一、什么是模态分析

模态分析亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法之一，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用；

模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型；

模态参数可以由计算或实验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析；

本篇以汽车车门为实验对象介绍非接触式模态测试系统方案。

为什么要做汽车模态分析：新的汽车产品通过试验来确保其设计、制造、材料、工艺以及制造过程均达到合格的标准，确保其质量;

如气缸及燃烧测试、NVH测试、动力系统测试、模态测试等，而振动以及模态测试是重要的试验之一。

而汽车车门模态分析的最终目的是识别出汽车车门的模态参数，为汽车车门结构系统的振动特性分析振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据；

客户需求考虑到减小测试质量的负载，此次方案采用全场扫描式激光测振仪测试方案，此次车门模态分析应用可归纳为:

➢ 振动与噪声控制；
➢ 有限元模型修正与确认；
➢ 获得车门结构的固有频率；
➢ 非接触式激光测振仪模态测试；
➢ 应用模态叠加法求结构响应，确定动强度和疲劳寿命；
下文将会对全场扫描式激光测振仪在汽车车门模态测试及分析方面的应用做简单介绍。
二、全场扫描式激光测振仪介绍

全场扫描式激光测振仪系统主要由全场扫描激光头、控制箱、数据采集设备、模态分析软件等构成；模态分析软件主要包含参数识别、振型动画、ODS、模态验证等模块；

此系统可实现汽车车门X、Y方向上的扫描测振以及实现二维、三维动画显示及数据分析，系统构成图如下：

系统测试图如下：

系统实测图(上图)

扫描区软件设置（上图）

车门前六阶模态（上图）

结论：通常情况下由于路面不平汽车运动所导致的运动学激励多属于20Hz以下的垂直激励；而车门的第一阶固有频率为67.942Hz且为Y方向振动，因此在以上激励下没有共振隐患。
通过上图不难看出我们可以在软件灵活设置测量区和测量点、可通过视频图像即时显示测量结果也可对每个采样点单独聚焦，下文将会对模态分析模块进行介绍。
三、全场扫描式激光测振仪模态测试部分软件模块介绍
模态分析软件主要包括参数识别、振型动画、ODS和模态验证模块；参数识别模块可以对导入的时域或者频响函数进行模态参数识别（软件包含多种参数识别方法）；振型动画模块用来展示模态参数识别结果，尤其是振型的直观显示；ODS模块可以分析每个时刻和每个频率点下的工作变形分析；模态验证模块用来对得到的模态结果进行验证，评估实验及分析结果的可靠性；模块介绍如下：
1、模型建立：

三维几何模型是模态测试及分析的基础，SNDAS-LDV软件“模型建立”模块主界面如下图所示，主要包括模型文件设置、模型刷新、子结构、点、线、面设置、模型显示视图等；

子结构、点、线和面构成了三维几何模型的基本特征。

2、参数识别：

参数识别模块主界面如下图所示，主要包括参数识别方法选择、数据选择及列表、模态识别参数设置、模态文件列表和图形显示区等；参数识别方法和数据选择采用下拉列表的形式；模态参数设置包括分析频段、模态阶次和上下残余差等；模态文件及表格展示参数识别的结果，包括固有频率、阻尼比和振型等参数；各频响函数的幅频和相频曲线显示在图形显示区。

3、振型动画： 

振型是模态重要参数，一般来说我们通过动画的形式，直观反映各阶模态振型，软件“振型动画”主界面如下图所示，包括模型文件、模态文件、振型动画及控制、报告输出和视频输出等功能。

4、ODS： 

相对于常规实验模态分析，工作变形分析是模态分析的重要组成部分，ODS分析能够得到结构在任意时刻和任意频率点下的真实运动状态；SNDAS-LDV软件“ODS”主界面如下图所示，主要由ODS数据文件、三维几何模型和ODS振型动画及控制等组成。

5、模态验证：

通过模态验证功能可以评估实验模态测试及分析的可靠性；SNDAS-LDV软件“模型验证”主界面如下图所示，主要包括模态文件选择、MAC计算、MAC表格和柱状图等。