近年来,随着机械制造业的不断发展,用于残余应力消除的振动时效系统由于能耗少、污染低、作用周期短、操作简单,正在不断的替代传统的自然时效和热时效,得到了越来越广泛的应用。传统的振动时效设备选取时效点的方法一般分为时域扫频算法或单点响应频谱分析,但这两种方法存在检测耗时长、局部检测或理论依据不完善等缺陷,特别是对大型结构件的固有频率检测结果很不理想,大大限制了振动时效系统对大型结构的应力消除的应用。　　试验模态分析技术是在振动测试领域被广泛使用的用于检测结构模态参数、物理参数特征的方法。本文通过对模态分析机理、试验模态分析过程中运用到的信号处理和参数识别技术进行深入的研究,并结合大型结构振动检测特点,提出了一种采用单输入多输出(SIMO)的激励、响应检测机制,运用试验模态分析技术确定大型结构的时效点的方法。实验证明能够较精确、可靠的识别大型结构的固有频率,使用识别的结果时效能达到较好的应力消除效果。　　通过对试验模态分析关键技术及国内外振动时效设备详细研究的基础上，完上成了基于模态分析的振动时效系统设计与实现。本系统硬件上采用工控机搭载前置的信号采集系统和激振系统,软件上采用LabVIEW图形化编程语言,以Windows为系统平台,完成试验模态分析过程中数据采集模块、频响函数计算模块、频域多项式参数拟合(FDPI)模块、时效模块等核心模块的开发,并利用LabVIEW强大的图形显示机制提供友好的人机交互界面。　　最后,运用时域扫频算法、单点响应频谱分析、试验模态分析三种不同检测方法对同一大型结构进行时效实验,对比三组实验的结果,分析其出现的原因,验证本系统采用的选取时效点的方法是可靠的、可再现的方法,能够为接下来的应力消除时效提供可靠的时效点。