DASP模态分析软件中的世界领先技术 - 图文

北京东方振动和噪声技术研究所

1.引言

DASP-MAS是目前用户最多的国产模态软件。客户包括中科院、中国航天科技集团、中国航天科工集团、中国铁科院、总装备部设计研究院、海军潜艇部队大连和葫芦岛基地、工程兵某设计院、空军后勤学院、解放军工程兵学院、清华大学、香港理工大学、天津大学、浙江大学、同济大学、上海交通大学等。众多的科研权威机构及企业成为DASP-MAS的用户，说明DASP-MAS品质可靠，具有非常好的口碑。

DASP-MAS参与完成了多项国内重大试验，如长三捆火箭、神州飞船发射架、长征系列火箭移动发射平台、宇航员离心模拟训练机，酒泉西昌太原发射架、澳星模拟星、火箭发动机等的模态分析。火箭激励钱塘桥公铁两用桥模态实验，力锤激励乌海黄河桥模态分析，机车车头，汽车车身，运机床整机及零部件，U235核分离器、海军雷达车、核潜艇火炮发射架、核安全壳模型、、钻井井架、拉希瓦大坝模型等的模态分析。此外完成了如中旅大厦，上海卢蒲大桥，杨浦大桥、杭州湾跨海大桥等大型土木结构的环境激励模态试验。DASP-MAS是目前同类国产软件中实例最多的。

2.锤击激励的变时基技术及弹性聚能力锤

对大型低频结构，由于其质量大、频率低，一般难以使用锤击等脉冲激励试验。但是锤击法不仅操作简便、效率高、时间短、成本低，而且相对于环境激励方法，还可获取完整的模态参数。因此研究，具有非常重要的意义，和非常实用的应用价值。

东方所通过变时基技术及高弹性聚能力锤解决了大型低频结构的锤击试验中的问题，弥补了大型结构锤击法模态试验技术中的空白。

2.1弹性聚能力锤

传统力锤难以对大型结构进行激励，原因在于激励力的能量太小，并且频谱具有宽带的特性,使能量分散。

弹性聚能力锤加入弹性聚能装置，使得激励力的作用时间大大加长，作用时间可加长1倍以上。不加弹性聚能装置，激励力作用时间一般在2-7ms，加入弹性聚能装置，作用时间可达21ms甚至更高。

本技术已经取得编号为“ZL 2011 2 0163125.8”的国家专利。

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弹性聚能力锤专利证书

图3.2.7 弹性聚能力锤原理图

通过如图所示的弹性聚能力锤原理图可以看出，新型力锤通过作用时间加长，第一可以使激励力的总能量增加，第二可以使能量集中到低频部分。

例如，通过弹性聚能装置，使激励力的作用时间成为原来的3倍，总能量是原来的3倍左右，能量分布的带宽只有原来的1/3，在低频段激励的能量是原来的9倍，提高了将近一个数量级（如图3.2.8所示）。

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图3.2.8 普通力锤与弹性聚能力锤力波形与力谱图

图8和图9则是使用大号弹性聚能力锤在乌海黄河铁路桥上进行激励的脉冲力波形和频谱，其脉冲峰值达到1606kg，而且持续时间达到21ms，其频谱能量主要集中在40Hz以下。

图10为DFC-1型弹性聚能力锤的实物照片，图11为使用该弹性聚能力锤在实际桥梁上进行锤击试验的现场照片。

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弹性聚能力锤解决了大型结构力锤激励模态试验中激励源的问题，填补了行业空白，得到了各行各业用户的认可与青睐，某些国外知名厂商也曾多次从我公司购买弹性聚能力锤。

2.2 变时基技术

传统的等时基传递函数做瞬态激励传函分析时，激励与响应之间，特征时间与特征频率的差异太大，激励是ms级的，响应是几百ms级到秒级，因而就存在频率分辨力（采样频率越低，分辨力越高）和时域波形精度（采样频率越高，时域波形精度越高）这一对无法克服的矛盾。

由于脉冲激励信号作用时间较短，为确保频率分辨力，采样频率不能太高，从而导致以下几种情况：采到的激励信号偏大，采到的激励信号偏小或激励信号没有采上（图3.2.4）。

图3.2.4 采样频率不够高时，无法准确测量脉冲信号

变时基技术则是用较高的频率对力脉冲进行采样，用较低的频率对响应信号进行采样，两个采样频率的倍数就是变时倍数。

以下为同样条件下使用不同方法对一简支梁的测试分析结果比较：

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图3.2.5两次等时基采样及传函分析

图3.2.6两次变时基采样及传函分析

我们可以通过下表来比较两种方法的准确性：

频率 第一次 第二次 等时基两次传函主峰幅值比较 变时基两次传函主峰幅值比较 11.72 95.70 181.6 312.5 458.9 11.81 95.49 181.1 312.1 458.7 3.56 17.0 2.78 11.4 4.10 2.55 11.0 4.31 1.59 9.36 5.89 6.27 28.1 4.48 15.6 15.9 1.02 11.6 11.7 1.01 10.2 10.3 1.01 7.51 7.77 1.03 25.1 25.3 1.01 两次比值 4.78

对比图3.2.5、图3.2.6及上表可见，由于采样频率低，等时基采样得到的激励信号波形一致性较差，计算出来的导纳值重复性差，相位不准。需要12次以上平均才能获得可接受的稳定性和相干。而变时基方法每次激励重复性很好，只需要3次平均即可获得较好的相干。

变时基技术改变了传统的等时基采样模态分析方法，独创地解决了时间分辨率和频率分辨率的矛盾，显著提高测量结果的精度和稳定性。相对于传统方法，大大节省了试验时的人力物力。目前，变时基技术结合弹性聚能力锤，已在神舟飞船750吨移动发射平台模态试验，长3捆大型运载火箭模态试验，乌海黄河桥模态试验，航天员超重训练机模态试验，东方红机车头模态试验等数十项国家重点项目中，取得了非常好的效果。

（注：变时基技术及弹性聚能力锤为东方所专利技术，从未转让或授权给其他任何组

织、单位或个人，未经同意，凡涉及剽窃、引用该技术，北京东方振动和噪声技术研究所都保留追究其法律责任的权利。）

3.精确、快速的频响函数计算

在模态试验中，所有模态参数（模态频率，模态阻尼，模态振型，模态质量

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