商用車駕駛室自由模態(tài)測試試驗規(guī)范編制：校對：審核：批準：前言模態(tài)分析是產(chǎn)品開發(fā)中結(jié)構(gòu)分析的一項主要內(nèi)容，尤其是車身結(jié)構(gòu)的低階彈性模態(tài),它不僅反映了汽車車身的整體剛度性能,而且是控制汽車常規(guī)振動的關(guān)鍵指標,應作為產(chǎn)品開發(fā)的強制性考核內(nèi)容。本標準的附錄A為公司在使用的模態(tài)測試儀器介紹本標準由技術(shù)中心提出本標準起草單位為技術(shù)中心先行技術(shù)部本標準主要起草人：本規(guī)范規(guī)定了我公司的商用車白車身模態(tài)測試規(guī)范。目錄一、模態(tài)分析的基本原理 一、模態(tài)分析的基本原理彈性系統(tǒng)運動微分方程為:{}[M]+{}[C]+{}[K]={f(t)}①進行拉氏變換后可得:X(s)(M+sC+K)=F(s)(2)移動(2)式等號左側(cè)兩個乘積項到右側(cè)可得式(3)。實驗模態(tài)是已知輸入F(s)和輸出X(s)通過(3)式求質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣:H(s)=M+sC+K=X(s)F(s)(3)上式中令s=jω,即可得到系統(tǒng)在頻域中輸出（響應向量X(ω)）和輸入（激振向量F(ω)）的關(guān)系式為：X(ω)=H(ω)F(ω)（4）式中H(ω)為頻率響應函數(shù)矩陣，H(ω)中第i行第j列的元素為：（5）其中X(ω)在試驗中是測得的加速度值，F(xiàn)(ω)是力錘的力信號，因此可以求出H(ω)的值。在試驗中，力錘測得的數(shù)據(jù)為H(ω)矩陣的一行，而激振器測得的為H(ω)矩陣的一列（如圖1所示）。a（力錘激勵）b(激振器激勵)圖1又通過矩陣變換，其阻抗矩陣為：Z(ω)=(M+sC+K)=(K-M)+jωC=H(ω)（6）利用實對稱矩陣的加權(quán)正交性，有M=K=C=其中矩陣=[,…]為振型矩陣。其阻抗矩陣其中(7)因此可以得出(8)上式中，、分別稱第r階模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度（稱為廣義質(zhì)量和廣義剛度）。、和分別稱為第r階模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型。試驗模態(tài)分析或模態(tài)參數(shù)識別的任務就是由一定頻段內(nèi)的實測頻率響應函數(shù)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)——模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和振型。不難發(fā)現(xiàn)，N自由度系統(tǒng)的頻率響應，等于N個單自由度系統(tǒng)頻率響應的線性疊加，為了確定全部模態(tài)參數(shù)、和，實際上只需要測量頻率響應矩陣的一列或者一行就夠了。試驗模態(tài)分析或模態(tài)參數(shù)識別的任務就是由一定頻段類的實測頻率響應函數(shù)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。二、白車身模態(tài)測試方法白車身模態(tài)是指僅僅只有車身，沒有其他任何內(nèi)飾或其他零部件，并且是處于自由狀態(tài)下的一種模態(tài)測試方式，主要流程如下：1確定測點分布2建立模型3確定試驗對象的懸掛方式4確定激勵方式5確定使用的傳感器類型6預測試，以確定測試參數(shù)7正式采集8分析1、確定測點分布試驗對象確定以后，就需要確定測點分布。一般而言，測點均布且間距可以為20、25或者30cm，測點分布越密集，則振型越光順，但相對而言，工作量也會大些。在布置測點時應注意，布置的測點應該可以清楚地表達出整車的外形特征，并用膠帶和記號筆作為測點的標記，可以從1開始確定布置點。測量時，傳感器安裝于此位置。如下圖2中的黃色膠帶所示的位置。我們公司現(xiàn)有的傳感器一共有34個，而一個整車模型所用的數(shù)據(jù)點一般來說有300-500個左右不等，故此，傳感器應分批次布置在車身上，測完一組數(shù)據(jù)后，拿下來再測另一組數(shù)據(jù)，其中需要注意的是，邊界上的點應在水平面上對應，因為在后面的處理中，邊界上的不同方向的點最后合并成了一條線（如圖5，圖6所示）。邊界上的點應在水平面上對應邊界上的點應在水平面上對應圖22、建立模型在確定測點以后，就可以在DASP模態(tài)軟件中生成結(jié)構(gòu)了。此時，盡量使用已確定的測點位置來生成結(jié)構(gòu)，或者某些測點無法進行測量，而生成結(jié)構(gòu)時又是必須的，那么可以通過軟件中的合成功能實現(xiàn)，通過附近兩個測點進行線性插值得到。生成結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)上有一定的結(jié)點（用于表示結(jié)構(gòu)）順序，因此，在測量時，建議測點號與這些結(jié)點的順序一致，那么在施加約束時，可以批處理建模的具體操作方法為：a先打開DASP軟件，然后進入模態(tài)分析模塊（如圖3所示）。進入模態(tài)分析模塊進入模態(tài)分析模塊圖3b進入模態(tài)分析模塊后，再進入結(jié)構(gòu)生成模塊（如圖4所示）。圖4c在彈出的窗口界面內(nèi)輸入點的坐標，生成模型（如圖5所示）。測點坐標數(shù)據(jù)的輸入，可以先找出一個基準的原點，然后模型上的點按與布置的傳感器一一對應，從而建立網(wǎng)格模型（如圖5所示）。在該區(qū)域內(nèi)輸入點的坐標在該區(qū)域內(nèi)輸入點的坐標圖5最后生成整車模型。圖63、懸掛方式一般而言，駕駛室的測量分為兩種。而在測試的時候，整個懸掛系統(tǒng)的固有頻率應該為駕駛室白車身的第一階模態(tài)的十分之一。a,第一種懸掛方式：采用柔性繩或彈性模擬自由狀態(tài)邊界，懸掛方式可按以下方式，(如圖7所示)。圖7b、第二種懸掛方式：將白車身固定在車架上（如圖8示）。使用彈性球或者氣囊。圖84、確定激勵方式可以采用力錘激勵或者激振器激勵，為了避免參考點正好位于某階模態(tài)的節(jié)點位置而丟失模態(tài)，要求激勵點位置不能位于關(guān)心的模態(tài)節(jié)點上。白車身模態(tài)時，一般激勵位置當作參考點，傳感器移動，因此，要求激勵位置要選擇合適，要能充分激起我們關(guān)心的結(jié)構(gòu)模態(tài)。并且激勵時，可以使力錘或者激振器在三個方向都有分量，如果使用的是力錘的話，要求每個方向敲擊三次，以方便激起三個方向（X,Y,Z）的模態(tài)，敲擊三次主要是為了消除隨機噪聲產(chǎn)生的干擾（如圖9所示）。力錘激勵時力錘質(zhì)量和錘頭的選擇：試件越大，力錘質(zhì)量也越大。錘頭的選擇和所測試件的模態(tài)頻率范圍有關(guān)，感興趣的模態(tài)頻率范圍越窄，所選錘頭越軟，如橡膠頭。感興趣的模態(tài)頻率范圍越寬，所選錘頭越硬，如鋼頭，介于兩者之間應當選擇尼龍頭或者鋁頭。力錘激勵后的能量區(qū)間可以通過觀察輸入功率譜知道。錘頭太硬，在整個分析頻率帶內(nèi)接近為一直線，大部分能量浪費了，會降低信噪比，導致整體的相干函數(shù)偏低。錘頭太軟，在分析頻帶高頻區(qū)段激勵能量不足。判斷錘頭是否合適的唯一標準是FRF的相干函數(shù)，在感興趣的范圍內(nèi)，F(xiàn)RF峰值附近的相干函數(shù)必須大于0.75，在此基礎上，相干函數(shù)越大越好。X向車身后圍懸架附近Y向車門鉸鏈附近Z向地板后端圖95、確定使用的傳感器類型白車身模態(tài)時，要求傳感器的靈敏度要比較高。另外要求使用同一型號同一類型的傳感器。由于傳感器需要在結(jié)構(gòu)上移動，因此，要求傳感器盡量比較輕。6、預測試，以確定測試參數(shù)正式開始試驗前，需要進行預試驗，以確定測量的各個參數(shù)，包括采樣頻率，激勵位置，采樣長度等。7、正式采集在確定好采樣參數(shù)以后，就可以進行正式測量了，測量完畢后，應立刻檢查時域和頻域數(shù)據(jù)。首先應該查看時域數(shù)據(jù)，看有沒有個別測點數(shù)據(jù)差，或者沒有測量到的。另外，檢查頻域，看頻譜，以及相干等參數(shù)。如果個別測點差，可以立即補測。采樣及分析的具體操作方法為：a,打開DASP，進入DASP專業(yè)版（如圖10所示）。點擊進入專業(yè)版模塊點擊進入專業(yè)版模塊圖10c,進入模塊后點擊示波采樣模塊（如圖11所示）。圖11d,設置各個參數(shù)(如圖12所示)，在設置→基本參數(shù)中，設置其實驗名及實驗路徑，其中試驗名為采樣數(shù)據(jù)的名字，數(shù)據(jù)路線為采樣數(shù)據(jù)所存放的路徑。采樣頻率一般為10.24k。圖12e,在通道參數(shù)中，設置力錘及傳感器的參數(shù)，力錘單位一般為N，傳感器單位一般為mm/ss。標定值及直流偏量按廠家提供的數(shù)據(jù)填寫(如圖13所示)。圖13f,在開始條件中，設置開始條件為多次觸發(fā)。g,采樣出的各點響應結(jié)果應該為振蕩衰減的波形（如圖14所示），力錘的輸入波形應該為一個波峰（如圖15所示）。圖14圖15h,力錘的頻率范圍如圖16所示圖16三，模態(tài)測試數(shù)據(jù)分析在測完數(shù)據(jù)以后，就可以進行模態(tài)分析了。分析時，可以采用多種方法進行擬合分析，以比較哪種方法分析出來的效果最好。數(shù)據(jù)分析的基本操作方法為：a,數(shù)據(jù)采集完畢之后，在基本分析→傳遞函數(shù)FRF中計算其傳遞函數(shù)（如圖17所示）。圖17b,在模態(tài)分析模塊下→結(jié)構(gòu)生成→輸入約束，將由傳遞函數(shù)計算出來的FRF數(shù)據(jù)一一對應到第2節(jié)生成的結(jié)構(gòu)模型上（如圖18所示）。XYZ輸入對應的傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)XYZ輸入對應的傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)對應的模型點號對應的模型點號圖18c,在模態(tài)擬合→頻域法→定階→集總平均，對模型進行集總平均，集總平均為對其所有頻率響應函數(shù)進行平均，得到一條平均后的曲線，由此來確定模態(tài)階數(shù)，其好處是不容易丟失某階模態(tài)。（如圖19所示）圖19d,進入集總平均界面后，有一條波浪線，波峰即每一階模態(tài)，因此必須將每一個波峰抽出，在圖中框選出波峰后，點擊右鍵，點擊自動收，電腦便會自動收取波峰（如圖20所示）。圖20e,在頻域法中使用復模態(tài)單自由度進行擬合，復模態(tài)單自由度的特點是各階模態(tài)擬合結(jié)果對其他階模態(tài)影響很小，當模態(tài)不是太密集時，擬合效果非常好，如無特殊情況，建議采用這種擬合方法（如圖21所示）。圖21f,在振型編輯中選質(zhì)量歸一，質(zhì)量歸一意即在振型編輯時以各階模態(tài)質(zhì)量為1確定振型（如圖20所示）。圖22四，模態(tài)振型動畫結(jié)果查看1，在振型動畫中顯示動畫（如圖23所示）。圖232,在動畫顯示中選擇單視圖（如圖24所示）。圖243,最后得出振型圖（如圖25所示）。模態(tài)階數(shù)及頻率。點擊工具欄上的按鈕，顯示下一階或上一階的模態(tài)。模態(tài)階數(shù)及頻率。點擊工具欄上的按鈕，顯示下一階或上一階的模態(tài)。圖25五，響應計算響應計算模塊可以在已經(jīng)做過模態(tài)分析的基礎上，通過修改輸入，從而改變輸出。其模塊進入方式如圖26所示。圖26進入后通過設置載荷界面設置輸入，如圖27所示。圖27其中有三種設置輸入載荷的形式（如圖28所示）。1，輸入載荷位置：按測點號輸入對應的載荷號，0表示不加載荷，負號表示載荷反向。2，采樣數(shù)據(jù)讀入：直接從采樣文件中讀入載荷。3，波形合成：用不同的波形合成得到的載荷圖28設定完載荷以后，就可以顯示響應波形了（如圖29所示）圖29顯示的輸入與輸出的響應波形，如圖30所示。輸入波形某一點的響應波形圖30附錄A振動儀器設備的使用A1振動測量設備A1.1信號采集儀我公司使用的電測設備為北京東方所提供，其中信號采集儀為24位CPCI采集儀（如圖A1所示）。圖A1信號采集儀A1.2加速度傳感器在振動儀器中，使用最多的是加速度傳感器，我們現(xiàn)在可用的有34個加速度傳感器，加速度傳感器如圖A2所示。圖A2加速度傳感器A1.3敲擊力錘。圖A3敲擊力錘A2振動設備的使用A2.1傳感器的使用傳感器磁座