应用说明 | 模态测试

铝制圆顶的 LDV 模态分析

非接触式 LDV 测绘将轻质铝制圆顶转化为实用的模态测试案例。从 20 Hz 到 925 Hz 的六个共振被捕获为全场幅值和相位图，使得节点结构、周向阶数和频率对齐清晰可见，且无需在壳体上增加质量或布线。

当幅值和相位同时呈现时，振型变得可解释

曲面壳体很少表现为单点系统。有用的模态数据必须显示运动集中的位置、哪些区域同相或反相运动，以及节点边界如何随模态阶数上升而演变。LDV 扫描直接提供了该视图：亮度揭示振幅，颜色揭示瞬时相位，而相位区域之间的过渡线则识别出壳体的节点结构。有关测量原理，请参阅基于多普勒的激光测振仪。

基于参考 FRF 工作流的圆顶非接触式扫描

测试件是一个铝制半球形圆顶。在不接触的情况下扫描可见表面，同时通过控制参考通道支持频率响应处理和相干性筛选。低于 0.71 相干性阈值的结果被排除在解释之外。

• 技术：扫描式激光多普勒测振仪，用于非接触式全场表面速度测量。
• 参考处理：相对于 EHSC 控制通道的频率响应函数，并在解释前进行相干性筛选。
• 扫描几何：Phi 范围从 -6.0 度到 +6.5 度，增量为 0.05 度，共 251 个测量帧。
• 输出：每个共振峰处的幅值（dB）和相位（弧度，从 -pi 到 +pi）。

六个共振揭示了清晰的周向弯曲系列

从左向右看，测得的共振从受支撑影响的低频响应转变为逐渐精细的周向壳体模式。60 Hz 响应是该序列中第一个清晰解析的结构模态，最好解释为四瓣周向形状。随后的 190 Hz 和 630 Hz 图谱遵循相同的趋势，分别具有约六个和十个波瓣，而最高频率的图谱则显示出更精细的边缘扇贝纹。

壳体理论解释了排序；频率拟合校验了尺度

用于球形和半球形壳体的薄壳振动理论按周向阶数组织响应。高阶系列在壳体周围增加了更多的节点直径，因此在测量图中表现为更精细的波瓣。扫描遵循该排序：第一个结构对比是 60 Hz 的四瓣响应，随后是 190 Hz 和 630 Hz 附近的高阶模式。有关背景资料，请参阅 NASA 的《壳体振动》以及佐治亚理工学院/NASA 关于半球形壳体响应和特征函数的报告。

频率校验使用了测得的外径 278 mm、标称壳体厚度 0.70 mm 以及通用铝材属性（E = 69 GPa，密度 = 2730 kg/m3，泊松比 = 0.33）。在这些假设下，降阶模型预测六个共振频率分别为 22.5、63.5、196.9、397.6、665.4 和 1000.1 Hz。保持材料固定并仅拟合有效厚度，得到 0.654 mm，使序列对齐至 21.0、59.3、183.9、371.4、621.7 和 933.4 Hz。

在工程应用中，拟合厚度充当有效的尺度参数。它在保持铝材假设不变的同时，捕捉了公差、支撑柔度和局部阻尼效应，使建模的频率序列与测量共振的误差保持在 5.1% 以内。

从模态测试到工业振动测绘

同样的非接触式工作流可以从小型壳体结构扩展到大型工业资产。有关完整的模态工作流，请参阅全场定量模态分析。有关密集矢量重建，请参阅3D 速度场和应变分析。有关旋转和电气资产的现场诊断，请参阅 WEG 电机和变压器诊断示例。有关系统级背景，请参阅平行光束激光雷达的优势和 Q2 激光雷达。有关制造商背景，请参阅 WEG。