一步查清引起驾驶室异常振动的原因

,应用模态试验分析方法对该车进行整车(车架和驾驶

室

)模态试验。

　　

2.1 模态试验分析目的

　　振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某
一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性

,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各

种振源作用下实际振动的响应。因此

,模态分析是结构动态设计及故障诊断的重要方法,是提

供研究各种实际结构振动的一条有效途径

,在设计的早期阶段避免共振的发生。

　　通过上述常规的振动试验分析

,仍然无法查找出引起某车驾驶室在低频 5.4 Hz 处异常振

动的原因。根据以往的工作经验

,初步判断该车出现的振动问题(驾驶室低频振动且振动形式

为俯仰振动

)与其车架有关,基于上述对该车驾驶室异常振动的试验分析和判断 ,为进一步查

找原因对该车进行整车

(车架和驾驶室)模态试验,试验时产生的频率范围为 1~40 Hz。

　　

2.2 模态试验原理及应用

　　

2.2.1 模态试验原理【1】

　　结构模态的意义

,可解释成一种自由运动的变位分布方式。在不考虑材料阻尼所形成的

能量耗散且无外力干扰的情况下

,系统可以周而复始地运动下去,形成一个能量守恒系统。一

个质点在一个方向上的变位指标称为一个自由度

,一个离散系统的一个模态,可由一个以该系

统各自由度为分量所组成的向量来代表。对多自由度系统

,各模态为彼此独立的完全集,在模

态合成法中

,结构的任何运动可以由其自由振动模态的线性组合来表示。

　　多自由度线性系统的运动微分方程是相互耦合的

,当自由度数很多时,方程的求解十分困

难。模态分析技术的原理就是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标转换为模态坐标

,

使方程组解耦

,成为一组以模态坐标描述的独立线性微分方程,以便求出系统的模态参数。由

于采用模态截断的处理方法

,可以使方程的个数大为减少,从而大大减少了计算量,为大型复

杂结构的振动分析带来了很大的好处。试验模态分析技术就是在此理论的基础上

,利用试验

技术和信号处理技术来识别系统的模态参数

,从而获得其动态特性。 　　由采集得到的力信

号和加速度响应信号计算频率响应函数和相干函数。
　　频率响应函数计算公式

:

　　由式

(5)可知,传递函数矩阵中的某一行或某一列中,包含了模态矩阵的全部信息。因此,在

进行模态试验时

,只要测量传递函数的某一行(相当于固定测量点,移动激励点位置)或某一列

(相当于固定激励点,测量全部自由度的响应)即可。
　　同时测量激励力和响应

,将两种信号同时送入双通道的 FFT 分析仪或其他数据处理设备

中

,就可以方便地得到系统的传递函数。利用计算机对传递函数进行拟合计算,得到系统的模

态频率

ωr,模态阻尼 及留数 ,由此获得系统的动态特性。模态试验分析的各主要环节示意图,

如图

2 所示:

　　

2.2.2 模态试验应用[2]

　　我们知道

,对于一个确定系统,给定一个输入,则可得到一个经过系统的输出。反过来,已知

一个系统的输入和输出特性

,就可确定系统的传递特性。为此,我们人为地对系统加一个输入,

然后测量其输出

,通过输入输出的互谱与自谱即可确定系统的传递特性。

　　采用的模态试验方法如下

:首先驱动信号是由计算机产生一个所要测量范围内的随机激

励白噪声信号

,由于该车驾驶室异常振动为低频振动,所以激励信号采用 1~40 Hz 的正弦扫描

信号

,激振力垂直向上,经 D/A 输出,低通滤波器平滑处理后,由功率放大器驱动电磁激振器,对

试验对象进行激励。同时在激振杆上安装力传感器

,及在所测测点上安装加速度传感器,并回

收力传感器和所有测点的加速度响应信号

,经电荷放大器放大后,通过计算机 A/D 输入至计

算机中

,得到其时间历程信号,试验原理如图 3 所示。

　　对采集到的时间历程信号

,计算其所有响应点与力作用点的传递函数。