《结构模态分析与测试》实验课程教学大纲

课程代码：VEEN2020  课程学分：2.0

课程名称（中/英）：结构模态分析与测试/ Structural Modal Analysis and Test  

课程学时：36 实验学时：18

适用专业：车辆工程、工程管理、建筑环境与能源应用工程

实验室名称：车辆工程实验室、城市轨道交通学院学生实验室

一、课程简介

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。

本课程将系统地介绍模态分析及参数辨识理论、模态测试技术、各种频域及时域参数辨识方法、载荷识别、结构动力学修改、灵敏度分析及模态综合技术，并给出大量应用实例。对从事振动与噪声控制、故障诊断、结构动力分析等有关工程技术工作有重要作用。

二、实验项目及学时分配

三、实验内容及教学要求

实验项目1：测试系统构建及信号采集和调理

1.教学内容：

选用合适的传感器采集某一运动部件（如转轴）的振动和噪声数据，利用信号分析软件进行信号处理。

2.教学目标：

（1）了解与振动噪声相关的传感器以及信号采集和调理装置；

（2）熟悉计算机测试系统的构建；

（3）掌握振动和噪声信号分析软件使用方法。

实验项目2：简支梁的固有频率和振型测试

1.教学内容：

了解激振器、加速度传感器、电荷放大器的工作原理；测量简支梁的固有频率和振型；理解多自由度系统振型的物理概念；对机械振动有一定的感性认识，形成机械振动的工程概念。

2.教学目标：

（1）了解激振法测量的基本原理；

（2）熟悉简支梁的固有频率和固有振型；

（3）掌握多自由度系统固有频率和振型的简单测量方法。

实验项目3：简支梁试验模态分析

1.教学内容

了解模态分析基本原理、模态测试及分析方法。

2.教学目标

掌握实验模态分析的基本方法，了解多点激励（锤击）单点响应实验方法。了解简支梁在各阶固有频率之下的实际振动情况。

实验项目4：悬臂梁试验模态分析

1.教学内容

了解实验原理；用频响函数的幅值谱或虚部谱，求出各阶主振型；利用加速度频响函数求出各阶主振型。

2.教学目标

掌握用位移频响函数的幅值谱、虚部谱或加速度频响函数求出各阶主振型。

实验项目5：转子实验台动态特性测试

1.教学内容

学习使用转子试验台；自主完成转子试验台振动和噪声的测量、信号采集；对转子试验台的动态特性进行分析评价。

2.教学目标

加深对振动和噪声测试理解以及综合运用；能够独立对试验台设计实验，测试、信号采集以及动态特性分析评价。

实验项目6：平板结构模态测试

1.教学内容

熟悉四边简支和四边固支平板的理论模态；自行制作一个四边简支或四边固支平板，对其模态进行测试；将试验模态与理论模态对比分析。

2.教学目标

掌握平板结构的模态测试和分析方法。

四、考核方式及要求

1、实验报告：

实验报告中数据必须保持原始性与真实性，不能涂改、转抄和伪造。要求按时完成实验并上交实验报告。

2、考核方式

课程实验的考核包括出勤考核与实验报告考核两方面。出勤考核占实验成绩的40%，实验报告考核占实验成绩的60%。课程实验成绩占课程总成绩的50%。

五、主要仪器设备及现有台套数

振动与噪声测试分析系统2套，简支梁模型1个，转子实验台2个，激振器2个，功率放大器2个，模态测试分析软件1套。

六、教材及参考书

1. 教材：曹树谦，张文德，振动结构模态分析—理论实验与应用（第2版），天津大学出版社, 2014.

2. 参考书：傅志方,华宏星，模态分析理论与应用，上海交通大学出版社, 2000.