【讨论】试验模态和工作模态的关系

sunhaolan

谈点自己的看法，不对之处，请大家批评指正。
ODS与Modal analysis本身没有必然的联系性。
ODS=operational deflection shape。
ODS所关心的是在实际工作运转情况下它的最大变形/振动发生在哪个位置，为进一步作抑振降噪工作（如加加强筋，增加刚度）做准备。
Modal analysis主要是为了分析结构的固有频率，以及可以做个点之间的传递函数分析。
ODS不仅是支撑复杂，而且激振情况也复杂，可以说如果用实验室模态方法去模拟分析，不仅支撑要符合实际情况，而且要多种激励情况产生的振型、模态叠加。

sunhaolan

stephenjin wrote:
谢谢sunhaolan的讲解!
按照您的讲解,我又有了一个问题,如果在实际工作运转情况下,测量各点之间的传递函数,并且利用这些传递函数估计出振动模态,可否利用该模态振型对结构进行修改?

当然可以。

sunhaolan

关于ODS与实验模态的关系，我这里有一篇论文。
感兴趣的朋友可以看一下。
Mark H. Richardson, Vibrant Technology, Inc., Jamestown, California
Is It a Mode Shape, or an Operating Deflection Shape?
Sound & Vibration Magazine 30th Anniversary Issue March, 1997

happyman

非常感谢！

jyliao

ODS shape is not equal to Modal shape, SDM is not possible!

yekai

非常感谢

belvis

stephenjin wrote:
谢谢sunhaolan的讲解!
按照您的讲解,我又有了一个问题,如果在实际工作运转情况下,测量各点之间的传递函数,并且利用这些传递函数估计出振动模态,可否利用该模态振型对结构进行修改?

工作模态和ODS不是一回事啊，operation modal 是指利用自然激励下的响应
求取结构的模态参数，与传统的试验模态方法有着很大的差别。

5205205460

ODS与Modal analysis本身没有必然的联系性。???
从上面的论文看来，
我觉得ODS与Modal analysis  还是有着千丝万缕的联系的。
ODS中应该可以解析出   Modal  Parameters  的。

yguoj

从我接触的汽车专业来看，自由模态和工作模态的关系如下：
     模态分析主要应用于结构强度（疲劳寿命）及整车平顺性研究。实车工作模态模型较自由模态模型更为精确，因此整车平顺性分析需以实车（车架）工作模态为依据（根据节点位置决定驾驶室的布置）。结构强度分析则采用有限元FEA模型与试验模型相印证的方式以车架试验自由模态验证FEA模态，而整车FEA工作模态因边界条件过于复杂（得考虑发动机、离合器等质量分布）而精度较低，但很多情况仍非常有参考价值。

hoywater

stephenjin wrote:
谢谢sunhaolan的讲解!
按照您的讲解,我又有了一个问题,如果在实际工作运转情况下,测量各点之间的传递函数,并且利用这些传递函数估计出振动模态,可否利用该模态振型对结构进行修改?

看了各位高人的分析，小弟谈谈自己的看法：
ODS分析是一种实际工作状况下的振动形变分析。传递函数的概念是只针对模态分析而言的，求传递函数是需要知道输入的，对非线性系统来说，利用ODS分析模态参数尤为重要。它们的主要区别是：
(1) 固有振型是系统本身固有的，只取决于系统本身的性质，与外激励无关;而工作振型不仅与结构本身性质有关，还与外激励有关。如果外激励改变，ODS也随之改变。
(2) 固有振型的值是不唯一的，通常用无量纲形式表示;而工作振型是唯一的，且有量纲，可以是位移、速度或加速度。
(3) 固有振型只适用于线性系统;而工作振型即可用于线性系统也可用于非线性系统。
(4)固有振型总是对应系统的固有频率;而工作振型则对应激励频率，是频率的连续函数。

sunhaolan

哪位高人说说，从ODS里面能否分解出各阶固有频率的贡献量？
如何可以，怎么做？

johnliu

首先请各位认识清楚以下3个概念：

1 模态试验和模态分析， Modal Test and Modal Analysis
   通过人为的激励，拾取结构的响应，通过响应和激励的关系（如FRF），识别模态参数。常见的方法有：锤击法（Impact），激振器法（扫描正弦、步进正弦、随机）。
   通过多个人为的激励，调谐激励力的频率、幅值、相位，使结构处于共振状态，直接测量结构的频率、振型、阻尼等模态参数。此为纯模态试验。

2 工作模态分析， Operational Modal Analysis (OMA)
  对于大型结构、车辆等， 在外界激励未知的情况下，拾取实际工作状态下的结构响应，通过各点响应的互谱，识别结构的模态参数。由于激励未知，此模态一般不能归一化。可单独使用，也可与试验室的模态结合，了解结构不同工况下的模态的变化，如非线性的影响。

3 工作变形分析，Operational Deflection Shape (ODS)
  对结构的响应（一般为工作状态，也可是模态试验时的响应）进行频域和时域的分析和动画显示，了解结构的变形情况。可用于测点检查、故障诊断等。
  时域时，即相当于动画的慢动作。
  频域时，可按频率范围连续动画或停在某个频率。如果停留的频率为模态固有频率，则看到的振动形态即为模态振型；停在其他频率时振动形态则为多个模态的线性叠加， 因此可进一步分析出是哪些模态的叠加，各个的贡献量为多少，此为模态的解藕。
  通常作ODS分析时，并不知道模态，一般也不需要模态即可进行。如要进行模态解藕才需要模态。

试验室模态有悬吊式（自由/自由边界）、模拟安装条件的实际边界两种形式。采用何种形式，取决于模态结果的用途。而工作模态分析（OMA）， 肯定是实际边界条件。

自由/自由边界条件的模态结果主要用于设计评价、对标分析、有限元模型修正，如比较两个车身的设计，动态刚度设计（模态）是否满足设定的目标。实际边界条件的结果主要用于故障诊断等。

目前，模态分析已经是振动、噪声、疲劳、可靠性、平顺性等各种动态属性研发的必需的基本数据。

wangxp

johnliu wrote:
...
3 工作变形分析，Operational Deflection Shape (ODS)
...
  频域时，可按频率范围连续动画或停在某个频率。如果停留的频率为模态固有频率，则看到的振动形态即为模态振型；停在其他频率时振动形态则为多个模态的线性叠加， 因此可进一步分析出是哪些模态的叠加，各个的贡献量为多少，此为模态的解藕。
...

非常好！请教老兄如何做模态的解耦？

zzgrnr

解释的很好，工作模态分析， Operational Modal Analysis (OMA) 目前主要是采用时间序列分析的方法来获取模态参数。

建议版主加分鼓励一下johnliu 。

johnliu

wangxp wrote:
非常好！请教老兄如何做模态的解耦？

将某个频率下的结构响应数据（振动的向量）向模态坐标投影即可，此为理论。实际作当然还需要软件的支持。LMS 的模态软件可作，其他的不知可否。

20kHertz

johnliu wrote:
...
3 工作变形分析，Operational Deflection Shape (ODS)
...
频域时，可按频率范围连续动画或停在某个频率。如果停留的频率为模态固有频率，则看到的振动形态即为模态振型；停在其他频率时振动形态则为多个模态的线性叠加， 因此可进一步分析出是哪些模态的叠加，各个的贡献量为多少，此为模态的解藕。

其实即使停留在模态固有频率，看到的振动变形也不是模态振型，只是在模态耦合不强时，看起来非常接近，很像而已。也是附近模态的叠加再乘以外部激励。而且如果外部激励是很强的谐波时，就根本是错误的。

wangxp

johnliu wrote:
将某个频率下的结构响应数据（振动的向量）向模态坐标投影即可，此为理论。实际作当然还需要软件的支持。LMS 的模态软件可作，其他的不知可否。

还是没弄明白你说的ODS和OMA有什么区别？

1、试验过程和条件有区别么？
难道就是说ODS不用做FRF，看动画。OMA要做FRF，不看动画？

2、怎么通过OMA识别振型？
大型结构就不说了，我知道那样的自然激励类似白噪声，关键是在汽车等机械实际工作状态下，怎么做互谱以识别振型？因为连续信号的互谱，不求平均，一般出来的信号是很乱的，怎么能识别振型？高人能不能举个例子？

3、怎么把ODS得到的实时变形给解耦？能不能给个例子，放个图啥的？