边界条件，测试误差，可重复度

MAN Energy Solutions 简介:
 

MAN ENERGY SOLUTIONS的首席执行官Uwe Lauber博士称， 我们所服务的行业的CO₂排放量占全球总排放量的很大一部分，这让我们意识到我们的社会责任重大，这正是激励我们每天致力于开创新征程的原因。

MAN ENERGY SOLUTIONS总部位于德国，是大缸径柴油和燃气发动机以及涡轮机械的全球领先供应商。他们的产品系列包括用于船舶和固定式应用的二冲程和四冲程发动机，涡轮增压器和螺旋桨，以及燃气和蒸汽轮机，压缩机和化学反应器。

在MAN ENERGY SOLUTIONS，我们为海事部门提供系列综合发动机、螺旋桨、艉部设备和涡轮增压器。可靠性是我们行业（尤其是船舶业）关注的第一要务。在产品的研发阶段，我们使用德国Polytec公司的扫描式激光测振仪来获取测试数据，不断地对样件进行模态验证及模型优化，测试，直到部件可以进行量产。

实际上，测试质量取决于多重因素。本文系统考察了对测试结果有影响的各个因素，这应该对从事该领域振动测试的从业者们有所启发。

样件温度对测试结果的影响，因此与仿真数据结果进行比对时，其影响往往被低估。杨氏模量的变化是主要原因。

图3中测试的偏差对于后续的MAC值比对很重要。在检测温度范围内，频率和样件温度之间的线性相干性已经很明显。近似的温度影响可以被计算出来，因此在测试过程中应记录样件温度（或环境温度）的偏差。当测点数量庞大，或频率分辨率很高（会延长后续使用扫描式激光测振仪的测试时间）时，上述方法会非常有用。

模态试验旨在验证仿真模型。模态置信准则（MAC）就是一个验证指标。通过比较仿真和实测的特征模态，可以确定每个模态的相关程度。一般必须达到MAC＞0.95的目标。

试验装置如下：样本为轴向涡轮叶片，将其几何形貌数据从FE导入至PSV软件中，然后将网格分别移动0.5、1.0和2.0 mm，观察MAC值的偏差。将样品放置在初始位置进行三次评估后，以MAC值的扩展为基础进行分析。结果显示在图4中。

将这两种支承条件下的频率偏差进行对比，结果一目了然。在这种情况下，支持条件对测试结果没有显著影响。更重要的是，硬泡沫中的支撑可以可靠地保持样件位置，这样使用一次3D校准即可，甚至可以用于多个试样的连续测试。

 如图8所示，由于理想的几何形貌数据与实际的几何形貌数据存在差异，最初无法测试出模态8（初始测试样本S36）。在对样本进行了几何形貌测试，并根据现有的真实几何形貌数据建立新的有限元模型后，对于S36、S43和S01这三个样本而言，特征模态的一致性比较理想。

在弯曲杆试验中，使用应变片和PSV确定了激励位置对传递函数的影响。使用模态力锤进行激励。为了获得H1 PSV/应变片的传递函数，这里使用PSV扫描式激光测振仪输出的振动速度作为参考，而不是力。

由图10可知，沿杆方向的激励位置对振动速度有影响，而与模态1的H1传递函数无关。

样件的温度对于随温度变化的弹性模量的影响是不可忽略的。在采样时间长和温度不稳定的条件下测试时，必须特别考虑到这一点。

测试网格与其在样本上的实际位置的偏差约为1% (0.5 mm @ 50 mm)时，MAC值会产生0.02~1.0%的变化，这取决模态阶数。换句话说，理想的MAC=1变为MAC=0.998~0.99，这可忽略不计。

使用硬泡沫作为支撑，对涡轮叶片进行自由-自由测试是完全可以的，而且可以快速方便地固定位置，尤其是需要一系列测试时。

如果实际形貌数据与理想形貌数据有可能存在偏差，必须进行检查。如有必要，使用真正的形貌数据修正MAC值。
沿弯曲杆方向改变激励位置则对特征模态没有任何影响。

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