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锤击法试验模态分析系统由激励力锤、电荷放大器、数据信号采集系统及模态分析系统组成。平面弹性管束的模态测试试验原理如图1-14所示，通过带有力传感器的力锤敲击平面管束不同测试点，实现结构的宽频激励，激励信号通过电荷放大器后由数据信号采集系统记录。同时，通过响应点的加速度传感器采集平面弹性管束的响应信号，并通过系统记录，从而完成激励信号及结构响应信号的滤波、放大以及A/D（模/数）转换。
图1-14 平面弹性管束的模态测试试验原理
由于平面弹性管束的质量和体积都比较小，因此在锤击法试验测试中，采用加速度传感器采集管束的响应信号。考虑到传感器的布局及数量，采用多点依次激励，单点响应的方式，即把加速度传感器安装在平面管束的某一个固定测试点（即响应点）上，依次对每个测试点进行敲击激励，得到激励点和响应点之间的频响函数，从而进行模态分析。
在本次试验中，激励力锤的锤头使用不锈钢锤头，锤头采用PCB力传感器，电荷放大器采用ONOSOKKI（小野）的型号，自由端响应采用加速度传感器PCB-W352C65，数据信号采集及模态分析系统采用Coinv-DASP-MAS。
图1-15所示为平面弹性管束模态测试现场，取最上排平面管束作为研究对象，管束的入水口和出水口固定支撑在换热器管程的入水管和出水管上，与整个换热器相连。由于换热器质量较大，其固有频率远小于平面管束的低阶频率范围，从而对平面弹性管束的固有特性影响较小。试验所选用管束的结构尺寸为表1-4中1号平面弹性管束结构。
图1-15 平面弹性管束模态测试现场
在本试验中，弹性管束激励点与响应点的位置对模态分析结果的正确性有重要影响。为了能够激励出较多的模态，一般来说，激励点与响应点最好避开各阶模态的节点和节线位置。另外，采集测试点响应信号的幅值应足够大，以保证采集信号有较好的信噪比。建立平面弹性管束模态试验测试点网格模型如图1-16所示，在试验中，节点1及节点31作为固定支撑点通过管程入水管、出水管与整个换热器实验台相连，加速度传感器布置在节点30附近，通过力锤依次敲击41个测试点，分别记录激励力信号和管束振动加速度响应信号，利用基于时域法的特征系统实现ERA算法进行后续分析。
图1-16 平面弹性管束模态试验测试点网格模型
对平面弹性管束进行模态分析发现，平面管束的固有振动形态分为纵向振动和横向振动。因此，为分别测试管束纵向和横向固有振动特性，试验中需要对管束进行两次激振测试和信号采集：
1）在测试点30处布置 z 向加速度传感器，在41个测试点依次施加 z 向激振力，采集管束振动加速度响应信号并分析管束的纵向振动特性。
2）在测试点30处布置 x 向（或 y 向）加速度传感器，在41个测试点依次施加 x 向（或 y 向）激振力，采集管束振动加速度响应信号并分析管束的横向振动特性。
模态试验中采样频率的选择需兼顾模态遗漏及频谱混乱问题，当采样频率较低时，信号经过傅里叶变换之后会引起频谱混叠，影响传递函数的精度，同时，在一定的采样点数条件下，采样频率过高会导致频率分辨率降低，有可能产生模态遗漏，本次试验采用的采样频率为512Hz。在信号分析时，可以对激励力信号增加力窗以提高信噪比，减小噪声信号的影响，对于加速度响应信号，则可以增加指数窗，加快振动频率的衰减，避免频响函数的遗漏，提高频响函数的精度。具体的试验参数见表1-7。
表1-7 试验参数
将试验仪器连接完毕，设置好各项参数，即可进行试验，试验中选用两个通道分别对激励力信号和加速度传感器拾取的加速度响应信号进行数据采集。由于铜管质地较软，且平面管束的壁面较薄，敲击时需要控制力度，既要保证有足够大的冲击力以提高信噪比，同时要避免激励过度引发的非线性误差。
依次敲击各个激励点，将采集到的激励力信号和加速度响应信号同时输入Coinv-DASP-MAS数据信号采集及模态分析系统，逐点计算激励信号和响应信号之间的频响函数，以此为基础进行模态参数识别。频响函数分析时采用集总平均法，利用集总平均曲线分析所有测试点的频响函数，在后续的试验模态拟合过程中，采用时域特征系统实现用算法ERA对管束的固有频率进行拟合计算。