本实用新型提供了一种测量核燃料组件非线性模态的装置，涉及结构动力学试验技术领域，解决了现有技术中存在的不能直接激发出单个指定模态，幅值不可控不足以给出非线性变化规律技术问题。该装置包括固定装置、用于拉伸和释放核燃料组件的张拉装置以及传感器、数据采集设备，张拉装置一端与固定支架连接、另一端与核燃料组件格架连接，数据采集设备用于采集张拉装置的牵拉位移与核燃料组件上的测点位移、加速度时程。本实用新型用于核燃料组件的非线性模态参数的测量，通过张拉装置对核燃料组件单点或多点拉伸然后释放，采集到该幅值下的自由振动响应时程，分析得到对应幅值下的模态参数，变化张拉的幅值最终得到模态参数随振幅变化的非线性关系。