體，選擇模態分析按鈕，進入模態分析介面。分別完成測點模型的建立，在lms軟體中，在之前建立的座標系的基礎上，輸入測點的座標即可。
表4測點座標
圖8lms test.lab geometry建立幾何模型
2) 通道設定
在通道設定中設定感測器型別、感測器靈敏度、總測點數和原點導納位置等，力錘激勵點為參考訊號點。
圖9通道設定
3) 鎚擊量程
用力鎚擊激振點測點，觀察有無波形，如果有乙個或兩個通道無波形或波形不正常，就要檢查儀器是否連線正確、導線是否接通、感測器、儀器的工作是否正常等等，直至示波波形正確為止。設定測試的量程範圍，以保證更精確的測試結果。期間可進行多次鎚擊，盡量保持所施加力的大小基本一致，以保證系統確定乙個合適的量程範圍。
圖10鎚擊量程設定
4) 鎚擊設定
在取樣引數設定中選定取樣頻率，使用適當的敲擊力敲擊各測點，調節放大器的放大倍數和inv 的程式控制倍數，直到力的波形和響應的波形即不過載也不過小。為取樣程式引數設定表中輸入各通道的工程單位和標定值。選定取樣時自動增加測點號，準備取樣。
下面一系列圖就是進行鎚擊測試設定的步驟，即觸發級、頻寬、窗及鎚擊點選取等。
圖11鎚擊設定——觸發
圖12鎚擊設定——頻寬
圖13鎚擊設定——加窗
圖14鎚擊設定——驅動點
5) 採集資料
圖15測量
各測點的傳遞函式試驗資料處理與試驗資料的採集同步進行，每採好一批訊號，當場觀察響應和激勵之間的相干性，剔除相干函式不理想、鎚擊質量不佳的測試資料，以提高激勵訊號的訊雜比。確保相干係數（除去節點或反節點外）在0.8以上，對符合要求的訊號馬上進行傳遞函式的處理，這樣可以提高試驗資料的準確率，避免資料不合要求後的重複試驗。
由上圖可知，相干函式較理想，實驗資料有效，可以進行後續的分析驗證。
1) 資料顯示
開啟lms testlab 模態分析模組，可以檢視採集到的資料結果。如下圖為所得到的瀑布圖，可以同時檢視時域和頻域內的實驗結果。
圖16瀑布圖
2) 模態分析
使用lms polymax進行模態定階和擬合工作。根據有限元分析的結果，選擇頻寬700—2000hz。
圖17選擇頻寬
模態引數識別得到穩態圖。在穩態圖中，o表示機電不穩定；f表示頻率穩定；v表示極點向量穩定；d表示阻尼和頻率穩定；s表示三種引數都穩定。只有穩定地標註s的頻率，才能確定是真實的穩定模態。
穩態圖清楚地反映了各階模態，易於確定其模態位置。
圖18穩態圖
分析所得的模態引數如下表所示：
表5 制動盤模態引數
制動盤各階模態振型如下圖所示：
（1）（2）
（3）（4）
（5）圖19制動盤各階模態振型
3) 模態引數辨識的準確性分析
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