2022年“結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)”輔導(dǎo)資料

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)資料主題：結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)的輔導(dǎo)資料學(xué)習(xí)時(shí)間 ：2013 年 6 月 24 日7 月 21 日內(nèi)容：這周我們將學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。一、學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求及需要掌握的重點(diǎn)內(nèi)容如下：1、掌握實(shí)驗(yàn)的目的；2、掌握實(shí)驗(yàn)主要的儀器和設(shè)備；3、掌握實(shí)驗(yàn)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟；4、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。二、主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動(dòng)力性能，主要包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)和振型等，這些參數(shù)與外荷載無關(guān)。測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)是結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)的基本內(nèi)容，在研究建筑結(jié)構(gòu)或其他工程結(jié)構(gòu)的抗震、 抗風(fēng)或抵御其它動(dòng)荷載的性能和能力時(shí)，都必須要進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)

2、力特性試驗(yàn)。通過結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的測(cè)量， 能夠得到結(jié)構(gòu)的自振頻率， 可以避免和防止動(dòng)荷載所產(chǎn)生的干擾與結(jié)構(gòu)共同作用產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。此外，受損開裂結(jié)構(gòu)的剛度減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振周期變長(zhǎng)，阻尼變大，因此結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)可以為檢測(cè)、診精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載斷結(jié)構(gòu)的損傷積累提供可靠的資料和數(shù)據(jù)。本次實(shí)驗(yàn)的題目為結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)量

3、實(shí)驗(yàn)。（一）本次試驗(yàn)的目的1、了解動(dòng)力參數(shù)的測(cè)量原理；2、掌握傳感器、儀器及使用方法；3、通過振動(dòng)衰減波形求出簡(jiǎn)支梁的固有頻率和阻尼比；（二）本次試驗(yàn)使用的儀器、設(shè)備及試驗(yàn)構(gòu)件本次實(shí)驗(yàn)需要用到的儀器和設(shè)備主要包括三個(gè)：1、振動(dòng)傳感器 dh105 ，也叫拾振器，主要是用來將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出；優(yōu)點(diǎn)是體積小、 重量輕、對(duì)被測(cè)物體影響小， 頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大，主要參數(shù)如表所示， 我們?cè)谡駝?dòng)傳感器的選擇上最關(guān)心的指標(biāo)是靈敏度、頻率范圍和量程。2、與之配套的電荷適配器，主要作用是將壓電傳感器的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；3、東華 dh5922 動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析儀，主要用來采集振動(dòng)傳感器輸出的電信

4、號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳遞給計(jì)算機(jī)。除了上述傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備， 試驗(yàn)中還用到了用于數(shù)據(jù)記錄的筆記本電腦、錘子和木制簡(jiǎn)支梁，其參數(shù)如下表所示：截面高度(mm) 截面寬度(mm) 長(zhǎng)度(mm) 跨度(mm) 彈性模量(gpa) 重量 (kg) 自振頻率理論值(hz) 61 185 2035 1850 10 12.7 34.35 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 8 頁 - - -

5、- - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載（三）試驗(yàn)原理1、阻尼比和固有頻率的計(jì)算方法究竟如何來確定體系的阻尼比和固有頻率呢？同學(xué)們看下面公式：21ffd這里為阻尼比， fd和 f 分別為有阻尼和無阻尼振動(dòng)頻率。由于工程實(shí)際中阻尼比常在0.020.2 之間，遠(yuǎn)小于 1，則有fff21d即，有阻尼的振動(dòng)頻率可以近似等于無阻尼的振動(dòng)頻率，相應(yīng)地，有阻尼的振動(dòng)周期可以近似等于無阻尼的振動(dòng)周期：tfftdd11此處， td和 t 分別為有阻尼和無阻尼振動(dòng)周期。因此，阻尼比可以近似等于)()(lndiinttatan21其中)(ita代表第 i 個(gè)周期的振幅，)(dintta代表 i+n 個(gè)周期的振幅。2、

6、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)量的主要方法結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)的方法主要有： （1）人工激振法（ 2） 環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法試驗(yàn)室中通常采用人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)自振頻率，包括強(qiáng)迫振動(dòng) （也就是振動(dòng)）和自由振動(dòng)法。自由振動(dòng)法就是在試驗(yàn)中采用初位移或初速度的突卸載或突加載的方法，使結(jié)構(gòu)受一沖擊荷載作用而產(chǎn)生自由振動(dòng)。本次實(shí)驗(yàn)采用手錘敲擊的方法對(duì)簡(jiǎn)支梁精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 8 頁 - - - - - -

7、 - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載進(jìn)行激振，從而產(chǎn)生振動(dòng)；試驗(yàn)時(shí)將振動(dòng)傳感器布置在簡(jiǎn)支梁的跨中，通過振動(dòng)傳感器和動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行記錄， 可以得到結(jié)構(gòu)的有阻尼自由振動(dòng)曲線，在曲線上量取振動(dòng)波型中相鄰周期波峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和振幅，通過時(shí)刻差可以直接求出振動(dòng)周期，從而得到結(jié)構(gòu)的自振頻率；而通過相鄰周期波峰的振幅，通過上述公式，可以直接計(jì)算出簡(jiǎn)支梁的阻尼比。3、壓電式加速度傳感器振動(dòng)時(shí)質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力， 使壓電元件產(chǎn)生變形， 從而產(chǎn)生與加速度成正比的電荷，經(jīng)后級(jí)電荷放大器后得到與加速度成正比的電壓值。優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，重量輕，對(duì)被測(cè)體的影響小。（2）頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量靈敏度高。因此，

8、壓電式應(yīng)用較為廣泛。引出線3質(zhì)量塊1殼體壓電晶片m4 2 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載4、振動(dòng)傳感器的選擇依據(jù)（拾振器的選擇依據(jù)）最為關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)為：靈敏度、頻率范圍和量程。（1）靈敏度：土木工程和超大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在1100ms-2左右，可選 30030pc/ms-2的加速度傳感器；（2）頻率：土木工程一般是低頻

9、振動(dòng)，加速度傳感器頻率響應(yīng)范圍可選擇0.21khz；（3）傳感器的橫向比要小，以盡可能減小橫向擾動(dòng)對(duì)測(cè)量頻率的影響；5、使用的注意事項(xiàng)安裝面要平整、光潔。安裝方式：不同安裝方式對(duì)測(cè)試頻率的響應(yīng)影響很大：某一振動(dòng)傳感器， 螺釘剛性連接使用頻率為10khz；膠粘安裝 6khz；磁力吸座 2khz；雙面膠 1khz。加速度傳感器的質(zhì)量、 靈敏度與使用頻率成反比， 即靈敏度高， 質(zhì)量大的傳感器使用頻率低。（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、下面我們進(jìn)行連線。首先將振動(dòng)傳感器與電荷適配器相連，之后將已連接好的設(shè)備與動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)相連，最后將動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)與記錄數(shù)據(jù)的電腦相連。2、開啟計(jì)算機(jī)，打開動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的電源，預(yù)熱10mi

10、n 。當(dāng)采集系統(tǒng)中的紅燈熄滅，表示系統(tǒng)自檢完畢。3、啟動(dòng) dhdas-5920 動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析軟件，熟悉界面。4、設(shè)置測(cè)量參數(shù)：精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載（1）分析參數(shù)設(shè)置采樣頻率： 1k2khz；采用連續(xù)采樣方式，即一直不斷的采集和記錄數(shù)據(jù)。其余不用設(shè)置。（2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置選定測(cè)量通道： 2-1，并屏蔽未用通道，

11、避免干擾。靈敏度：將傳感器靈敏度輸入相應(yīng)的通道的靈敏度設(shè)置欄內(nèi)。由于本試驗(yàn)采用的是加速度傳感器，因此參數(shù)表中工程單位eu 應(yīng)設(shè)為 m/s2，傳感器靈敏度單位為 pc/eu ，表示每個(gè)工程單位輸出多少電荷，dh105 振動(dòng)傳感器給定的參數(shù)的為 300pc/eu ，即 300pc/m/s2。量程范圍：調(diào)整量程范圍，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)到較好的信噪比。調(diào)整原則：不要使儀器過載，也不要使得信號(hào)過小。5、現(xiàn)在設(shè)備已經(jīng)預(yù)熱完畢。 我來把整個(gè)過程演示一下， 請(qǐng)同學(xué)們注意觀察。在進(jìn)行測(cè)量之前，首先要對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀清零。6、啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，用手錘敲擊簡(jiǎn)支梁，使其產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)。7、現(xiàn)在屏幕上顯示的是拾振器測(cè)量的單自由度自

12、由衰減振動(dòng)波形，記錄6次沖擊后停止采集。8、根據(jù)采集的波形可進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，如下圖所示。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載21.621.822.022.222.422.6-10121.49421.6575(21.867,0.7324)(21.8115,0.8138)(21.7605,0.9562)(21.7075,1.0986

13、)(21.658,1.5462)幅值/m/s2時(shí)間 / s 2-2本次試驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)1 2 3 4 5 6 第 i 個(gè)波形波峰時(shí)間1.5615 2.9255 1.5745 9.358 2.568 1.5615 幅值500.73 518.79 490.20 424.32 436.28 500.73 波谷時(shí)間1.5751 2.938 1.588 9.3715 2.5818 1.5751 幅值-512.45 -492.83 -474.27 -383.27 -436.95 -512.45 第 i+n個(gè)波形波峰時(shí)間1.7505 3.1405 1.762 9.5445 2.781 1.7

14、505 幅值341.18 370.39 334.59 297.06 293.01 341.18 波谷時(shí)間1.7635 3.155 1.7745 9.559 2.7945 1.7635 幅值-316.74 -350.98 -360.56 -279.24 -303.95 -316.74 間隔 n 7 8 7 7 8 7 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載周期/ s 0.027 0.02688 0.0268 0.0266 0.02662 0.027 頻率 / hz 阻尼比（五）數(shù)據(jù)處理1、簡(jiǎn)支梁的基本數(shù)據(jù)如上表所示2、為了提高準(zhǔn)確度，選擇波形較好的幾個(gè)周期進(jìn)行分析；試驗(yàn)中得出的第 i 個(gè)周期和第 i+n 個(gè)周期的數(shù)據(jù)如上表所示；