第二章 模态分析

2。1  概述

模态分析是研究系统的结构动力学特性的一种分析方法[16]。模态是机械系统结构所固有的振动特性。我们在物理学上所熟悉的系统的基频就是模态的一部分。理论上来说，模态可以有无穷阶，每阶模态都拥有其对应的特定基频，阻尼比和振型。系统的实际振动是由各阶模态相互叠加的所产生的效果。模态分析实质上指的是通过计算机计算或者实验处理分析来取得相应的模态参数的一个进行过程。模态分析是动力学分析最为基础的一部分内容，也是做动力学分析的前提步骤。模态分析可以通过计算法和实验法来进行，我们把类似本章中通过基于Ansys Workbench的有限元软件计算得到的模态参数的方式，称之为计算模态分析[17]。ANSYS Workbench模态分析是一个线性分析，其中的任何非线性的特征将会被忽略。模态参数提取的方法主要由所研究的模型大小和相应的应用类别来决定。模态数的提取往往决定着模态提取方法的精度，所以在要求计算精度较高时，为了保证所计算结果的可靠性与准确性，需要提取足够多的模态阶数。故为了保证柔性机械臂模态分析的准确性，在本章中的模态分析中，我们选择提取20阶柔性机械臂的模态来进行分析。

振动模态是柔性结构体系统自身所固有的特性，通过模态分析，我们可以清楚地知道所研究的系统在其基频模态范围内的振动形态特性，就可以推断出该系统在基频范围内由各种振源激励下产生的实际振动响应，故可让研发设计人员在设计与优化系统时使其避开外部激励频率段。由此可见，模态分析也是设计系统结构与诊断设备故障的重要方法。

模态分析的最终目标是提取系统的模态参数，从而为进一步的动力学特性分析和系统的振动故障诊断，系统的结构优化设计提供基础。目前，模态分析的应用主要针对以下几个方面[18]：

(1) 对现有结构系统的动态特性进行评估；来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-

(2)对结构系统的故障进行诊断及预报；

(3) 对结构的辐射噪声进行控制；

(4) 对结构系统的载荷进行识别。

对于模态分析，振动频率和模态是由下面的方程计算求出的：