找到起重机的固有频率，模态分析该怎么避开振动隐患

结构振动，有个容易被忽视的规律：每台起重机的主梁，都有自己“天生的”振动频率——固有频率。平时没事，可一旦电机的激励频率撞上它，振动就会被急剧放大，这就是共振。

共振不是小问题，它能把轻微的振动放大成剧烈的晃动，加速结构疲劳、损坏设备。

模态分析，就是提前找到固有频率，判断会不会共振、怎么避开。下面讲清它的逻辑。

固有频率是什么：结构的“天生振动频率”

固有频率，是结构固有的振动特性。

任何结构，受到扰动后都会以一定的频率振动，这个频率就是固有频率。它由结构的质量分布和刚度决定，是结构“天生的”，GB/T 3811-2008《起重机设计规范》对结构动力学特性有要求。

起重机主梁的固有频率，取决于主梁的跨度、截面、自重。跨度越大、刚度越低，固有频率越低。

固有频率不是一个，而是一组——一阶、二阶、三阶，对应不同的振型（振动形态）。最低的一阶固有频率最重要。

共振是怎么回事：激励频率撞上固有频率

共振，是激励频率和固有频率重合。

起重机运行时，电机、齿轮、机构的转动，会产生周期性的激励，这些激励有一定的频率。

当激励频率接近固有频率，结构就会共振——振动被急剧放大。共振时，哪怕激励力很小，振动响应也很大。

共振的危害，是放大振动、加速疲劳。主梁在共振下剧烈晃动，结构应力放大，长期下来疲劳损伤，甚至损坏。

所以避开共振，是结构动力学设计的关键。克鲁德重工在设计中做模态分析，避免激励频率落在固有频率附近。

模态分析怎么找固有频率：计算加实测

找固有频率，有两种方法。

计算，是用有限元分析算主梁的固有频率和振型。建立主梁的有限元模型，做模态分析，算出各阶固有频率和振型。

实测，是用模态测试测真实结构的固有频率。给结构一个激励，测它的振动响应，从响应里识别出固有频率。

计算和实测结合，固有频率才测得准。克鲁德重工用有限元算固有频率，关键设备再做模态测试复核。

怎么避开共振：错开频率

避开共振，核心是错开激励频率和固有频率。

改激励频率，是调整电机转速、机构参数，让激励频率远离固有频率。比如避开某个转速区间，避免激励频率落在共振区。

改固有频率，是调整结构，让固有频率远离激励频率。比如加刚度、改变截面，把固有频率抬高。

两个方向都能错开共振。克鲁德重工按工况，GB/T 5905《起重机试验规范》对振动试验有规定。

模态分析最常见的错误

第一个错误，不做模态分析。结构设计不做模态分析，激励频率撞上固有频率都不知道，共振了才排查。模态分析要进设计。

第二个错误，只算一阶不管高阶。一阶固有频率最重要，但高阶也可能被激励到。各阶固有频率都要算。

第三个错误，算完不复核。有限元算的固有频率，和真实结构有偏差，不算复核，算偏了不知道。克鲁德重工关键设备算完做实测复核。

模态分析要素对照

模态分析相关标准条款速查

关于模态分析的常见问题

模态分析服务于减振降噪，可以对照《起重机的异响和振动到底从哪来，减振降噪该怎么治理》里的振动治理。

找到固有频率，才能避开共振。克鲁德重工用有限元算、模态测试复核，把激励频率和固有频率错开，让主梁的振动隐患在设计阶段就被掐掉。