動(dòng)力模型實(shí)驗(yàn)報(bào)告 (修復(fù))

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)1 簡(jiǎn)支梁模態(tài)測(cè)試1.1實(shí)驗(yàn)原理通過模型振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)得結(jié)構(gòu)的自振頻率有很多方法，用錘擊法測(cè)出結(jié)構(gòu)的自振頻率是一種比較經(jīng)濟(jì)、理想的測(cè)振方法。這種方法可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激振(用力錘對(duì)多點(diǎn)敲擊)和單點(diǎn)響應(yīng)(一只加速度計(jì))，在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示錘擊頻響曲線，通過多次疊加平均計(jì)算出每個(gè)錘擊測(cè)振點(diǎn)的傳遞函數(shù)、自功率譜、互功率譜、相干函數(shù)和傅立葉譜。1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激勵(lì)（力錘錘擊）單點(diǎn)響應(yīng)（加速度響應(yīng)）功能。 (2) 實(shí)時(shí)顯示錘擊力信號(hào)和加速度響應(yīng)信號(hào)。 (3) 實(shí)時(shí)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的頻譜。 (4) 六種頻譜顯示功能：幅值、相位、實(shí)部、虛部、幅值+相位、實(shí)部+虛部。 (5) 屏幕顯示曲

2、線光標(biāo)讀數(shù)功能。 (6) 動(dòng)畫顯示簡(jiǎn)支梁模態(tài)。1.3實(shí)驗(yàn)儀器主要的實(shí)驗(yàn)儀器： (1)力錘(帶力傳感器) (2)一只加速度計(jì)圖1.1 力錘圖1.2 加速度傳感器 (3)雙通道電荷放大器 (4)USB數(shù)據(jù)采集儀（同步采樣） (5)臺(tái)式計(jì)算機(jī)圖1.3 電荷放大器和數(shù)據(jù)采集儀1.4實(shí)驗(yàn)步驟1.4.1.實(shí)驗(yàn)儀器布置和連接加速度傳感器放置在1/4梁處，位于錘擊點(diǎn)7和8之間。圖1.4模態(tài)測(cè)試實(shí)物圖點(diǎn)1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)4點(diǎn)5點(diǎn)6點(diǎn)7點(diǎn)8點(diǎn)9點(diǎn)10加速度傳感器圖1.5錘擊點(diǎn)分布 1.6程控電荷放大器參數(shù)1.4.2設(shè)定程控電荷放大器參數(shù)圖1.4.3錘擊試驗(yàn)1）.錘擊試驗(yàn)流程： 選擇錘擊點(diǎn)，錘擊測(cè)振逐一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行，根據(jù)試驗(yàn)

3、需要任意選擇測(cè)點(diǎn)。 清除，表示是否繼續(xù)本測(cè)點(diǎn)的錘擊測(cè)振，選擇“清除“是把上次的錘擊計(jì)算平均結(jié)果清除，開始新的錘擊測(cè)振；選擇“不清”則繼續(xù)錘擊測(cè)振。 示波顯示，按“示波顯示”鍵，開始示波，這時(shí)可觀察錘擊信號(hào)和加速度響應(yīng)信號(hào)的幅值是否合適？在沒有錘擊時(shí)，信號(hào)是否為零？如信號(hào)不在零線，那么需要清零。 準(zhǔn)備錘擊，按“準(zhǔn)備錘擊”鍵開始錘擊，這時(shí)程序等待錘擊激勵(lì)信號(hào)。 錘擊、多次平均，當(dāng)錘擊信號(hào)的幅值超過觸發(fā)閥值時(shí)，錘擊激勵(lì)信號(hào)和加速度響應(yīng)信號(hào)會(huì)被捕捉到，然后自動(dòng)開始計(jì)算傳遞函數(shù)等，并進(jìn)行多次平均計(jì)算。錘擊點(diǎn)1和10位于固定端，測(cè)試時(shí)不敲擊。2）簡(jiǎn)支梁模態(tài)動(dòng)畫顯示 讀取頻率。將光標(biāo)懸在共振頻率處，左擊，點(diǎn)

4、擊讀取頻率，保存數(shù)據(jù)， 動(dòng)畫顯示。選擇保存的振型文件、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。3）.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)更換不同材質(zhì)錘頭，分別錘擊簡(jiǎn)支梁，得到簡(jiǎn)支梁共振頻率和陣型。圖1.7橡膠錘頭圖1.8鋼制錘頭1.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1） 錘擊力和加速度時(shí)程圖。實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅給出某一次錘擊的錘擊力和加速度時(shí)程圖，采樣頻率為5000Hz，采樣分辨率為0.6104 Hz，觸發(fā)閥值為10，采集時(shí)間為0.2s。圖1.9 加速度時(shí)程圖和傳遞函數(shù)圖（2） 振型圖圖1.10 一階振型圖圖1.11 二階振型圖1.6實(shí)驗(yàn)結(jié)論1）通過錘擊實(shí)驗(yàn)，得到簡(jiǎn)支梁的前三階振型和共振頻率，本實(shí)驗(yàn)主要取前兩階共振頻率，一階共振頻率在82Hz附近，二階頻率在228Hz附近。2

5、）不同材質(zhì)錘頭對(duì)簡(jiǎn)支梁共振頻率幾乎沒有影響，但是振型動(dòng)畫結(jié)果因?qū)嶒?yàn)操作人而異，相比較而言，橡膠錘頭比鋼制錘頭得到的加速度信號(hào)穩(wěn)定，振型動(dòng)畫更符合理論解。實(shí)驗(yàn)2 二自由度鋼弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆珍撓业亩杂啥蠕撓艺駝?dòng)實(shí)驗(yàn)頻率測(cè)量方法，觀察其不同階次的振形。2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理非接觸式激振器給二自由度鋼弦以相應(yīng)共振頻率的正弦激勵(lì)，鋼弦會(huì)產(chǎn)生比較明顯的一階和二階陣型。圖2.1 實(shí)驗(yàn)原理圖2.3實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1.非接觸激振器及功率放大器1套。2.計(jì)算機(jī)1臺(tái)和激振控制軟件1套。2.4實(shí)驗(yàn)方法與步驟鋼弦一端固定，另一端懸掛在滾動(dòng)軸上并配上配重塊，調(diào)整非接觸激振器與鋼弦的距離，使激振器與鋼弦保持一定

6、間距，用正弦信號(hào)激振，調(diào)整振信號(hào)源的功率放大器和信號(hào)源的頻率，使鋼弦達(dá)到共振，測(cè)試鋼弦振動(dòng)頻率。 2.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析通過觀察可知，調(diào)節(jié)激震器頻率從小到大，當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)的第一階固有頻率時(shí)，鋼絲線的振動(dòng)幅值明顯增大，結(jié)構(gòu)震動(dòng)響應(yīng)明顯；繼續(xù)增大激震器頻率，振動(dòng)幅值明顯先減小；當(dāng)激震器頻率達(dá)到系統(tǒng)的第二階共振頻率時(shí)，鋼絲的振動(dòng)幅度又明顯增大。實(shí)驗(yàn)3 正弦掃頻3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.以簡(jiǎn)支梁為例，了解和掌握機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)幅頻特性曲線的測(cè)量方法以如何由幅頻特性曲線得到系統(tǒng)的固有頻率。2.了解常用簡(jiǎn)單振動(dòng)測(cè)試儀器的使用方法。3.2實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)在周期干擾力作用下，以干擾力的頻率作受迫振動(dòng)。振幅隨著振動(dòng)頻率的

7、改變而變化。由此，通過改變干擾力（激振力）的頻率，以其為橫坐標(biāo)，以振幅為縱坐標(biāo)，得到的曲線即為幅頻特性曲線。以單自由度為例mxt+mx(t)+kx(t)=Asin(t) （3.1）放大系數(shù)D=2（1+2）2+（2）2 （3.2）其中，=03.3實(shí)驗(yàn)儀器1. 激振器及功率放大器1套 2. 加速度傳感器1只 3. 電荷放大器1臺(tái) 4. 信號(hào)發(fā)生器1臺(tái) 5. 數(shù)據(jù)采集儀1臺(tái) 6. 信號(hào)分析軟件1套及計(jì)算機(jī)1臺(tái)3.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1) 將激振器通過頂桿連接到簡(jiǎn)支梁上（注意確保頂桿與激振器的中心線在一直線上），激振點(diǎn)位于簡(jiǎn)支梁中心偏左50mm處（已有安裝螺孔），將信號(hào)發(fā)生器輸出端連接到功率放大器的輸入端

8、，并將功率放大器與激振器相連接。圖3.1 正弦掃頻儀器2) 首先將加速度傳感器安置在簡(jiǎn)支梁右四分之一處（同簡(jiǎn)支梁模態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)），將電荷放大器輸出端分別與數(shù)據(jù)采集儀輸入端連接；待實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將加速度傳感器安置在簡(jiǎn)支梁中點(diǎn)位置，保留掃頻曲線，重新實(shí)驗(yàn)，比較簡(jiǎn)支梁響應(yīng)的差異。3) 將信號(hào)發(fā)生器和功率放大器的幅值旋鈕調(diào)至最小，打開所有儀器電源。設(shè)置初始信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為20Hz，終止頻率為1000Hz。輸出電壓為1V，設(shè)置頻率補(bǔ)償為1Hz，并開始激勵(lì)。4) 調(diào)節(jié)功率放大器的幅值旋鈕，逐漸增大其輸出功率至100mA即可。保持功率放大器的輸出功率恒定。5) 保留首次掃頻曲線。6) 調(diào)整加速度傳感器位置，重

9、新試驗(yàn)。3.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析1.依據(jù)在不同頻率下測(cè)得的振動(dòng)幅值，以頻率為橫坐標(biāo)，得到加速度幅頻特性曲線。2.根據(jù)加速度幅頻特性曲線，找出振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。一階頻率在90Hz附近，二階頻率在240Hz附近,得到的共振頻率相比于錘擊試驗(yàn)偏小，原品是激振器提供了附加約束，是的簡(jiǎn)支梁剛度減小，共振頻率減小。圖3.2 簡(jiǎn)支梁自振頻率（正弦掃頻法）圖3.3 正弦掃頻曲線信號(hào)采集通道：10 單位：m/s2 采樣頻率：5000.0Hz實(shí)驗(yàn)4 結(jié)構(gòu)阻尼比測(cè)試實(shí)驗(yàn)4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战Y(jié)構(gòu)的兩種阻尼比測(cè)試方法：半功率帶寬法和衰減法。4.2實(shí)驗(yàn)原理4.2.1 半功率帶寬法計(jì)算公式：=f2-f12f0 圖4.1

10、半功率帶寬法4.2.2 衰減法計(jì)算公式： 軟件程序計(jì)算方式如下：當(dāng)N2時(shí)，A1=(A11-A12)，A2=(A21-A22)；當(dāng)N2時(shí)，A1=A11，A2=A21；N為A11與A21間隔的周期數(shù)圖4.2 衰減法4.3實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及布置 1.觸激振器及功率放大器1套 2.力錘或其它錘形重物1個(gè) 3.加速度傳感器1只 4.電荷放大器1臺(tái) 5.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1套 6.信號(hào)分析軟件1套 7.計(jì)算機(jī)1臺(tái) 1/4L加速度傳感器圖4.3 傳感器布置4.4實(shí)驗(yàn)方法與步驟1.半功率帶寬法：用激振器激振被測(cè)試件，調(diào)整信號(hào)源使其產(chǎn)生共振，先按“示開始測(cè)試”功能鍵顯示波形和頻譜值，調(diào)整放大器和傳感器，使波形幅值在1伏左

11、右比較合適，軟件會(huì)根據(jù)公式計(jì)算阻尼比。2.衰減法：對(duì)于懸臂梁結(jié)構(gòu)，先按軟件的“示波顯示”功能鍵顯示波形，用力錘（或其它錘形重物）輕敲擊懸臂梁調(diào)，整傳感器放大器，使波形峰值在1伏左右比較合適，然后按“觸發(fā)采集”功能鍵，軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入觸發(fā)狀態(tài)，等待信號(hào)值達(dá)到觸發(fā)閾值，用力錘（或其它錘形重物）和同樣的里敲擊被測(cè)試件，使其產(chǎn)生振動(dòng)，程序會(huì)捕捉到振動(dòng)的衰減曲線，然后根據(jù)公式計(jì)算阻尼比。4.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析1實(shí)驗(yàn)曲線記錄圖4.4半功率帶寬法實(shí)驗(yàn)曲線采集和頻譜曲線圖4.5 衰減法實(shí)驗(yàn)曲線2結(jié)構(gòu)阻尼比計(jì)算根據(jù)兩種方法的計(jì)算公式，可得結(jié)構(gòu)阻尼比。衰減法的計(jì)算起始點(diǎn)為N響應(yīng)衰減曲線的第N個(gè)正峰值。表4.1 半

12、功率帶寬法求結(jié)構(gòu)阻尼比頻率（HZ）f1f2f0一階7883810.028表4.2 衰減法求結(jié)構(gòu)阻尼比頻率（HZ）計(jì)算起始點(diǎn)周期數(shù)A11A21一階531.8671.900.012實(shí)驗(yàn)5 信號(hào)處理5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1）了解采樣定律（采樣頻率2信號(hào)最高頻率） 2）恰當(dāng)選擇采樣頻。5.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）正弦波信號(hào)采樣及計(jì)算正弦波信號(hào)的傅立葉譜2）方波信號(hào)采樣及計(jì)算方波的傅立葉譜、了解多次諧波的含義3）了解白噪聲信號(hào)、學(xué)習(xí)使用濾波器5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.3.1正弦波信號(hào)采集時(shí)間5s。1信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率200Hz2.信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率500Hz3.信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率1000Hz4.

13、信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率2000Hz5計(jì)算正弦波信號(hào)的傅立葉譜，采用1024根譜線。圖5.1 信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率200Hz圖5.2 信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率500Hz圖5.3 信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率1000Hz圖5.4 信號(hào)頻率100Hz，采樣頻率2000Hz圖5.5 信號(hào)頻率100Hz的傅里葉譜5.3.2 方波信號(hào)1. 周期信號(hào)：0.05s，采樣頻率1000 Hz2. 傅里葉幅值譜計(jì)算圖5.6 周期0.05s，采樣頻率1000 Hz圖5.7 周期0.05s的傅里葉譜5.3.3白噪聲信號(hào)1. 生成頻帶1:1000Hz，采樣頻率5000Hz白噪聲信號(hào)。2計(jì)算自功率譜。圖5.8 采樣頻率為5000Hz的白噪音信號(hào)和自功率譜圖5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論1. 由正弦波信號(hào)的分析結(jié)果來看，根據(jù)采樣定律采集信號(hào)，不能完全還原正弦波信號(hào)曲線，5倍于正弦波信號(hào)頻率采集信號(hào)時(shí)，采集信號(hào)因采樣頻率較低，正弦波呈現(xiàn)鋸齒波形狀；用10倍于正弦波信號(hào)采樣，采集得到的正弦波信號(hào)基本還原。采集頻率并非越高越好，采樣頻率越高，則采集的數(shù)據(jù)量越大，占存儲(chǔ)空間越大。2. 信號(hào)頻譜分析過程是把時(shí)域信號(hào)（以時(shí)間為