模态试验技术与实践

模态试验是解决结构共振问题的重要方法，是结构动力学设计过程中不可或缺的重要环节。 本书分10章分别介绍了模态理论基础和模态试验技术。第1章～第5章为理论基础部分，详述了振动系统的概念、组成和系统特性，包括单自由度系统、两自由度系统和多自由度系统的动力学特性及计算模态分析方法，以及振动工程中常见的振现象和阻尼饱和现象的原理，并介绍了信号处理的相关内容。第6章～第10章为模态试验技术部分，介绍了模态试验涉及的数据类型、模态试验中需要使用的仪器和设备，并重点阐述了模态试验的具体流程、试验中容易出现的错误以及正确的模态试验操作方法，讲解了模态试验的分析方法等内容。 本书可供航空、航天、船舶、汽车、机械及家电等领域的工程技术人员使用，也可作为高等院校相关专业的教材。

陈阳序 作者序 前言 第1章振动力学基础1 11引言1 12振动的基本概念1 121简谐振动1 122输入与输出2 123广义坐标2 124自由度3 125分析方法3 13基本理论假设5 131线性系统5 132定常系统5 133确定系统6 14振动系统的组成6 141质量单元6 142弹性单元7 143黏性阻尼8 144结构阻尼9 15常用数学公式12 151欧拉公式12 152拉普拉斯变换12 153狄利克雷条件13 154傅里叶变换13 155傅里叶级数13 156dB计算方法14 157函数的卷积14 158零点和极点14 159帕塞瓦尔定理15 16本章小结15 第2章单自由度动力学系统17 21引言17 22单自由度系统的自由振动17 221系统动力学模型17 222无阻尼自由振动18 223有阻尼自由振动21 23系统受简谐激励的强迫振动24 231系统受简谐激励的过渡阶段24 232系统受简谐激励的稳态响应26 233传递函数和频响函数的关系28 24系统受其他激励的强迫振动29 241系统受周期激励的响应29 242系统受脉冲激励的响应32 243系统受任意激励的响应35 25有阻尼系统的隔振36 251黏性阻尼系统隔振36 252结构阻尼系统隔振37 26本章小结39 第3章两自由度动力学系统41 31引言41 32系统模型41 321运动微分方程41 322物理坐标耦合42 323模态坐标变换43 33固有频率特征46 331固有频率为零46 332固有频率相等47 34减振与隔振48 341动力吸振器减振48 342隔振系统传递率50 343模态损耗因子52 35本章小结53 第4章多自由度动力学系统55 41引言55 42无阻尼系统的实模态分析55 421特征值及特征向量55 422特征向量的正交性57 423频响函数模态展式58 43黏性阻尼系统的复模态分析59 431特征值及特征向量59 432特征向量的正交性61 433频响函数模态展式63 44结构阻尼系统的复模态分析64 441特征值及特征向量64 442特征向量的正交性65 443频响函数模态展式65 45反振现象66 451反振现象的原理66 452原点反振的意义68 453传递反振的意义69 46阻尼饱和现象70 461系统特征值对物理参数的 灵敏度71 462阻尼储能刚度的作用74 463材料损耗因子的作用80 47本章小结82 第5章信号处理83 51引言83 52信号分类及预处理84 521模拟信号84 522数字信号84 53滤波器的基本概念86 531滤波器的意义86 532模拟滤波器87 533数字滤波器88 534滤波器参数89 54滤波器的基本性能91 541巴特沃斯滤波器的性能91 542切比雪夫滤波器的性能93 543贝塞尔滤波器的性能95 544滤波器对试验的影响97 55原始时域信号采集98 551信号采样98 552模数转换100 553信号序列101 56数字信号时频变换原理104 561基本假设104 562z变换106 563离散傅里叶变换的定义108 564离散傅里叶变换的性质110 57快速傅里叶变换111 571时域抽取法111 572频域抽取法114 573泄露与加窗115 58本章小结117 第6章模态试验基础118 61引言118 62模态试验的基本概念119 621模态试验的目的119 622试验的边界条件119 623模态试验的分类120 63理论频响函数的特性120 631共振频率120 632幅频特性123 633相频特性125 634表示方法126 64频响函数的作用127 641识别频率127 642计算阻尼129 643获取振型133 65模态试验基础数据133 651方均根值133 652相关函数134 653线性谱134 654功率谱135 655功率谱密度136 66试验频响函数的特性138 661计算方法138 662估计方式138 663相干函数140 664数据平均141 67本章小结142 第7章模态试验设备144 71引言144 72激励装置144 721力锤144 722激振器146 723功率放大器149 73传感器150 731传感器的原理150 732传感器的选择153 733传感器的参数157 734传感器的标定158 735安装与拆卸159 74传感器线缆161 741噪声的来源161 742抗干扰措施163 743线缆的布置164 75数据采集仪165 751信号调理165 752A/D位数166 753采样频率166 754采集量程167 755精度参数167 76本章小结169 第8章锤击法模态试验170 81引言170 82测试方法基础171 821测试的原理171 822互易性原理171 823激励的方法172 83试验准备工作174 831确定响应点174 832确定激励点175 833结构的安装175 834力锤的选择178 835安装传感器180 836传感器的线缆181 84测试参数设置182 841几何建模182 842采集通道183 843触发设置183 844采集参数184 845信号加窗184 846敲击测试185 85本章小结186 第9章多入多出模态试验188 91引言188 92试验准备工作189 921模态试验的安全189 922连接试验设备191 923模态试验的流程192 93安装试验装置192 931确定响应点192 932确定激励点194 933安装被测结构195 934传感器的安装196 935激振器的安装198 936安装连接线缆200 94随机信号激励201 941纯随机信号201 942伪随机信号202 943猝发随机信号203 944试验参数设置204 95正弦信号激励206 951扫频正弦信号206 952步进正弦信号207 953信号时频变换207 954试验参数设置208 96纯模态试验法209 961试验基本原理209 962激励参数设置210 963频率调谐设置211 964影响调谐的因素212 965阻尼测试方法213 97本章小结214 第10章模态参数辨识216 101引言216 102模态参数辨识算法216 1021有理多项式辨识法216 1022构造频响误差函数218 1023模态数据结果验证220 103本章小结222 参考文献224