电子设备硬振设计的模态测试与分析

摘要

电子设备小型化已成发展趋势，现有的电子设备抗振性不能满足要求。由于机电系统小型化和轻量化以及其愈来愈严酷的应用环境条件，振动和冲击对机电系统的影响已变得非常突出，因此机电系统的结构的设计必须重视结构的动态特性分析。如果不能比较准确地把握电子设备本身性能，就无法形成一套完整的电子设备的抗振动设计方法，更难以主动的、有针对的提出改进和保证设备动态性能的方案。因此在实现电子设备硬装过程中，必须掌握电子设备结构的动态性能，才能有针对性地进行结构设计，实现电子设备硬装。于是，对设备进行模态分析，了解其固有频率等性质就显得非常必要。 模态分析是一种研究结构动力特性的方法，是系统辩识方法在工程振动领域中的应用，是结构动态设计及设备故障诊断的重要理论基础；结构动力修改则研究系统结构做出某种修改后动力学特性的变化或为获得某种动力学特性应如何对系统进行修改等问题。 本论文正是针对上述问题，对组件和整机系统进行实验模态测试与分析，总结出一套对电子设备模态测试以及分析的方法。通过研究实验数据，了解参数估计的原理及方法，从频域方面进行模态的参数辨识。从而辨识出被测对象的模态参数，并总结出结构参数对它的影响。测得的模态数据可以为有限元模型提供匹配依据，使其数值计算结果能与实验测试相匹配，这样的有限元模型可为电子设备硬装设计或改进提供有力的设计指导。 在得到模态参数之后，对组件以及整机系统进行谱分析。通过响应谱分析来了解对象的振动特性。冲击谱分析检测电子设备整机或关键元器件，部件的抗震，抗冲特性。随机谱分析的主要目的是研究与正弦扫频信号相比对模态参数提取的影响等。本文提出了一些对冲击以及随机响应谱进行分析的方法。 在模态分析的基础上对设备进行结构动力学修改。通过实验得到组件的动力学特性对整机的动态性能频率等方面的影响，并通过改变结构来优化设计，得到所需要的动态特性。 再根据组件和整机系统在模态分析之后得到的机械性能指标，开发出有效方法来控制组件和整机振动的方法，本文主要讨论了组件阻尼器的设计以及动态设计两种方法，得到了一定的减振效果。

目录

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声明

第一章绪论

1.1电子设备硬振设计研究的必要性

1.2电子设备硬振设计研究的现状和趋势

1.2.1硬振设计的现状

1.2.2模态分析方法

1.3本论文的课题来源和研究内容

1.3.1本论文的课题来源

1.3.2本论文的研究内容

第二章模态分析理论

2.1模态分析的理论基础

2.1.1模态分析

2.1.2实验模态分析

2.2系统频响函数

2.2.1单自由度频响函数分析

2.2.2多自由度频响函数分析

第三章模态测试技术

3.1模态测试系统

3.1.1单点激励和多点激励

3.1.2不同激励信号对比

3.2频响函数测试

3.2.1实验测试对象介绍

3.2.2实验测试设备介绍

3.2.3实验测试平台搭建

3.2.4主要仪器校准与检验

3.2.5实验测试夹具设计

3.2.6实验测试流程简介

3.3测试过程总结

第四章模态参数辨识

4.1系统辨识和参数辨识

4.1.1系统辨识

4.1.2参数辨识

4.2频域辨识和时域辨识

4.2.1频域辨识

4.2.2时域辨识

4.3模态参数辨识的方法

4.3.1模态参数辨识的频域方法

4.3.2模态参数辨识的时域方法

4.4模态参数辨识的实例

4.4.1被测对象建模

4.4.2模态参数提取

4.5模态参数辨识结论分析

4.5.1模态参数的相关分析

4.5.2参数提取的注意事项

4.5.3组件和整机结果分析

第五章谱分析与结构动力修改

5.1谱分析

5.1.1冲击响应谱分析

5.1.2随机响应谱分析

5.1.3不同装配状态谱分析

5.2结构动力修改

5.2.1结构动力参数修改

5.2.2结构动力修改分析

第六章振动控制与硬振设计

6.1振动控制的措施

6.2组件的硬振设计

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果