稳态图

稳态图是区分物理(结构)极点与数学极点的主要工具。它在递增的模型阶次上绘制识别出的极点,让分析人员观察哪些极点在模型复杂度增长时保持稳定。

读图

横轴表示频率(Hz),纵轴表示模型阶次。每个极点显示为一个字母标记,其颜色与符号表明其稳定性分类:

频率 (Hz) 模型阶次 100 200 300 400 500 4 8 12 16 20 24 28 o o f f s s s o f s s s s s o o f s s s o f f s s s s o o o o o o o s = 稳定 f = 频率稳定 o = 不稳定 --- = FRF 求和

极点标记

标记颜色标签含义
s绿色稳定频率和阻尼在连续模型阶次间均稳定。这是物理模态最强的指标。
f蓝色频率稳定频率稳定但阻尼变化。可能表示阻尼不确定的物理模态,或分析频带边缘的模态。
o红色不稳定频率和阻尼均不稳定。很可能是数学极点——通常忽略。
v琥珀色已选中被用户(或 Auto AI)选定纳入最终模态模型的极点。

稳定性判据

相对于阶次 n-2,阶次 n 处的极点满足以下条件时被分类为稳定:

判据默认容差说明
频率稳定性1.0%|fn - fn-2| / fn < 容差
阻尼稳定性5.0%|ζn - ζn-2| / ζn < 容差
MAC 稳定性0.95阶次 n 与 n-2 振型之间的 MAC > 阈值
提示:物理极点会形成绿色 "s" 标记的竖直列。数学极点则显得零散,不会跨模型阶次持续存在。
稳定性判据说明 阶次 N-1 阶次 N 标记 分类 (无匹配) 比较 o o 红色 新增 / 不稳定 N-1 处无匹配极点 很可能是数学极点 245.2 Hz 3.1% 频率 <1% 阻尼 >5% 245.8 Hz 5.4% f 蓝色 频率稳定 频率匹配在 1% 以内 阻尼相差 >5% 245.2 Hz 3.1% 频率 <1% 阻尼 <5% 245.5 Hz 3.0% s 绿色 稳定 频率与阻尼均匹配 物理模态的有力指标

背景叠加

稳态图可显示背景曲线以辅助识别共振位置:

FRF 求和

累加的 FRF 幅值显示为极点标记后方的灰色填充曲线。FRF 求和中的峰对应预期的共振位置。稳定的极点列应与这些峰对齐。

CMIF(复模态指示函数)

CMIF 由每条频率线上 FRF 矩阵的奇异值分解(SVD)计算得出:

[H(ω)] = [U] [Σ] [V]H

奇异值 σ1(ω)、σ2(ω)、... 绘制为独立的曲线。每条奇异值曲线中的峰指示一个模态。多条奇异值曲线有助于识别密集或重根模态,它们在不同奇异值曲线中会在同一频率处呈现为峰。

叠加切换何时使用
FRF 求和工具栏:求和默认视图;快速识别共振。
CMIF工具栏:CMIF密集模态;重根;MIMO 数据。
无工具栏:关闭仅显示极点标记的清爽视图。

交互功能

选择极点

操作方式效果
选择单个极点双击极点标记该极点变为琥珀色("v")并加入选定模态表。
取消选择极点双击已选中(琥珀色)的极点该极点恢复为其稳定性颜色并从选定模态中移除。
选择某频率处所有稳定极点右键单击某极点 > 选择此频率处所有稳定极点同一频率列中所有绿色 "s" 极点被选中,并采用其中最佳者(阶次最高、阻尼变化最小)。

右键上下文菜单

菜单项说明
选择所有稳定极点在整张图上自动选择每个共振频率处的最佳稳定极点。
选择范围内所有稳定极点同上,但限于当前频率光标范围内。
清除所有选择移除所有极点选择并重置选定模态表。
设置频率范围交互式地限制可见与分析频率范围。
添加光标放置一条竖直频率光标以供参考。
导出图形将稳态图保存为 PNG 图像。

频率光标

光标是可放置在图上的竖直线,用于参考或定义频率子范围:

缩放与导航

解读图形

物理模态指标

数学极点指标

重要:密集模态在 FRF 求和中可能表现为单个宽峰,但在稳态图上呈现为两个独立的列。对于多模态区域,务必检查 CMIF 叠加。

图形设置

设置默认值说明
最大阻尼显示10%阻尼高于此值的极点将被隐藏(很可能是数学极点)。
最小阻尼显示0.0%阻尼为负且低于此值的极点将被隐藏。
标记大小中极点标记的大小(小 / 中 / 大)。
背景不透明度30%FRF 求和 / CMIF 背景叠加的不透明度。

故障排查

问题可能原因解决方案
图形为空模型阶次范围过低,或频率范围排除了所有数据。提高最大模型阶次。加宽频率范围。
处处无稳定极点FRF 数据质量差或 FRF 估计器不正确。返回第 2 步检查相干性。尝试不同的 FRF 估计器(H1 与 H2)。
稳定极点过多(杂乱)模型阶次范围过宽或稳定性容差过松。收紧频率和阻尼稳定性判据。降低最大模型阶次。
稳定列随模型阶次移动密集模态或非线性行为。收窄频率范围以隔离该区域。检查非线性(幅值相关的频移)。

工作流程

  1. 运行分析算法以填充稳态图。
  2. 启用 FRF 求和或 CMIF 叠加以供参考。
  3. 识别与共振峰对齐的绿色 "s" 标记竖直列。
  4. 双击选择极点,或使用选择所有稳定极点作为起始选择。
  5. 在模态选择表中审阅选定的模态。
  6. 进入验证以核实提取的模态参数。

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