振动测试过程中是否有必要查看每个FRF的结果
模态空间
四十二
我们自己的小世界
Peter Avitabile著,董书伟译
这个问题引出了一个非常重要的话题。一旦进行了试验设置并且加以小心以保证测量结果良好，你应该总是监视在系统上所测的全部测量结果。这是必须的！
我见过有人仅对一个测点非常小心地测量冲击力和响应，测量输入谱，频响和相干，接下来在剩余试验部分对所有测得就不加监视。普遍的看法是，一旦测得驱动点测量结果，核查了力谱并且相干可以接受，那么应该继续试验，没什么大困难了。问题是，仅仅因为一个点看上去非常好，并不一定意味着所有的点都将测得一样的好。我见过很多试验，其中在结构不同部分测得的结果具有非常不同的测量性质，超出预料。
所以我们从一个非常典型的测量情形开始，来验明试验过程中如果不关注每个测量结果，可能会发生什么错误。用实验室内的一个支架来采集一些测量结果。显然，应该由某些测点来检查时域和频域数据。典型地，或许是采集驱动点测量结果作为起始点。对所考虑的结构，利用冲击激励，时域输入力和时域响应如图1所示。在采样时段的尾部响应看上去几乎衰减至零，所以也许应该用一个小的指数阻尼窗来减少可能发生的轻微程度的泄漏。
图1 强迫激励和加速度计响应
接下来检查输入力谱以保证在感兴趣的频率范围内足够的力施加到系统上；通常这个输入谱应该相当平坦，在希望的频率范围内有大约10到15，也许30dB的滚降。（注意我说“希望的”频率范围，它可能不是测量的整个频谱。）检查相干来确保测得的输入力和输出响应之间具有相当不错的因果关系，来保证测得了一个良好的测量结果。另外，当然了，检查测量结果中指示系统模态的频响的各个峰。这如图2所示，这个测量结果看起来非常好。除了频响的幅频之外，同时检查频响的复数部分也是个好主意。
图2 频响，输入力谱，相干
应该检查频响的实部和虚部来保证测量结果看起来跟预料的一样。图3显示了这样一个很好的图形。
图3 频响的实部/虚部：驱动点测量结果
图4 频响的实部/虚部：跨点测量结果
但是，提出一个警告。很多时候人们在测量开始的时候只看驱动点测量结果。尽管这是系统的一个非常关键的测量结果，特别是考虑模态振型归一，它并非所有时候都是观察的最好测量结果。例如，频响虚部的各个峰总是有相同的相位关系。但是如果两阶模态相互之间非常密集，那么有时候非常难以确定数据中到底有多少阶模态。很多时候，最好检查某个跨点测量结果，如图4所示。注意频响虚部所有的峰并不具有相同的相位关系。在确定密集模态的各个峰上这非常有用，并且在初期试验设置时都应该测量。那么一旦这个做了之后，还真的有必要连续地监视所有测量位置的时域和频域数据吗？图5所示的测量结果有助于说明为何有必要持续监视。
图5 频响，输入力谱，相干
如果仅仅测量频响和相干，那么会丢失掉一部分事实。只有频响和相干，可以看出测量结果是糟糕的，或许归咎于非线性，噪声，复杂阻尼以及其他一些众可以影响数据的所周知的问题。但是这个测量结果的真凶不是上述中的任何一个。输入谱，对所有其他测量结果相当平坦，跟前面的测量结果比具有非常不一样的力谱。对于这个特定的结构，敲击在某些位置，结构的局部动柔度具有极大的变化，并且保持非常一致的输入谱是非常困难的。它就是这个结构的一个“巧合”，但在任何结构上都会发生。所以如果在试验过程中你不打算检查每个测量结果，请保证存储每个测点的测量结果 – 并且确保包含测量结果的所有部分，不仅仅是频响和相干。因为从这个例子你可以看出来，输入谱具有非常重要的信息，它对解释图5中的测量结果非常关键。
我希望我已经阐明了进行试验的不同方面和需要处理的可能问题。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
Peter Avitabile教授是美国麻省大学洛威尔校区UMass Lowell机械工程系模态分析和控制实验室的主任。模态空间系列文章的英文原文链接：http://sdasl.uml.edu/umlspace/mspace.html。
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