模态究竟是什么?

模态究竟是什么?

从本科时候接触频率于振型这个概念以来,就没有和他脱离过干系,现在还和他朝夕相伴,而对她的理解则是从无到有再到无,现在则处于一种惑的状态.
在初学结构力学的时候,接触到她,感觉她就是一个很高深的东西,藏身于结构,神龙见首不见尾,不光在教科书中对他有大量的介绍,而且每次考试老师总会出几道题来考考我们,那时候的我,根本就没有对他进行深入的了解,只是机械的记住了如何计算他,如何应付考试.等到了研究生,接触了结构动力学,他出现的几率就大大增加了,在几本经典的结构动力学教材中,有大篇幅的介绍,感觉到既然有了大篇幅的介绍,肯定有其重要的意义.需要将他进行深入的了解.从物理上来讲,他是结构的固有特性,反应结构的本质属性,而从数学上来讲,他则是特征方程的根,即可得到频率与振型,这里面不包括阻尼.
而现在,对于模态的理解,还是不能抓住其要领,模态究竟是什么?有很多人问我这个问题,我也在自问,这究竟是什么,我们要他能干什么?在一次模态学术会议上,针对此问题,张令弥老先生也对此作了解释,但还是没有真正的掌握他.一个结构,一个系统,他会有很多自振频率,这反应结构的特性,相对应他也有很多振型,振型是什么那?我自己的理解,就是结构在荷载作用下,最容易发生的变形,前提是在荷载的频率成分中包含这阶频率成分,因为只有和他的频率相同,才能发生共振,只有共振,才能使他在众多的频率中凸显出来.他与什么量有关那?刚开始的理解是,他只与结构的自身有关系,与外界是不搭界的.但后来发现他不仅与自身有关系,而且与边界条件有关系,但这个边界条件如何去理解那?这就要看你分析的对象了,比如一个杆,你要做他的模态,把他看成一个系统,那就不能对他进行约束,做出来就只与他自身有关.而当你对他进行约束以后,他就不是一个杆了,比如一端固定,一端自由,他就是一个悬臂结构,他又变成了另一个体系,所以我想,我们在分析影响他的因素的时候,不能考虑边界条件,这里‘他’很关键,他是一个杆,就是纯粹的一个杆,如果你给他增加了其他的约束,他则不再是一个杆,而成了另一个系统.所以结构的模态就是跟他自身有关系.在这里还有一个问题,就是与外界条件（载荷等）的关系问题,正如我题目所列的,operational modal analysis,这是现在很多的一个提法,也是国际上讨论的比较热的一个概念,他究竟是如何的一个概念那,在我的印象中,他就是考虑了工作的情况,这是对一个问题的细化,提法是对的,但从总的来讲,结构的模态只跟结构自身有关系,其他都是没有关系的,为什么我们要提出这个operational modal ,这归根到底还是结构本身发生了变化,而不是模态与其他的量发生的关系.
通过近期对广州塔在地震作用下结构的加速度响应数据进行分析发现,结构不管在荷载荷载作用下,除非结构自身发生了变化,不然在任何情况下,他的模态就是不变的.为什么会有分析中出现模态发生变化那,主要是由于在外界荷载作用下,结构本身或者是边界条件发生了变化,因此引起了结构模态的变化.对于结构健康监测来讲,假如你做的模态发生了变化,那就应该去找结构是否真的出现了问题,而不应该把此问题归结到荷载发生了变化.在分析中,也会出现一些模态不能被激发的现象,我们不能说是结构的特性变了,而只能说明我们的激励没有将该阶频率激发出来.