重力和结构方向对模态测试的影响
重力对频率测试有什么影响？测试结构的方向有影响吗？
这有一些事情需要讨论。
一些不同的方面与这有关，需要讨论。当进行模态测试时，一些不同的方面可能有影响，我们需要讨论这些方面。
通常，从理论上讲，大多数情况下重力对频率和模态振型没有影响。这是因为我们所写出的系统运动方程是处于静平衡状态的，因此，重力没有影响（但稍后我将讨论现实情况，此时重力是有影响的）。
让我们考虑所图1所示的简单梁结构。当我们建立这个梁的有限元模型时，如果我考虑结构的横截面方向相对重力方向如图1右上角和右下角所示，此时重力结构的频率没有任何影响。两种情况下计算出来的频率相同，因为不用考虑重力，此时我们假设结构处于静平衡状态。此时，结构本质上没有因重力作用发生明显的变形（至少当我们建立有限元模型时，是这样假设的）。
图1 梁模态测试示意图
对于上段中的最后所说的情况，需要一些额外的考虑项。图2显示了一些梁的不同状态，我们讨论这些不同的状态的梁。讨论的第一种情况如图2中间所示的状态。此时假设横截面方向沿梁的中性轴方向，梁没有变形。这种情况下，相对重力方向，梁的方向真的没有影响。测试的频率将不受梁的方向的影响。
现在，让我们考虑图2中顶部的梁。在这个例子中，梁受轴向载荷的作用而发生向上弯曲变形。此状态对梁的刚度有影响。刚度增加。因为梁是向上弯曲，这一点的确成立。拱形梁的刚度要大于平直梁的刚度。考虑任何跨度的梁，主梁总是有轻微的拱形状，这是因为拱形梁的刚度大。因此，如果梁受到压迫的预载荷作用，那么将产生向上弯曲变形，此时拱形状态下的梁的刚度要大于名义上没有变形的梁的刚度。
图2 处于不同状态的梁
考虑图2中底部所示的梁，此时梁受重力载荷的影响而发生变形。受重力而发生变形，将对刚度有影响，特别是对于轻质结构，如风机叶片，影响更明显。如果将梁旋转，刚度更大的截面承受重力载荷，那么变形将变得更小，重力的影响也将最小。
因此，理论上讲，重力载荷不会产生任何影响，因为假设变形是很小的，重力影响不明显。但如果由于结构弹性特征而发生的静变形很显著，那么此时假设就不合理了。此时，梁的方向会产生显著的影响。
因此，这可能是变成一个关注点。对于大型风机叶片而言，结构非常柔韧，叶片横截面的方向（挥舞和摆振）将对叶片有效刚度产生显著的影响，因为叶片的方向与重力有关。
图3展示了两种配置的风机叶片，两者对与重力有关的叶片方向都敏感。叶片受与重力相关的横截面方向影响明显，导致固有频率受方向的影响。观察叶片，可以发现两个方向明显不同。相比刚度更大的摆振方向，挥舞方向（弱轴）更易受自重的影响。
图3 9米长风机叶片测试
还有另一个因素经常被忽略。自重载荷会引起结构变形，但是自重变形可能产生一些显著的载荷作用在一些内部元素上，这些载荷可能会使翼桥和加强型的内部结构发生大变形，从而导致变形成另一种状态，此时明显不同于设计图纸上的名义尺寸。这些变形本质上引起内部加强结构的刚度明显不同于设计图纸上的名义值。这非常类似于图2中施加了预载荷的顶部梁结构，它的刚度明显大于名义值。
图4中所示的加强筋型翼板是个非常不错的例子。这个例子中横截面可能需要重点关注。图右边的展示了一种简单的翼型结构，左翼（蓝色）本质上没有因重力而变形，但是右翼（红色）却因重力有显著的变形。对于这个簿的，脆弱的面板结构（红色），自重或者结构载荷可能导致内部加强筋面板弯曲，这些载荷可能引起的显著变形将导致几何尺寸将不再与CAD图纸上的名义尺寸相同。当考虑重力载荷时，这些内部加强筋结构可能对测试结构的方向非常敏感。
因此，通常我们不考虑重力影响，除非这些影响会引起显著的变形，并且严重改变了结构的几何形状。
我希望这些有助于说明你提出的问题。
