试验目的
研究结构的力学性能对优化产品零部件的使用场景和寿命至关重要。对零部件进行模态试验有助于分析其固有频率、阻尼和振型等模态参数，有助于进一步改进设计，提高产品零部件的结构性能。模态试验是结构设计中非常重要的验证环节，既可以验证仿真结果的准确性，也用来确定实际产品的结构特性。模态试验需要专用的采集设备及软件，本次试验主要用于验证模态仪器Spider-80Xi与晶钻模态软件EDM-Modal在模态试验工作中的有效性与准确性，为采购与使用提供参考。

试验对象

试验以某型号列车刹车盘作为试验对象，研究分析其模态参数与振型。测试件如下图所示

试验器材与软件

模态测量系统包含了传感器，采集设备，辅助工具等。模态分析系统包含了相应的分析软件。

试验使用的采集设备是美国晶钻公司（Crystal Instruments）出品的Spider-80Xi。Spider-80Xi是一款经典的模块化采集设备，拥有8个输入通道，并可以扩展。每个通道具有高达256KHz的采样率。其双24位AD技术通过了美国专利，提供了高精度与高动态范围。

在模态试验中，模态分析软件使用的是采集设备配套的美国晶钻公司的EDM Modal。不仅可以进行多种模态试验方法的数据采集，也具备实时分析的功能，使得模态试验的采集与分析过程完全打通。EDM Modal包含了采集，建模，参数提取等模块，支持Poly-X算法。

用于力锤法激励的力锤，选用的是美国PCB公司的086C03，该型号适用于激励中大型机械与部件，其灵敏度为2.25mv/N。

用于采集的加速度传感器，选用的是美国PCB公司的压电型单轴传感器，型号为333B30，灵敏度为100mv/g。传感器线使用的是长15m的专用屏蔽线

试验方案

采用行车吊钩将刹车盘吊起，处于自然悬空状态。

设置48个测点，前后各24个，分布于盘外侧与内测。

按实体进行简化，建模为夹心造型，前后盘为圆环，中间盘的中心向前后突起。

测试参数设置为：频率范围 3.5kHz，线数3600，不加窗，三次平均。保证激励信号与响应信号完整。

选择金属锤头，加质量块，力谱在测量范围内衰减程度可以接受。

采用力锤巡回法，力锤遍历所有测点，各敲击三次，敲击力范围在1200~2000N内。选择四个测点布置传感器，使得一次采集试验可获得四组独立数据，避免单一测点漏阶。传递函数显示在分析范围内，四组测点的结果具有相同的趋势与峰值点，参数与方法有效。

试验结果分析

由于分析频率范围较宽，力锤激振效果在低频与高频区域仍有差异。同时为了分析方便，减少参数提取时的计算量，将分析范围分为50~1500Hz低频区，与1500Hz~3000Hz高频区。下面是选取部分阶次做出的模态振型效果图。

分析与改进

从识别的情况来看，试验基本满足要求且数据之间相互印证，在低频区域的识别效果非常好。

采集过程中力谱与频响信号的质量较好，不过从相干性来看，如换用更大型号的力锤，应该可以获取更好的信号，在高频区域1700Hz~2600Hz内的频响可以得到部分改善。

刹车盘本身以及吊装都可能存在一定程度的质量不对中，也会对结果造成影响。