Модальные испытания — это форма вибрационных испытаний объекта, при которой определяются собственные (модальные) частоты, модальные массы, модальные коэффициенты затухания и формы колебаний испытуемого объекта.
Модальный тест состоит из фазы сбора данных и фазы анализа. Полный процесс часто называют модальным анализом или экспериментальным модальным анализом.
Существует несколько способов проведения модальных испытаний, но испытания с помощью ударного молотка и вибростенда (вибротестера) являются обычными. В обоих случаях энергия подается в систему с известным частотным содержанием. Там, где возникают структурные резонансы, будет происходить усиление отклика, четко видимое в спектрах отклика. Используя спектры отклика и спектры силы, можно получить передаточную функцию . Передаточная функция (или функция частотного отклика (FRF)) часто подгоняется под кривую для оценки модальных параметров; однако существует много методов оценки модальных параметров , и это является темой многих исследований.
Идеальным воздействием на конструкцию является идеальный импульс, имеющий бесконечно малую продолжительность, вызывающий постоянную амплитуду в частотной области; это привело бы к тому, что все моды вибрации возбуждались бы с одинаковой энергией. Испытание ударным молотком предназначено для воспроизведения этого; однако в действительности удар молотка не может длиться бесконечно малой продолжительностью, но имеет известное время контакта. Продолжительность времени контакта напрямую влияет на частотный состав силы , причем большее время контакта приводит к меньшему диапазону полосы пропускания. К концу молотка прикреплен тензодатчик для регистрации силы. Испытание ударным молотком идеально подходит для небольших легких конструкций. Однако по мере увеличения размера конструкции могут возникнуть проблемы из-за плохого соотношения сигнал/шум , что часто встречается на крупных гражданских инженерных сооружениях.
Встряхиватель — это устройство, которое возбуждает объект или структуру в соответствии с его усиленным входным сигналом. Для модального тестирования доступно несколько входных сигналов, но наиболее часто используемыми являются синусоидальная развертка и профили вибрации случайной частоты.
Небольшие объекты или конструкции могут быть прикреплены непосредственно к вибростенду . В некоторых типах вибростендов якорь часто прикрепляется к корпусу для испытания с помощью струны пианино (тяговое усилие) или жала (толкающее усилие). Когда сигнал передается через струну пианино или жало, объект реагирует так же, как при ударном испытании, ослабляя некоторые и усиливая определенные частоты. Эти частоты измеряются как модальные частоты. Обычно между вибростендом и конструкцией помещают тензодатчик, чтобы получить возбуждающую силу.
Для крупных гражданских сооружений используются гораздо более крупные вибростенды, которые могут иметь массу 100 кг и более и способны прилагать силу во многие сотни ньютонов . Распространены несколько типов вибростендов: вращающиеся вибростенды, электродинамические вибростенды и электрогидравлические вибростенды. Для вращающихся вибростендов силу можно рассчитать, зная массу и скорость вращения, в то время как для электродинамических вибростендов силу можно получить с помощью тензодатчика или акселерометра, размещенного на движущейся массе вибростенда. Вибростенды имеют преимущество перед ударным молотом, поскольку они могут подавать больше энергии в конструкцию в течение более длительного периода времени. Однако также могут возникнуть проблемы; вибростенды могут влиять на динамические свойства конструкции, а также могут увеличивать сложность анализа из-за ошибок оконного распределения .