什么是模态截断及其影响？

在一些文献或资料中经常会看到模态截断这个名词，可能文中会这样说：由于模态截断的原因，导致最终结果存在差异。单单做模态分析，似乎不提模态截断这个概念，那到底什么是模态截断呢？它有什么影响呢？

在讲述模态截断之前，让我们先回顾一下信号截断，这样会帮助我们理解模态截断。在3.4什么是泄漏一节中曾经对信号截断做过明确的定义。在此，我们再回顾一下，FFT分析时一次只能分析有限长度的时域信号，而实际采集的时域信号时间很长，因此需要将采样时间很长的时域信号截断成一帧一帧长度的数据块，这个截取过程叫作信号截断。所截断的这一帧数据，由于长度有限，因而所包含的信息也是有限的。如图5-51所示，将10s的时域信号按1s长度截成了10段，不考虑重叠，这就是信号截取的过程。

图5-51 信号截断(www.xing528.com)

理论上讲，结构有无穷多阶模态，但实际我们在试验测量或有限元分析时，只能得到有限阶的模态，可能都是一些低阶模态，相对而言，我们测量或分析得到的模态只是结构全部模态的一部分，这就是模态截断。进行的任何测量或分析都不可能得到结构所有的模态，所以模态截断总是存在的。通常试验模态测量或计算模态分析时，只能选择一定的频带，这个频带内的模态阶数是确定的，因此，选择的频带就相当于进行了模态截断。当然了，有的商业有限元软件进行模态分析时，是按模态阶数来提取模态的，这也是进行了模态截断。所以，不管是试验模态分析还是计算模态分析，只能获得一定数量或一定频带内的模态，而不是全部的模态，这就是模态截断的概念，相当于从结构所有模态中截取了一部分模态。

由于不管是计算模态还是试验模态，模态截断总是存在的，那到底我们凭什么来进行模态截断呢？对于计算模态而言，有一个参数即模态有效质量，要求提取到的模态有效质量占结构总质量的90%以上。对于试验模态而言，通常要求应包含结构工作状态下所激起来的模态，如在车辆行业，通常按频率进行截断（如80Hz或100Hz以内的模态）；在桥梁行业，通常要求获得桥梁前三阶模态。

由于模态截断总是存在，因此，我们需要明白的是模态截断是否会对我们想得到的结果有影响。初看起来，如果只是做模态分析，似乎看不出来有明显的影响，但是当你使用模态分析的结果去做进一步的应用时就可能会存在明显的影响。当然了，如果获得了足够多的模态，那么模态截断的影响也是可以忽略的。本节主要介绍三种应用情况。