摘要
本文研究了具有密集耦合模態結構的測試難題，提出了一種結合自動力錘和掃描式激光測振儀的多輸入多輸出（MIMO）模態測試方法。通過對剎車盤這一高對稱性結構的實例分析，驗證了該方法在分離和提取耦合模態方面的有效性。文章詳細闡述了MIMO測試的原理、實驗設置、數據處理流程及結果分析，為有限元驗證提供了準確的模態參數。
1. 引言
在結構動力學分析中，密集耦合模態的測試是一個挑戰性問題。特別是當結構具有高度對稱性時，其模態頻率相近但振型不同，難以通過傳統方法有效分離。本文旨在通過MIMO測試技術，結合先進的測量設備，解決這一問題。
2. MIMO測試技術的必要性
對于如剎車盤等高對稱性結構，其共振頻率分離小，模態相互耦合。傳統的單輸入單輸出（SISO）測試方法往往無法準確提取所有模態。MIMO技術通過多點激勵和多點響應測量，能夠更有效地分離和識別密集模態，提高模態測試的準確性和可靠性。
3. 測量原理與設備
3.1 掃描式激光測振儀
掃描式激光測振儀是一種非接觸式測量設備，能夠精確測量結構表面的三維振動。其優點包括無附加質量影響、高密度多點測試能力，特別適用于高階模態的測量。
3.2 自動力錘
自動力錘作為激勵設備，能夠實現對結構的非接觸式沖擊激勵，與掃描式激光測振儀配合使用，可實現連續、高效的測試。
3.3 MIMO測試原理
MIMO測試通過多個激勵點同時或依次激勵結構，利用主成分分析（PCA）等方法分離各激勵源的影響，從而準確提取耦合模態。
4. 實驗設置與數據處理
4.1 實驗對象與布置
實驗以剎車盤為研究對象，將其放置在軟泡沫上以模擬自由狀態。使用兩個自動力錘在不同位置進行激勵，3D掃描式激光測振儀測量256個測試點的三維振動響應。
4.2 數據采集與合成
實驗分兩次進行，每次改變激勵位置。采集的數據通過軟件合成，形成MIMO測試數據集。
4.3 模態提取與驗證
5.1 單激勵點測試結果
5.2 MIMO測試結果
模態提取：設置模態階數為12，成功提取了所有11個模態，包括5對對稱模態和1個旋轉對稱模態。
AutoMAC矩陣：顯示提取的模態完美解耦，驗證了MIMO方法的有效性。
模態參與因子：分析了兩個激勵點對各模態的參與程度，表明MIMO測試能夠平衡激勵點的影響，有效分離模態。
5.3 激勵位置優化
通過疊加激勵位置與模態振型圖，發現優化激勵位置選擇能夠進一步提高模態分離的效率和準確性。
6. 結論
本文提出的基于自動力錘與掃描式激光測振儀的MIMO模態測試技術，成功解決了高對稱性結構密集耦合模態的測試難題。通過實驗驗證，該方法能夠準確、高效地提取所有模態，為有限元驗證和結構動力學分析提供了可靠的數據支持。未來研究可進一步探索更多激勵點和響應點的優化布置，以及更復雜的結構模態測試應用。
附錄
測量原理公式：（此處可添加具體的數學公式或算法描述，如模態提取的算法原理、AutoMAC矩陣的計算方法等）
實驗數據表：（列出關鍵實驗數據，如激勵位置坐標、模態頻率、阻尼比等）
設備參數：（提供使用的自動力錘和掃描式激光測振儀的具體型號和參數）