模态测试及验证技术：深入探索EMA、OMA、ODS

汽车 2024-09-26 07:00 广西

在工程领域，模态测试及验证技术是理解和预测结构动态行为的关键。今天，我们将带您深入了解三种主要的模态分析技术：实验模态分析（EMA）、工作模态分析（OMA）以及工作变形模态（ODS），并探讨SISO、SIMO、MIMO这三种激励响应配置的优缺点。

实验模态分析（EMA）

实验模态分析（EMA）是一种通过外部激励来确定结构动态特性的方法。它包括两种主要的激励技术：

1. 力锤激励EMA技术：这是一种人工激励方式，虽然受人为因素影响较大，但设备简单，易于移动，不会影响试件的动态特性。它能够提供快速的宽频带激励，适合快速测试。

2. 激振器激励EMA技术：这种方法虽然安装和操作较为复杂，但提供了多种已知激励信号的选择，适合用于大型复杂结构。适当选择激励信号可以改善线性结构的测量结果，即使在结构存在非线性时，也能通过选择适当的信号来平均掉非线性影响。

工作模态分析（OMA）

工作模态分析（OMA）是一种更为实用的技术，它仅需要测试振动响应数据。由于数据直接来源于结构实际所经受的振动工作环境，因此识别结果更符合实际情况和边界条件。OMA的优势在于无需对输入激励进行测试，节省了测试费用，并且利用实时响应数据进行模态参数识别，其结果能够直接应用于结构的在线健康监测和损伤诊断。

工作变形模态（ODS）

工作变形模态（ODS）描述了实际工作状态下的样件振动形式，显示结构在工作过程中的变形。ODS是结构在某一特定频率、特定转速下的变形，因此也可以定义为结构的受迫振动。值得注意的是，不同的转速可能会对ODS的结果产生一定的影响。

激励响应配置：SISO、SIMO、MIMO

在模态测试中，激励响应配置的选择至关重要：

SISO（单输入单输出）：设置1个响应测点，力锤激励遍历所有测点，也称为SRIT。这种方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，适合于初步的模态测试。

SIMO（单输入多输出）：设置若干响应测点，力锤激励某个测点，也称为MRIT。使用一个激振器固定在某测点处激励结构，测量所有测量自由度的响应，经FFT快速测量计算FRF。

MIMO（多输入多输出）：用多个激振器激励结构，测量所有测量自由度的响应，经FFT快速测量计算MIMO-FRFs。这种方法输入能量均匀，数据一致性好，能分离密集和重根模态，特别适用于大型复杂或轴对称结构模态试验。

优缺点分析

SISO方法：操作简单，但需要不断移动激励点或响应点位置来获取振形数据，可能会影响测试效率。

SIMO及MIMO方法：能够提供更全面的动态数据，但需要大量通道数据的高速并行采集，因此试验成本较高。

通过这篇文章，我们希望您能够对模态测试及验证技术有一个更深入的了解。这些技术在工程领域的应用广泛，对于确保结构的安全性和可靠性至关重要。随着技术的发展，我们期待这些方法能够更加精确、高效地服务于我们的工程项目。

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