2016 年 模态测试技术 专题培训会 OMA 模态测试与案例分享 技术工程师 : 许臣 2016 年 9 月 1
提纲 OMA 分布式测试系统组成 OMA 模态测试注意事项 OMA 模态测试数据分析 OMA 模态测试案例分享 2
一 OMA 分布式测试系统组成 OMA(Operational Modal Analysis) 运行模态分析 运行状态的模态试验, 激励力不可测或无激励力输入, 也称为环境激励模态分析 试验非常方便, 如大型结构桥梁 楼房 运行中的机车 舰船 车床等 3
一 OMA 分布式测试系统组成 OMA 的激励方法 : 天然脉动 火箭激励 液压伺服激振器 突然释放吊重 4
一 OMA 分布式测试系统组成 测量传感器选择 : 土木桥梁或其它大型结构 运行状态的机车等 拾振器 ICP 单 ( 三 ) 向加速度传感器 5
一 OMA 分布式测试系统组成 集中式测试系统 (INV3060 系列 ) 6
一 OMA 分布式测试系统组成 测试现场 7
一 OMA 分布式测试系统组成 无线分布式测试系统 (INV3062 系列 ) 8
一 OMA 分布式测试系统组成 测试现场 9
一 OMA 分布式测试系统组成 无线分布式测试系统 (INV9580 系列 ) 10
一 OMA 分布式测试系统组成 测试现场 11
二 OMA 模态测试注意事项 1 传感器的选择 量程 灵敏度 频响范围 相对被测物的附加质量和尺寸 安装方式 等等 12
二 OMA 模态测试注意事项 2 测点的布置 测点的数量足够多, 能够充分反映出关心的模态振型 某阶模态振型 测点位置与该阶振型的关系 13
二 OMA 模态测试注意事项 如果只关心垂直向弯曲振型, 那么将传感器测点布置在中线上 可以使得桥梁扭转振型对测量的影响最小 1/6 处 1/3 处 1/2 处 如果既关心垂直向弯曲振型, 又关心扭转振型, 则需要在桥梁的上游侧 下游侧两侧布置传感器 1/6 处 1/3 处 1/2 处 14
二 OMA 模态测试注意事项 3 参考点的选取 参考点的振型值起到公因子的作用, 因此参考点不能选在关心模态频率的节点处 ; 参考点要选在振动显著处 ; 当被测物有多个测量方向时, 每个方向均应有参考点 15
二 OMA 模态测试注意事项 4 预试验的重要性 多点激励, 多点布置传感器, 检查信号, 找出最佳参考点位置 ; 确定采样频率 采样长度 ; 确定最终的测试方案 16
二 OMA 模态测试注意事项 能看出什么? 17
三 OMA 模态测试数据分析 调入数据 参数设置 新建模态文件传感器类型选择总测点数原点导纳位置建立模型输入约束 模态定阶 模态拟合 计算结果显示 动画输出 报告打印 五种模态拟合方法 SSI( 随机子空间法 ) EFDD( 增强型频域法 ) PPM Poly LSCF Poly IIR 分析流程图 18
三 OMA 模态测试数据分析 数据查看, 看什么? 19
四 OMA 模态测试案例 - 长五发射平台 试验时间 :2015 年 7 月 试验地点 : 海南文昌卫星发射中心 技术难点 : (1) 发射平台质量较大重达 2000t, 具有结构频率低的特性, 采用何种方法以及如何合理的进行测点布置已得到其多阶模态成为本次试验的一个技术难点 (2) 质量分布不均, 响应大小不一上下台体振动信号被脐塔振动信号淹没是本次试验的一个技术难点 (3) 模态拟合方法本结构具有模态密集程度高 模态耦合复杂, 如何合理的识别出其模态参数是本次试验的另一个技术难点 20
四 OMA 模态测试案例 - 长五发射平台 21
四 OMA 模态测试案例 - 长五发射平台 22
四 OMA 模态测试案例 - 卢浦大桥模态 上海卢浦大桥 概况 : 世界十大最壮观桥梁之一 (2009 年由 美国广播公司评选 ), 全长 3900 米, 主拱长 550 米, 宽 28.75 米, 主桥长 750 米 测试单位 : 北京东方振动和噪声技术研究 所与同济大学桥梁系共同完成, 使用 DASP 系统得到测试结果 测试过程 : 参见文章 [1] 章关永, 刘进明. 上海卢浦大桥主桥动力特性测试研究. 振动与冲击, 2008,27(9):167-176. 23
四 OMA 模态测试案例 - 卢浦大桥模态 桥梁的尺寸 桥梁的模态建模 12 1 13 2 36 37 21 22 11 26 27 28 38 向 35 竖 29 2039 34 向 19 18 3 4 5 6 7 8 309 10 25 17 16 竖 4031 侧 14 15 向向 33 侧 24 向 参考点 纵向侧 24
四 OMA 模态测试案例 - 卢浦大桥模态 卢浦大桥五种分析方法模态结果和优化后结果的比较 阶数 模态频率 f(hz) 和阻尼比 (%) SSI PolyMAX EFDD PZM PPM 优化结果 1 f 0.362 0.362 0.362 0.362 0.361 0.362 x 0.264 0.171 0.364 0.153 0.220 0.131 2 f 0.401 0.401 0.402 0.402 0.402 0.401 x 0.497 0.288 0.360 0.347 0.309 0.206 3 f 0.600 0.600 0.591 0.598 0.599 0.600 x 0.639 0.489 1.906 0.579 0.831 0.543 4 f 0.704 0.700 0.698 0.699 0.699 0.701 x 1.183 1.330 0.585 0.550 0.565 1.300 Fit(f) 21.11% 22.25% 24.99% 22.10% 20.71% 16.90% Fit(t) 68.49% 71.59% 69.43% 70.92% 67.31% 65.70% 25
四 OMA 模态测试案例 - 卢浦大桥模态 测试结果 : ( 详情参见论文 ) 26
四 OMA 模态测试案例 - 卢浦大桥模态 1-4 阶模态 5-8 阶模态 27
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 试验时间 :2013 年 7 月 试验地点 : 上海 试验对象 : 杨浦大桥 (1) 双塔空间双索面钢 - 混凝土结合梁斜拉桥, 杨浦大桥全长 7554m; (2) 主跨 602m 为当时世界上斜拉桥之最 主桥跨径组合为 : 40+99+144+602+144+99+44=1172 m, 其主桥桥面宽 30.35m, 设双向 6 车道 28
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 上海杨浦大桥总体布置图 29
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 从浦西塔看浦东塔全景图 从浦东塔看浦西塔全景图 30
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 74 第一批 : 红第二批 : 黄第三批 : 蓝第四批 : 绿 75 76 77 浦西 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 1 跨 2 跨 3 跨 4 跨 5 跨 浦东 2 4 6 7 9 11 13 14 16 18 29 22 24 26 28 30 32 34 36 37 39 41 43 44 46 48 50 1 3 5 8 10 12 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 38 40 42 45 47 49 第一批第二批第三批第四批 1 号墩 2 号墩 3 号墩 4 号墩 99/4=24.75m 144/4=36m 602/12=50.17m 144/4=36m 99/4=24.75m 表示垂直测点 表示水平测点 杨浦大桥主桥动载动力特性测试截面俯视布置图 31
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 浦东塔测点布置 上游测点布置 32
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 33
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 频率阶次实测频率实测阻尼 % 振型描述 1 0.262 0.961 一阶水平弯曲 2 0.284 0.737 一阶竖弯对称, 桥塔纵向 3 0.344 0.639 二阶竖弯反对称 4 0.445 2.270 桥塔水平弯曲 5 0.506 0.616 三阶竖弯对称 6 0.548 0.420 一阶扭转对称 7 0.597 0.472 四阶竖弯反对称 8 0.642 0.996 二阶扭转反对称 9 0.683 0.609 五阶竖弯对称 10 0.701 0.981 二阶水平弯曲 11 0.760 0.764 六阶竖弯反对称 12 0.792 0.787 七阶边跨弯曲对称, 主跨扭转 杨浦大桥模态测试结果 34
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 第 1 阶一阶水平弯曲振型 第 2 阶一阶竖向弯曲对称, 桥塔纵向弯曲振型 35
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 第 3 阶二阶竖向弯曲反对称振型 第 4 阶桥塔水平弯曲振型 36
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 第 5 阶三阶竖向弯曲对称振型 第 6 阶一阶扭转对称振型 37
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 第 7 阶四阶竖向弯曲反对称振型 第 8 阶二阶扭转反对称振型 38
四 OMA 模态测试案例 - 杨浦大桥模态 第 9 阶五阶竖向弯曲对称振型 第 10 阶主跨水平二阶弯曲振型 39
四 OMA 模态测试案例 - 中旅大厦模态 40
四 OMA 模态测试案例 - 石油井架 41
四 OMA 模态测试案例 - 机车车厢 机车车厢 本试验研究的目的是列车车厢动态特性试验研究, 通过对车厢进行动态特性试验, 获得车厢的固有频率 阻尼 振型等参数, 为车厢动态特性评价提供试验支持 42
四 OMA 模态测试案例 - 机车车厢 车体工作模态测试选取 1 节车厢, 分成 5 个横断面 每个横断面上测点对称布置, 主要布置在车厢顶部和车底, 车内测点如右图所示, 测点共计 10 个, 每个位置水平垂直两个方向 43
四 OMA 模态测试案例 - 机车车厢 模态振型 44
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