1. 项目背景与需求
核电站环形起重机主要是用于核电站核岛内部的建设和维修过程中，对重物进行吊装。这种起重机通过环形轨道绕核岛环行，可以方便地到达核岛各个位置进行装卸作业，提高工作效率，保证施工安全。本项目对CAP1400型核岛环形起重机的桥架进行模态测试，分析其前3阶的模态频率、阵型以及阻尼参数。为有限元仿真结果比对校核与修正提供可靠的测试分析结果。下图为本次模态试验的测试对象现场照片：
图1 测试对象现场照片
2. 项目难点分析
2.1 激励困难
本次测试的起重机自重达到200余吨，跨径超过40米，起重负载超过300吨。面对如此的庞然大物，常规的激振器和力锤已经无法激励出来结构的特征频率。因此，如何有效的激励起被测结构的特征频率是模态测试的关键一步。
2.2 模态参数识别困难
起重机属于大型低频结构，响应信号微弱，结构的频率非常低且密集。因此，如何采集到微弱的响应信号是模态参数识别的基础。频率低且密集，对模态算法要求很高，如何识别密集模态也是本次测试能否成功的关键。
3. 难点解决方案
3.1 高聚能弹性力锤有效激励
对于本次测试，激励方法采用的是力锤激励，选用的是型号是INV9314大型力棒，测力范围达到100kN，特殊构造，含有先进的弹性聚能装置，能有效增强激励力和延长激励时间，使激励能量集中于低频段，提高脉冲激励响应的频响函数分析精度，尤其适合大型低频结构的激励。
3.2 高信噪比测点位置选择
本次测试的起重机结构复杂，测点选择的合理与否直接关系到模态振型结果的准确性，针对结构特点，最终确认将测点布置在桥架上，测试桥架垂向振动响应，这些点位的激励响应信号具有较好的信噪比，为后续模态参数识别提供了高质量的数据。本次测试一共选择50个测点。测点布置如图1所示：
图2 测点布置图
3.3 高动态范围低噪声数据采集系统与先进的模态参数识算法
响应信号微弱，受外界干扰影响很大。因此，除了选择信噪比较好的测量点位之外，对测量系统选用灵敏度较高的振动传感器及较高AD位数的数据采集仪，另外在采集数据的时候设备停机，免人为活动对采集信号的干扰。采用多点激励，多点响应的测试方法，从数据采集阶段可有效的防止模态频率丢失。
模态参数识别使用的是DASP MAS模态软件，该软件含有多种模态分析方法——包含PolyIIR、REA、PolyLSCF、纯模态算法、自动模态等。支持MIMO模态识别算法，能完整的识别出结构的模态，对于密集和对称结构的模态具有良好的识别能力。在模态拟合时，使用多种模态分析相互校验的方法，确保分析结果的准确性。
4. 使用的仪器系统
INV306T网络分布式采集仪
INV9314型力棒
INV9828加速度传感器
DASP MAS模态软件
测试系统连接图如图3所示
图3 测试系统框图
5. 测试结果
通过对 CAP1400 环行起重机桥架测试时，测得了其前3 阶模态参数，测试分析振型结果如图4-6所示。
图4 实测数据1阶振型图
图5 实测数据2阶振型图
图6 实测数据3阶振型图
统计测试结果如表1所示，与仿真频率对比结果如表2所示。
表1 模态测试结果
CAP1400理论仿真结果和实测结果比较如表2所示。
表2 CAP1400模态测试/仿真对比
