N-Modal新一代模态分析解决方案

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KSI科尚 - N-Modal模态软件应用领域

模态试验与分析

• 模态试验与分析是指通过数据采集系统获得响应（和激励）数据，经动态信号分析与模态参数识别，确定机械结构的固有频率、阻尼比、振型和模态参与因子等揭示结构动态特性的参数
• 经过三十多年发展，模态试验与分析有了长足进步，广泛应用于振动排故、状态检测、故障诊断和结构健康监测，以及动态响应预报、结构动态修改、有限元模型修正、动态分析与设计、振动控制等
• 模态试验与分析已成为航空、航天、汽车、舰船、机械设备和桥梁、建筑等产品研制、定型、使用和维护过程中不可或缺的手段
  

N-Modal模态分析软件

N-Modal可实现如下三大分析功能：

• N-Modal  ODS（响应模态分析），分为时域ODS和频域ODS。时域ODS用于观察机械结构在各时间点上的振动响应状态；频域ODS用于观测机械结构在各频率点上的运行状态振型，还可用于区分同一频率点在不同模态空间上的强迫振动振型
• N-Modal  EMA（试验模态分析），适用于大型复杂结构在输入输出可测、采用人工激励（激振器或力锤）情况下的多输入多输出（MIMO）振动模态试验与分析，可进行单个或多个激振器激励的模态试验，也可完成采用单个或多个参考点的锤击法模态试验（MRIT）
• N-Modal  OMA（运行模态分析），适用于大型复杂结构在运行状态中利用自然激励（环境激励）、输入不可测，或者仅使用输出数据情况下的振动模态试验与分析
  

                               
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N-Modal的基本特点

• 可运行于Windows XP/2003/Win7/Win8等目前的主流操作系统，使用方便
• 具有中英文多语言界面，并可快速定制开发其它语言界面
• 具有完善的几何建模、项目管理、动态信号处理、模态参数识别、时频域运行响应估计（ODS）、振型相关估计（MAC）等功能模块
• 集成的交互式几建模功能，操作直观方便，可快速建立简单结构的测试模型，还可从通用格式文件（UFF）或者IGES文件中导入几何信息
• 方便的测量数据输入接口，可导入时域信号（激励与响应时间历程），也可直接导入频域数据（频率响应函数FRF和相干函数COH）
• 可从UFF 58/58b通用文件中导入数据，也可从N-Modal标准格式的ASCII文件中导入
• 完善的二维曲线、三维图形（几何、振型动画、MAC）的显示与控制功能
• 数据拷贝、屏幕拷贝、JPG图形存储、AVI动画存储等功能，方便用户快速制作试验报告和演示文稿
• 灵活的界面安排、丰富的鼠标与热键快捷操作，大大提高工作效率与易用性
• 在VC++环境下开发，采用面向对象编程（OOP）技术，易于维护和扩展
• 可配套现有国、内外生产厂家的优秀数据采集前端和动态信号分析仪
  

快速几何建模

• 集成交互式几何建模模块，实现节点、连线、多边形、3D对象的交互式选择、移动、旋转、放大、删除、修改等功能
• 可定义总体坐标和局部坐标，具有笛卡尔、柱、以及球等三种坐标系统，各种坐标系统间转换方便
• 可实现线段、直线、矩形、梯形、扇面、椭圆、圆台、球体等规则3D对象的快速建模，还可自定义三维单元库
• 除了交互式几何建模，模型几何信息也可通过配置信息界面进行修改、添加、删除等操作
  

快速、易用的信号分析功能

• 向导式的信号处理参数设置，实现趋势去除、时域抽取、快速傅立叶变换（FFT）、加窗等功能
• FFT长度：基2整数，根据实测数据自由可选；重叠：0%～83%，可从下拉列表中选择；平均次数：用户自定义；窗函数：矩形窗、汉宁窗、海明窗、平顶窗、指数窗、力窗、指数窗等；分析频率范围：采样频率的1/2或1/2.56
• 功率谱估计：自谱、互谱、功率谱矩阵、半功率谱矩阵
• 单输入多输出（SIMO）的频率响应函数（FRF）估计：H1、H2和Hc估计
• 多输入多输出（MIMO）的频率响应函数估计及相干函数估计
• 多线程支持的信号处理过程，并可采用不同设置参数重复进行
  

                               
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信号处理向导

先进、可靠的模态分析技术

• 包含窄带（NarBand）、选带（SelBand）、宽带（BroBand）三大类算法：窄带方法逐个识别模态，方便易用；选带方法在选定频带内一次识别数个模态，精度较好；基于最新p-LSCF算法的宽带模态识别方法在宽频带、甚至全频带内识别全部模态，效率高，并适用于大阻尼复杂结构
• 基于输入（激振力）、输出（响应）测量的试验模态分析（EMA）技术
  
  • 单输入/多输出（SIMO）的全局模态识别技术，可识别得到全局模态参数
  • 多点激振的多输入/多输出（MIMO）模态识别技术，具有识别高密度或重频模态的能力，是大型、复杂结构试验模态分析的理想方法
  • 单参考点和多参考点锤击法（MRIT）模态识别技术
    
  
  

                               
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某客车车架采用两个激振器激励的EMA模态试验结果

                               
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某高铁车辆转向架用MRIT识别得到的模态参数修正有限元计算模型

                               
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某发动机篦齿盘用MRIT技术识别得到的重根模态

• 环境激励下仅有输出（响应）可测量的运行模态分析（OMA）技术，可以对桥梁、建筑、汽车、飞机、旋转机械等机械结构在运行状态进行试验与分析，无须人工激振，只需测量响应
  
  • 不仅简单可行，同时还可获得结构在真实运行状态下的动态特性，且天然具备多参考点特性，具有解耦密集模态的能力
  • 基于全功率谱密度矩阵的窄带模态参数识别方法（频域空间域分解法，FSDD），方便易用，结果准确
  • 基于半功率谱密度矩阵的窄带模态参数识别方法，操作方便，实现了EMA与OMA分析的统一
    
  
  

                               
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某建筑结构OMA识别的密集模态

                               
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某梁式公路桥OMA识别的部分结果

• 采用模态指示函数（MIF）等作为判断模态是否存在的依据，可靠判断模态阶次，避免遗漏模态
• 采用频率稳定图区分结构模态与计算模态
  

                               
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圆盘EMA分析的模态指示函数                                               建筑OMA分析的模态指示函数

                               
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采用FDPR算法对圆盘进行EMA分析

• 时、频域结构运行振型（ODS）估计及可视化，用户可实时了解某一时刻或频率点的结构振动模式
  

                               
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飞机结构的ODS分析

• 用于检验振型精度的振型相关矩阵（MAC）估计及可视化，包含三维Bar图和数值表格
  

                               
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灵活的二维和三维图形显示、控制与输出

• 提供专用的二维曲线与三维图形控制面板，以及鼠标、快捷键、菜单等多种控制方式
• 多种曲线表达方式，诸如频率响应函数的幅值（线性、对数、dB坐标）、相位、展开相位、实部、虚部、奈奎斯特图等
• 方便灵活的二维曲线显示与控制，网格、图例等元素可显示或隐藏，并能提供相应曲线的完善测量信息（测量节点、方向，是否原点测量等）
• 缩放（具有不同缩放状态的记忆能力）、选段、寻峰寻谷等实用功能
• 方便灵活的三维图形显示与控制，节点号、输入/输出标记、坐标轴等元素可显示或隐藏，并能轻易实现平移、缩放、旋转等功能
• 提供三维图形的俯仰、左右、前后等各向视图，能实现结构的框架线显示或着色面渲染
• 对三维图形建模提供了笛卡尔、柱球等局部坐标系统，方便结构建模，并可在局部坐标系统内自由定义传感器的测量自由度
• 二维曲线和三维图形的各元素颜色均可自定义
• 基于OpenGL的三维图形动画控制，实现播放、暂停、帧播放、幅度控制、速度控制等功能
• 各种二维曲线和三维图形均可复制到操作系统剪贴板中，亦可一键存储为BMP或JPG文件
• 振型动画和ODS可直接输出成AVI文件
  

                               
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                  原点频率响应幅值及其相干函数检验                      频率响应的Nyquist图表示，可检查频率分辨率

                               
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            飞机结构原点频响重叠显示                                  飞机结构跨点频响重叠及互易性检查

                               
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频响的选带识别及其拟合结果                                    拟合曲线的局部放大

N-Modal模态分析解决方案-模块功能矩阵

针对航天、航天、军工、土木、交通等不同领域、行业的广大用户，N-Modal模态分析软件划分为不同的模块配置，以最大程度地适合于客户的不同需求。您可以从下面的功能矩阵中选择适合于您使用的模块，或者联系我们，由我们推荐配置。

NMOD-	300 ODS	330 基本EMA	340 基本MIMO EMA	350 增强MIMO EMA	360 基本OMA	370 增强OMA	380 全功能
结构建模
交互式几何建模	○	○	○	○	○	○	○
导入UFF或IGES文件	○	○	○	○	○	○	○
数据输入/输出
时/频域测试数据输入	○	○	○	○	○	○	○
时/频域数据和2D图形输出	○	○	○	○	○	○	○
模态频率与阻尼表格输出		○	○	○	○	○	○
模态振型3D显示和AVI输出	○	○	○	○	○	○	○
信号处理
趋势去除	○	○	○	○	○	○	○
信号抽取	○	○	○	○	○	○	○
加窗(汉宁、指数、力窗等)	○	○	○	○
ODS响应模态分析
时域ODS	○	○	○	○			○
频域ODS	○	○	○	○			○
EMA试验模态分析
单点锤击/多点响应测量		○	○	○			○
单点响应测量/逐点锤击		○	○	○			○
单激振器激励/多点响应测量		○	○	○			○
SIMO算法EMA SelBand		○	○	○			○
SIMO频响估计		○	○	○			○
SIMO频响曲线拟合		○	○	○			○
多参考点锤击模态MRIT			○	○			○
多激振器激励/多点响应测量			○	○			○
MIMO频响估计			○	○			○
MIMO频响曲线拟合			○	○			○
窄带NarBand MIMO算法			○	○			○
选带SelBand1 MIMO算法1				○			○
选带SelBand2 MIMO算法2				○			○
宽带BroBand MIMO算法				○			○
宽频带频率/阻尼自动识别				○			○
模态稳定图				○			○
宽频带频响函数曲线拟合				○			○
OMA运行模态分析
窄带OMA NarBand Full					○	○	○
环境激励下全功率谱密度估计						○	○
宽带OMA BroBand						○	○
半功率谱密度h-PSD估计					○	○	○
宽频带h-PSD曲线拟合						○	○
宽频带频率/阻尼自动识别						○	○
模态指示因子MIF	○	○	○	○	○	○	○
模态动画	○	○	○	○	○	○	○
振型相关矩阵MAC技术		○	○	○	○	○	○
MAC二维及三维图形显示		○	○	○	○	○	○
MAC表格显示		○	○	○	○	○	○

扩展阅读：

• 试验模态分析入门-Peter Avitabile教授模态空间系列中文翻译
• 振动：试验模态分析[英文] 辛辛那提大学R.J.Allemang教授 著，含matlab源码
  

江海客

这个很有用！