适用版本：Testlab18.2
纯模态测试的目的即是仅激励系统的一个振动模态，因此可看成将其孤立为一个单自由度系统。其原理是基于比例粘性阻尼。数学上这即表示了阻尼矩阵可以定义为刚度矩阵和质量矩阵的线性组合。意味着所有点可同时达到它们更大的位移。这个条件的实现要求在应用激励与阻尼力间达到严格的平衡。在非阻尼固有频率下，仅存在一个单相激励向量可生成要求的单相响应。
纯模态测试的目标是确定基于可用激振器的力模式，用它去激励结构，然后测量在此条件下结构的响应。
用于定位这个模式的方法是基于单自由度特性，即：
频率响应的幅值更大；
频率响应的虚部更大；
频率响应的实部为零；
响应滞后输入90度。
在进行纯模态试验前更好先进行传统的模态试验或步进正弦测试，以对结构的的振型及模态频率有一大概预估，通过FRF测试来对最初的激励方式进行估计。在纯模态测试中有三个主要的步骤：
选择模态，确定初始应用的激励方式；
应用初始激励，测量响应并重复此过程以调节到纯模态；
激励目标模态并测量结构响应。
MIMO纯模态测试工作表设计为在某确定模态影响下测试对象单自由度特性，最后提供了通过多激振器正弦激励侦测、调谐和测量真实纯模态。
模态的侦测要求识别其共振频率。通过传统模态测试或步进正弦测试可获得不同激励位置的共振频率和恰当的激振器条件。
调谐过程包括在共振频率处推导及识别正确的激励模式(exciter pattern),这种激励模式由在不同激励位置处的源电压的幅值和相位表征。
应用激励模式的合理性可通过图表进行评估，如里萨如图、散点图以及动画结构显示中的变形形式。
一旦正确的激励模式实现后，调谐的模态响应实物测量即可产生，模态的通用参数可以用复功率法或力积分法获得。
打开纯模态测试模块，有两种方法：
点击开始，选择程序中的Simcenter Test.Lab进入Test.Lab Structures Acquisition选择MIMO Normal Modes Testing；
双击桌面Test.Lab快捷方式，双击进入Test.Lab Structures Acquisition文件夹，双击MIMO Normal Modes Testing。
纯模态Normal Modes Testing的工作界面包括：
首先进行测量通道设置。将界面转至通道设置界面Channel Setup，如图8-1所示。至少定义两个参考通道，两个控制通道，控制通道的测试量必须为力信号或电流信号。
图10-1 Channel Setup界面
在通道设置中，标签含义如下所示：
OnOff：勾选标签，则选取该测试通道，最少需定义一个测试通道；
Reference：勾选标签，定义该通道为参考通道，力输入为参考通道；
Channe lGroup Id：定义传感器测量类型；
Point：定义测点名称(也可对应几何模型上节点名，见前述相关介绍)；
Direction：设置测点所测振动的方向；
InputMode：设置传感器类型；
Measured Quantity：定义测量的量(加速度、力、位移等)；
Electrical Unit：定义输入量的单位，通常为mV；
Actual Sensitivity：传感器的灵敏度；
Range EU：工程单位量程；
Range：电压量程。
纯模态试验参数设置
(Normal Modes Setup)
进入Normal Modes Setup进行纯模态试验参数设置，设置界面如图 10-2所示，
图10-2 Normal Modes Setup界面
Normal Modes Setup参数设置界面分为四个区域：
Channel Parameters区，设置通道参数；
Source Parameters区，设置输出源参数；
Target Mode区，设置驱动谱；
右侧参数设置区，设置纯模态测试参数。
通道参数包括以下两个选项：
Enable Up. Abort：勾选此选项后即可在Up. Abort Value选项中定义该通道信号的中断上限；
Time Data：勾选此项后，则可测量该通道的时间信号。可选项为Enable Up. Abort和Time Data，若选第一项，则当控制或测量信号值超过设定值时，系统中断测试。选取第二项时则在测试中记录时域信号，对纯模态测试，则必须测量控制通道的时域信号。
通道参数区的选项如下：
ON/OFF：打开激励源通道；
Signal Type：有Drive和COLA两个选项。选择Drive，则该通道为驱动源。选择COLA，则该通道作为参考信号。当进行多前端测试时，为保证激励信号的同步性而设置，利用COLA中选取的通道对另一前端的输出进行控制，以使另一前端的输出与该通道同步；
Max. level：信号源可输出更大电压；
Level：选择COLA时，通过此选项控制参考信号的输出电压；
Startup ampl.：信号源开始发出信号源时的电压
Startup phase：信号源开始发出信号源时的相
Control Channels：输出源对应的控制通道。
目标参数含义如下：
Master control：定义主控制通道；
Master response：定义主响应通道；
Frequency：定义开始调谐的中心频率(在已做模态分析的基础上，针对所关心的共振频率)；
Damping：定义结构阻尼，该值需在开始纯模态前提供，必须为大于0的值，可在传统模态分析中确定；
Master ctrl target level：定义主控制通道的目标级(激励力的大小)。
以上参数可通过单击Define按钮打开对话框进行设置。单击Define按钮后打开参数定义对话框，可进行如下设置：
Source FRF data 导入FRF数据
首先为计算激振力之间的比，需先导入一通过宽带模态分析得出的FRF，通过此来确定激振器位置的力比值。
Exciter Pattern 激励参数设置
Method：三种方法(Asher，MMIF，IMIF)；
Data reduction：对应不同的方法有几种不同的选项，意义如下解释：如果激励数大于活动的模态，那么用于确定模态指标函数的FRF矩阵是非满秩的，特征值问题的解可能错误而导致不正确的估计。当计算MMIF函数时，这可以通过数据缩减(data reduction)过程而不是删除激励来解决。实质上，真实参考数可缩减至“虚拟”参考数，从而达到与主动模态数匹配。MMIF计算可以被执行，通过一个逆转换到物理参考；
Threshold：如果怀疑数据有噪声，那么可以输入一个比值，当一个特征值与第一个特征值相比小于该值时，这个小特征值将被忽略；
Master control：定义主控制通道，为激振器位置(该激振器位置一定要距要激起的模态振型节点较远)；
Master response：定义主响应通道，通常选为激振器位置对应测点的响应通道；
Frequency：定义频率值，该值即为你想通过纯模态测试所激起的固有频率(接近该值，可通过前面进行的模态测试确定)；
Damping：输入一个阻尼值，可大概估计，也可通过前面模态分析得到，此值不需精确；
Master ctrl target level：定义主控制力的一个目标值；MIF selection：用于判定重根模态，与模态分析中的类似。
单击Apply后，在激励Ratio列表中会显示由选定不同方法计算出的激励比。其中主控制通道为1，另一激励为计算得出的相对于主控制通道的比值。
Control 控制
Amplitude perturbation：用来定义幅值的波动，为了测量系统FRF矩阵，当幅值波动大于该值时断开激励源，该FRF矩阵将被用于定义下一个驱动级；
Phase perturbation：定义了用于测量系统FRF矩阵的相位波动。
Tuning number of periods：每一阶频率调谐的周期数。当手动或自动调谐时，降低数值反映时间将变快，但是精度会变差；
Measurement number of periods：每一阶频率测量的周期数，为了提高精度，此数值可以比Tuning number of periods数值大；
Transient delay time：当扫频时，不同频率间变换时的间隔时间，为了使上一阶频率的影响稳定下来。
Target inv. MIF：定义IMIF值，理想状态下应为1，这里是定义一个IMIF的下限值，当IMIF值大于该值时，模态被认为调谐了。可定义一个0.95左右的值；
Inv. MIF method：包括两种选择，IMIF和TQI方法，该值也是为了验证是否调谐到了合适的模态，IMIF和TQI的值均为1，国内常用TQI法；
Phase tolerance：用来定义相位容差，理论上主激励与主响应间的相位差应为90度，但实际较难达到，故设一容差，只要在此范围内即认为达到共振；
Phase reference ch.：相位参考通道；
Step factor：这个参数定义在调谐过程中的初始频率步长，初始频率步不能太大，否则扫频可能会直接达到临近的下一个固有频率。也不能太小，否则有可能使频率达不到固有频率处。频率步计算公示为，频率步=2×估计的阻尼×初始频率/步长因子；
Adapt excitation ratio：有三个选项，Yes表示自动接受激励量比，No表示不接受，选Upon confirmation 时，则弹出对话框，由用户确定；
Initial target for force control：选择为力控制初始化目标；
Local groups：定义自由度。
点击Define按钮，弹出DOF Groups对话框。在Groups中可以通过Name定义组名称，通过On/Off定义是否显示改组，通过Tune选择是否调谐改组自由度。
在Available DOF’s/Selected选择DOF Groups的成员。
Startup time：测试起始时间；
Shutdown time：测试终止时间。
Throughput for Exponential Decay 时间信号保存
Activate recording：记录时域信号。
Advanced 高级选项(包含四个标签：Control，Acquisition，Safety和Thoughput)
Control strategy：控制策略，有Amplitude(幅值控制)和AmplitudePhase(幅值相位控制)两个选项；
Criterion type：当系统频响矩阵过定时，矩阵无法求逆，但是可以得到奇异值。判定奇异值的标准可以在这个对话框中选择，有Relative和Number两个选项；
Relative：所有奇点互相做比较，如果小于设定的Relative值，则不保留该奇异值；
Number：勾选此选项，则保留选定的奇异值；
Override maximum drive variation in one control cycle：一个控制循环中更大驱动变化量。如果勾选此选项，手动调谐时，Maximum drive update ratio in one control cycle则不能使用。当调用external tuning device时，此参数则默认选中；
Apply drive level change in one step：每步长驱动电压修正。勾选此选项，Maximum amplitude variation in one step(每步长更大幅值变化)选项则不能使用。当调用external tuning device时，此参数则默认选中；
Apply new amplitude and phase on user ’Accept’：勾选此选项时，应用新设定的幅值和相位时需要点击accept按钮；
Step size amplitude：手动调谐模式时每次幅值变化量，只有当external tuning de-vice没有添加时可以使用；
Step size phase：手动调谐模式时每次相位变化量，只有当external tuning device没有添加时可以使用；
Use external automatic tuning：使用自定义自动调谐。可以通过用户自定义的方式进行调谐，此选项需要通过Simcenter提供Test.Lab的接口信息。
Acquisition标签参数含义如下：
Tuning number of averages：此参数定义线性平均次数。与tuning number of periods相同，数值越小，反映速度越快，但是精度越差；
Measurement number of averages：为了提高精度，可以提高该数值。该值可以比Tuning number of averages值大。
Safety标签参数含义如下：
Control channel overload： 控制通道过载时， 可以中断测试(Abort)，忽略过载(Ignore)或者增大量程(Increase range)；
Measurement channel overload：测量通道过载时，可以中断测试(Abort)，忽略过载(Ignore)或者增大量程(Increase range)；
Maximum drive update ratio in one control cycle：定义一个控制循环内驱动更新的最大百分比；
Maximum amplitude variation in one step：定义一个步长内幅值变化的更大值；
Delay between two STEPS：定义两个步长的间隔时间。
Throughput标签参数含义如下：
如果勾选Activate recording，会保存时间数据。但是通道较多时，会影响速度，建议不要启用该选项。
纯模态测量
(Normal Modes Measure)
自动调谐方法为，频率通过迭代方法逐渐逼近。每迭代一次，执行一个控制循环，更新一次目标控制级，如此继续直到满足调谐条件为止。判定标准是：
-
目标IMIF值达到设定要求；
-
在主响应和主控制间的相位差达到要求。
操作方法为：
Start tuning：按下些按钮，自动调谐开始进行，直到满足调谐条件或频率变化小于0.0001Hz时；
Manual tuning：按下该按钮，则进行手动调节，此时会弹出一对话框，手动对此进行设置。
在进行调谐的过程中可同步观测左侧窗口中的散点图，里萨如图，结构实部和虚部振型图。当调谐到纯模态频率时，完成调谐过程。单击Gen. Parameters按钮，打开模态参数计算对话框进行模态参数计算。
计算模态质量和模态阻尼的方法有3种：
Complex Power：复功率法；
Automatic Force Quadrature：力正交法；
Exponential Decay：对数衰减法。
单击Gen. Parameters按钮打开如图 10-3所示对话框。
复功率法界面参数意义和操作步骤如下：
1.在点击Generalized Parameters前，将模态调谐；
2.选择Complex Power；
3.定义中心调谐频率(Center frequency)，扫描将在此频率附近进行；
4.定义频率步长(Frequency step)，扫描范围(Sweep range)和线数(Number of lines)中的两个。三者关系为
图8-3 复功率法界面
扫描范围从(中心频率−扫描范围)到(中心频率+扫描范围)。
如果使用建议值，可以给定阻尼值α，系统可以通过计算给出一个建议值，计算公示为
其中，中心频率fcenter处的响应为fmax和fmin的
倍。
5.勾选Use force control(仅用于复功率法)。在扫描过程中，执行力控制环以确保一个恒力。也可以选择不进行力控制以加快扫描。但这种情况下，结果可能不正确；
6.设置初始化时所需延迟时间(Initial transient delay time)；
7.点击Start Sweep开始测试；
8.测试完成后，列出所有可用的响应自由度(Unity displacement response)，选取一个作为结果的规一化标准(振型规一化)以计算模态参数；
9.点击Save保存阻尼比(Damping ratio)和广义质量(Generalized mass)。
单击Gen. Parameters按钮打开如图 10-4所示对话框。
图 10-4 力正交法界面
力正交法界面参数意义和操作步骤如下：
1. 将模态调谐，点击Generalized Parameters；
2. 选择力正交法Automatic Force Quadrature；
3. 选择中心频率(Center frequency)；
4. 输入阻尼值α；
5. 输入正交力系数λ，典型的λ范围为[−0.3, 0.3]，λ的计算公式为
6.如果使用系统建议值，可以点击Suggest Values，计算扫描范围，系统建议值的算法为
Sweep range = α × fcenter
7.输入Number of lines；
8.选择自动Range或表格Tabulated对不同点的λ进行定义；
9.输入Phase tolerance，用于设置在主激励和主响应间的的相位容差；
10.点击Start Sweep开始测试；
11.测试完成后，列出所有可用的响应自由度(Unity displacement response)，选取一个作为结果的规一化标准(振型规一化)以计算模态参数；
12.点击Save保存阻尼比(Damping ratio)和广义质量(Generalized mass)。
单击Gen. Parameters按钮打开如图 10-5所示对话框。
图10-5 对数衰减法界面
对数衰减法的界面比较简单，只需要按照顺序测量计算即可。
测量完毕后，可以进入Validate界面对测试结果进行验证。在数据验证界面，可以做如下工作：
检验是否有遗漏的测点；
检验是否有过载的测点；
查看实验的频响函数，自谱，互谱和相干函数。