摘要
本文研究了具有密集耦合模態(tài)結(jié)構(gòu)的測試難題，提出了一種結(jié)合自動力錘和掃描式激光測振儀的多輸入多輸出（MIMO）模態(tài)測試方法。通過對剎車盤這一高對稱性結(jié)構(gòu)的實例分析，驗證了該方法在分離和提取耦合模態(tài)方面的有效性。文章詳細闡述了MIMO測試的原理、實驗設(shè)置、數(shù)據(jù)處理流程及結(jié)果分析，為有限元驗證提供了準確的模態(tài)參數(shù)。
1. 引言
在結(jié)構(gòu)動力學分析中，密集耦合模態(tài)的測試是一個挑戰(zhàn)性問題。特別是當結(jié)構(gòu)具有高度對稱性時，其模態(tài)頻率相近但振型不同，難以通過傳統(tǒng)方法有效分離。本文旨在通過MIMO測試技術(shù)，結(jié)合先進的測量設(shè)備，解決這一問題。
2. MIMO測試技術(shù)的必要性
對于如剎車盤等高對稱性結(jié)構(gòu)，其共振頻率分離小，模態(tài)相互耦合。傳統(tǒng)的單輸入單輸出（SISO）測試方法往往無法準確提取所有模態(tài)。MIMO技術(shù)通過多點激勵和多點響應測量，能夠更有效地分離和識別密集模態(tài)，提高模態(tài)測試的準確性和可靠性。
3. 測量原理與設(shè)備
3.1 掃描式激光測振儀
掃描式激光測振儀是一種非接觸式測量設(shè)備，能夠精確測量結(jié)構(gòu)表面的三維振動。其優(yōu)點包括無附加質(zhì)量影響、高密度多點測試能力，特別適用于高階模態(tài)的測量。
3.2 自動力錘
自動力錘作為激勵設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的非接觸式?jīng)_擊激勵，與掃描式激光測振儀配合使用，可實現(xiàn)連續(xù)、高效的測試。
3.3 MIMO測試原理
MIMO測試通過多個激勵點同時或依次激勵結(jié)構(gòu)，利用主成分分析（PCA）等方法分離各激勵源的影響，從而準確提取耦合模態(tài)。
4. 實驗設(shè)置與數(shù)據(jù)處理
4.1 實驗對象與布置
實驗以剎車盤為研究對象，將其放置在軟泡沫上以模擬自由狀態(tài)。使用兩個自動力錘在不同位置進行激勵，3D掃描式激光測振儀測量256個測試點的三維振動響應。
4.2 數(shù)據(jù)采集與合成
實驗分兩次進行，每次改變激勵位置。采集的數(shù)據(jù)通過軟件合成，形成MIMO測試數(shù)據(jù)集。
4.3 模態(tài)提取與驗證
5.1 單激勵點測試結(jié)果
5.2 MIMO測試結(jié)果
模態(tài)提取：設(shè)置模態(tài)階數(shù)為12，成功提取了所有11個模態(tài)，包括5對對稱模態(tài)和1個旋轉(zhuǎn)對稱模態(tài)。
AutoMAC矩陣：顯示提取的模態(tài)完美解耦，驗證了MIMO方法的有效性。
模態(tài)參與因子：分析了兩個激勵點對各模態(tài)的參與程度，表明MIMO測試能夠平衡激勵點的影響，有效分離模態(tài)。
5.3 激勵位置優(yōu)化
通過疊加激勵位置與模態(tài)振型圖，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化激勵位置選擇能夠進一步提高模態(tài)分離的效率和準確性。
6. 結(jié)論
本文提出的基于自動力錘與掃描式激光測振儀的MIMO模態(tài)測試技術(shù)，成功解決了高對稱性結(jié)構(gòu)密集耦合模態(tài)的測試難題。通過實驗驗證，該方法能夠準確、高效地提取所有模態(tài)，為有限元驗證和結(jié)構(gòu)動力學分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。未來研究可進一步探索更多激勵點和響應點的優(yōu)化布置，以及更復雜的結(jié)構(gòu)模態(tài)測試應用。
附錄
測量原理公式：（此處可添加具體的數(shù)學公式或算法描述，如模態(tài)提取的算法原理、AutoMAC矩陣的計算方法等）
實驗數(shù)據(jù)表：（列出關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)，如激勵位置坐標、模態(tài)頻率、阻尼比等）
設(shè)備參數(shù)：（提供使用的自動力錘和掃描式激光測振儀的具體型號和參數(shù)）