引言

在现代工程结构分析中，准确把握结构的动力特性至关重要。VDA 视觉位移分析仪凭借非接触、大范围、高精度的优势，已广泛应用于汽车、桥梁、建筑和机械等领域。然而，单一的位移数据已经难以满足结构工程师深入分析的需求。模态分析作为识别固有频率、振型和阻尼特性的核心方法，可帮助工程师理解结构在外力激励下的响应特征，定位潜在薄弱环节，为优化设计提供依据。

对此，VDA 推出了专业的模态分析工具。该工具整合了如本科技最新的先进算法和技术，提供直观的可视化界面，实现了从数据采集到模态参数提取的一体化分析。即使是对模态分析理论并不熟悉的用户，也能轻松完成复杂的模态分析工作，大幅提升工程分析效率。

什么是模态分析

日常生活中，振动现象无处不在：高层建筑在强风中摇晃，桥梁在车辆通过时颤动，机械设备在运转时产生抖动。这些看似随机的振动背后，实际上遵循着确定的物理规律。每个结构都具有其独特的振动特性，这种特性在工程领域被称为「模态」。

模态可以理解为结构固有的「振动指纹」，它由三个关键参数构成：
固有频率：结构最容易发生振动的频率；振型：结构在特定固有频率下的变形形态；阻尼比：描述结构消散振动能量的能力。用数学语言描述，任何线性时不变系统的受迫振动响应都可以表示为：

，i = 1，2，3，…，n

其中，为结构的位移响应，为第 i 阶振型，为第 i 阶广义坐标。

模态分析正是通过实验或计算方法识别并提取这些模态参数的过程。通过模态分析，工程师可以：

1.  预测结构在各类激励下的动力响应；2.  识别潜在的共振风险；3.  优化结构设计，避免发生破坏性振动；4.  为结构健康监测提供基准数据。

VDA 模态分析现代模态分析的理想选择

传统的模态分析方法通常需要使用接触式传感器收集振动数据，如下图所示。

此类方式存在众多问题：

1.  需要安装的传感器数量较多，布设工作极其繁琐。2.  测点数量受限。如果传感器的数量不够，可能无法得到准确的结果。3.  接触式传感器的重量会影响结构本身的动力特性，造成测量误差。4.  工件大小和测量距离可能会给测量过程带来不便，难以应用于轻质或微小结构。5.  相比视觉传感器，接触式传感器的速度有限。

VDA 采用基于图像传感器的非接触式测量技术、先进的数字图像相关（DIC）技术，为模态分析带来了突破性的优势：

任意多点非接触式测量

无需安装传感器，避免了附加质量对测试结果的影响。适用于轻质、柔性或精密结构的测试，可同时监测数百乃至上千个测点，获得更完整的振动场信息。

高速高精度动态测量

采用高速相机，采样频率高达 5 万赫兹，满足高频振动分析需求，位移测量精度可达亚微米级。同步采集三维位移数据，全面掌握空间振动特性。

便捷的测试过程

测点布置简单，仅需在结构表面喷涂散斑图案，可在测试后任意选择感兴趣区域进行分析；支持实时预览，便于快速调整测试方案。

丰富的数据分析功能

自动识别结构固有频率，直观展示三维振型动画；可导出标准模态参数，支持与 CAE 软件数据交互；提供完整的频域分析工具。

灵活配置，应用广泛

通过选择不同的光学相机和镜头，可以轻松解决工件大小和测量距离的问题，无需布线，适用于从微米级精密器件到大型工程结构的模态测试。可在恶劣环境下远程测量，支持运行状态下的模态分析（OMA）。

这些优势使 VDA 视觉位移分析仪成为现代模态分析的理想选择。其不仅提高了测试效率和数据质量，更为结构动力特性研究提供了新的分析维度和可能性。

便捷的操作方式丰富的数据展示

VDA 视觉位移分析仪的模态分析功能操作简单，用户只需几次鼠标操作，即可完成整个分析过程。工具中提供了丰富的数据展示形式，可直观查看频谱图、多阶二维及三维模态图等；同时也提供了多种数据导出格式，方便用户后续使用分析结果。以下是 VDA 模态分析工具的软件操作演示：

简单点击几次，即可生成并查看模态图像；VDA 模态分析功能案例演示；下面我们通过两个实际案例，来展示 VDA 的模态分析功能。

案例一：局部固支方板的自由振动

本案例使用 VDA 非接触式测量方板在无外部激励条件下的自然振动特性。无需安装传感器，即可轻松捕捉到方板上任意位置的微小振动，极大地提升了测量的便捷性与灵活性。试验中的采样频率高达 14000 Hz，这意味着对于金属结构等高频振动模态分析场景，VDA 也能轻松、精准地捕捉到结构上任意位置的微小振动。

测量时，软件允许自由选取多个采样点，相较传统方案提供了更灵活的选择。更多的采样点数量与更广泛的分布位置也可提供更充分的测量数据，更准确地反映结构的振动特性。

试验结果表明，VDA 能够以纳米级的分辨率测量结构的模态振型和操作形变，并进行深入的分析。这也充分展示了 VDA 在精确数据采集与模态分析方面的强大能力。
局部固支方板的自由振动试验；使用 7*7 个采样点时，可分析 10 阶振型；使用 21*20 个采样点时，可清晰观测多达 15 阶振型。

案例二：振动台悬臂梁尺子试验

本案例利用 VDA 进行非接触式测量，分析振动台上悬臂梁的振动特性。与案例一（高采样频率 14000 Hz，选点为网格排布）相比，本案例的采样频率较低，仅为 400 Hz，且采样分析点为线性排布。尽管如此，模态分析后仍能清晰观测到悬臂梁的振动特性。

由此可见，无论面对低频振动的微妙变化，还是更高频率的快速振动，VDA 都能提供稳定、可靠的分析结果，确保在各种研究与应用场景下，科研人员和技术人员都能获得精准、高质量的数据支持。

振动台悬臂梁试验（采样频率 400 Hz）。

结语

VDA 视觉位移分析仪作为结构振动分析和材料形变分析领域的佼佼者，其模态分析功能已在汽车、桥梁、建筑、机械等多个领域广泛应用。通过非接触式、任意多点测量的方式，VDA 能够高效准确地获取结构的振动特性，为产品设计、故障诊断和结构优化提供有力支持。

除了模态分析，VDA 还具备其他丰富的振动分析工具和算法，助力研究人员更好地进行结构和材料研究分析。欢迎有兴趣的研究人员前来交流探讨，共同推动非接触式振动和形变分析技术在行业内的发展和应用。