新版軟件振動(dòng)教學(xué)裝置說明書2014年

..DHVTC振動(dòng)教學(xué)裝置使用說明書XX東華測試技術(shù)股份有限公司.PAGE.目錄TOC\o"1-1"\h\z安全注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)一DHVTC振動(dòng)測試與控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成與使用方法2實(shí)驗(yàn)二用"李薩如圖形法"測量簡諧振動(dòng)的頻率7實(shí)驗(yàn)三簡諧振動(dòng)幅值測量10實(shí)驗(yàn)四簡諧波幅域統(tǒng)計(jì)參數(shù)的測定13實(shí)驗(yàn)五振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測量16實(shí)驗(yàn)六"李薩如圖形法"測量單自由度系統(tǒng)的固有頻率24實(shí)驗(yàn)七無阻尼單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)特性的測量26實(shí)驗(yàn)八有無阻尼對單自由度系統(tǒng)自由衰減的測量30實(shí)驗(yàn)九拍振實(shí)驗(yàn)34實(shí)驗(yàn)十三自由度系統(tǒng)各階固有頻率及主振型的測量37實(shí)驗(yàn)十一索力測量40實(shí)驗(yàn)十二錘擊法簡支梁模態(tài)測試42實(shí)驗(yàn)十三線性掃頻法簡支梁模態(tài)測試49實(shí)驗(yàn)十四隨機(jī)激勵(lì)法簡支梁模態(tài)測試52實(shí)驗(yàn)十五不測力法簡支梁模態(tài)測試55實(shí)驗(yàn)十六懸臂梁模態(tài)測試59實(shí)驗(yàn)十七圓板各階固有頻率及主振型的測量61實(shí)驗(yàn)十八主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)64實(shí)驗(yàn)十九被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)67實(shí)驗(yàn)二十動(dòng)力吸振器吸振實(shí)驗(yàn)70實(shí)驗(yàn)二十一附加質(zhì)量對系統(tǒng)頻率的影響73..安全注意事項(xiàng)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)盡管在設(shè)計(jì)、加工和安裝時(shí)已充分考慮了安全方面的問題,但強(qiáng)烈建議用戶使用時(shí)注意如下事項(xiàng)：一、通電前仔細(xì)檢查各活動(dòng)機(jī)械部分,如激振器、偏心電機(jī)等的連接緊固情況,確保所有螺栓、卡扣等緊固無誤,避免激振或旋轉(zhuǎn)。二、查看傳感器、信號源、激振器等連線正確無誤,確保各儀器正常工作。三、檢查各儀器電源線是否插緊插好,各儀器是否可靠接地,以防觸電。四、調(diào)壓器應(yīng)放置于桌面寬敞處,盡可能遠(yuǎn)離其它儀器,并且在使用時(shí)只有經(jīng)檢查無誤后才能通電,通電前須仔細(xì)檢查電機(jī)偏心輪是否緊固、調(diào)壓器與電機(jī)連線、接地是否可靠,使用完畢應(yīng)立即斷電。五、激振器和偏心電機(jī)工作時(shí),禁止手或是其它物品碰到激振器頂桿和電機(jī)偏心輪,以免受傷或物品飛落。六、所有儀器設(shè)備工作過程中發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即斷電,并請專業(yè)人員檢查維修,或致電本公司。實(shí)驗(yàn)一DHVTC振動(dòng)測試與控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成與使用方法實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1了解振動(dòng)測試與控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成、安裝和調(diào)整方法。1.2學(xué)會激振器、傳感器與數(shù)據(jù)采集分析儀的操作、使用方法。二、DHVTC振動(dòng)測試與控制學(xué)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成如圖1-1所示,本系統(tǒng)由"振動(dòng)測試與控制實(shí)驗(yàn)臺"、"激振與測振系統(tǒng)"、"動(dòng)態(tài)采集分析系統(tǒng)"組成。圖1-1DHVTC振動(dòng)測試與控制學(xué)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖<1>底座<2>支座<3>三自由度系統(tǒng)<4>薄壁圓板<5>非接觸式激振器<6>接觸式激振器<7>力傳感器<8>偏心電機(jī)<9>磁電式速度傳感器<10>被動(dòng)隔振系統(tǒng)<11>簡支梁/懸臂梁<12>主動(dòng)隔振系統(tǒng)<13>單/雙自由度系統(tǒng)<14>壓電式加速度傳感器<15>電渦流位移傳感器<16>磁性表座2.1振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺振動(dòng)測試與控制實(shí)驗(yàn)臺由彈性體系統(tǒng)〔包括簡支梁、懸臂梁、薄壁圓板、單雙自由度系統(tǒng)、三自由度系統(tǒng)模型組成,配以主動(dòng)隔振、被動(dòng)隔振用的空氣阻尼減震器、動(dòng)力吸振器等,可完成振動(dòng)與振動(dòng)控制等20多個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。2.2激振系統(tǒng)與測振系統(tǒng)2.2.1激振系統(tǒng)包括：DH1301掃頻信號發(fā)生器；JZ-1型接觸式激振器；JZF-1型非接觸式激振器；偏心電機(jī)、調(diào)壓器；力錘。2.2.2測振系統(tǒng)包括：DH620磁電式速度傳感器；DH112壓電式加速度傳感器；OD900800電渦流位移傳感器；力傳感器。2.3動(dòng)態(tài)采集分析系統(tǒng)信號適調(diào)器；數(shù)據(jù)采集分析儀；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)〔或筆記本電腦；控制與基本分析軟件；模態(tài)分析軟件。三、DHVTC儀器的使用方法3.1激振系統(tǒng)的使用方法3.1.1DH1301掃頻信號發(fā)生器DH1301掃頻信號發(fā)生器是配有功率放大后的正弦激振信號源,可推動(dòng)JZK-1型接觸式激振器或JZF-1型非接觸式激振器。3.1.1.1技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍：0.1Hz～9999.9Hz；諧波失真：<1%；最大輸出功率：60W；輸出電流：0A～5.5A；功耗：20W。3.1.1.2使用方法：先將DH1301信號源接通電源,并處于關(guān)閉狀態(tài),用激振器信號輸入線把激振器與DH1301后端的功率輸出接線柱相連,打開電源開關(guān),設(shè)置一個(gè)自定義的正弦定頻信號,儀器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。3.1.2JZK-1型電動(dòng)型接觸式激振器的使用方法3.1.2.1技術(shù)指標(biāo)：激振頻率范圍：10Hz～1000Hz；最大激振力：2000g；最大行程：±1.5mm。3.1.2.2使用方法：激振器與被測物體可靠連接。按圖1-1接好配置儀器,啟動(dòng)激振器信號源,設(shè)定相應(yīng)的激振頻率,即可實(shí)現(xiàn)對試件的激振。3.1.3JZF-1型磁電型非接觸式激振器的使用方法3.1.3.1技術(shù)指標(biāo)：最大激振頻率范圍：10Hz～1000Hz；最大激振力：50g；安裝間隙：1mm～10mm。3.1.3.2使用方法：將非接觸式激振器安裝在磁性表座上,根據(jù)被測激振件的剛度大小調(diào)節(jié)激振器與被測激振件的初始間隙。在做試驗(yàn)時(shí),還應(yīng)根據(jù)各階固有頻率的高低隨時(shí)調(diào)節(jié)激振器與被測激振件的間隙,使互相不會發(fā)生碰撞。啟動(dòng)激振信號源,即可實(shí)現(xiàn)對試件的激振。3.1.4偏心電動(dòng)機(jī)和調(diào)壓器的使用方法3.1.4.1由偏心電動(dòng)機(jī)和調(diào)壓器組成的激振設(shè)備；3.1.4.2單相串激整流子電動(dòng)機(jī)適用單相直流電源供電,其轉(zhuǎn)速隨負(fù)載或電源電壓的變動(dòng)而變化。我們用改變電源電壓的辦法來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可在0～8000轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速的改變使電機(jī)偏心質(zhì)量的離心慣性力的大小和頻率發(fā)生改變,利用偏心質(zhì)量的離心慣性力,即可實(shí)現(xiàn)對試件的激振。3.2測試系統(tǒng)的使用方法3.2.1動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集分析儀的使用方法儀器與傳感器通過適調(diào)器或連接線連接,接上電源,啟動(dòng)儀器,安裝1394驅(qū)動(dòng)〔若為以太網(wǎng)口,則跳過,打開軟件進(jìn)行信號采樣等操作。3.2.2DH620磁電式速度傳感器3.2.2.1技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍 10Hz～1000Hz；傳感器靈敏度20V/m·s-1；最大量程0.5m·s-1；重量150g。3.2.2.2使用方法：利用傳感器底座的螺釘或磁力座,將DH620磁電式振動(dòng)速度傳感器安裝在被測振動(dòng)體上,其外殼隨振動(dòng)體而振動(dòng),位于氣隙間的線圈就切割磁力線,發(fā)出正比于振動(dòng)速度的電勢。該電勢由導(dǎo)線輸入分析儀放大,可測量振動(dòng)速度。信號經(jīng)積分或微分處理,也可測量振動(dòng)位移和加速度。本傳感器只能測量垂直方向的振動(dòng)。3.2.3壓電式加速度傳感器3.2.3.1技術(shù)指標(biāo):頻率范圍1Hz～10kHz；傳感器靈敏度10PC/g。.2使用方法：將壓電式加速度傳感器和電荷適調(diào)器用L5電纜連接,將電荷適調(diào)器接入數(shù)據(jù)采集分析儀振動(dòng)測試通道,輸入傳感器靈敏度,既可測量振動(dòng)加速度。3.2.4電渦流位移傳感器3.2.4.1技術(shù)指標(biāo):頻率范圍0～10kHz；傳感器靈敏度5.081V/mm；最大振幅±1mm；幅值線性度0.48%F.S。3.2.4.2使用方法:將電渦流位移傳感器接到專用的前置器上,用專用的連接線連接采集儀和電渦流傳感器的前置器,輸入靈敏度,輸入方式SIN_DC,即可測量位移。實(shí)驗(yàn)二用"李薩如圖形法"測量簡諧振動(dòng)的頻率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1了解李薩如圖形的物理意義規(guī)律和特點(diǎn)。1.2學(xué)會用"李薩如圖形法"測量簡諧振動(dòng)的頻率。二、實(shí)驗(yàn)裝置圖2-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理李薩如圖是把兩個(gè)傳感器測得的信號,一個(gè)作為X軸一個(gè)作為Y軸進(jìn)行合成得到的圖形?；ハ啻怪?不同頻率的振動(dòng)的合成,顯示出復(fù)雜的圖形,一般情況下,圖形是不穩(wěn)定的,當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)的頻率成整數(shù)比時(shí),它們就合成了較穩(wěn)定的圖形。為簡單起見,以兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的簡諧振動(dòng)的合成進(jìn)行討論。設(shè)兩個(gè)振動(dòng)波形方程為：x=A1cos<ω1t+φ1>；y=A2cos<ω2t+φ2>其合成波形的方程式為：ω1=2πf1,ω2=2πf23.1當(dāng)ω1=ω2,,合成波形的軌跡是一條直線,直線通過坐標(biāo)原點(diǎn),斜率為兩個(gè)振幅之比即A2/A1。3.2當(dāng)ω1=ω2,A2=A1,時(shí)x2–2xycosφ+y2=A12sin2φ當(dāng)φ=0時(shí) 〔x-y2=0 直線φ=450時(shí) x2-xy+y2=A12/2 橢圓φ=900時(shí)x2+y2=A12 圓φ=1350時(shí)x2+xy+y2=A12/2 橢圓φ=1800時(shí)<x+y>2=0 直線以上合成波形見下圖:3.3當(dāng)ω1≠ω2、A2=A1、φ2–φ1=φ時(shí)例如：ω2=2ω1和ω2=3ω1,φ=00,450〔3150,900〔2700,1350〔2250,1800時(shí)李薩如圖形,如下圖所示：當(dāng)ω1與ω2差任意倍、A1≠A2時(shí),合成波形更為復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)方法4.1安裝偏心電機(jī)偏心電機(jī)的電源線接到調(diào)壓器的輸出端,調(diào)壓器電源線接到調(diào)壓器的輸入端〔要求電源使用三芯接地插座,一定要小心,防止接錯(cuò),把偏心電機(jī)通過安裝底板安裝在簡支梁中部,電機(jī)轉(zhuǎn)速〔強(qiáng)迫振動(dòng)頻率可用調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)輸出電壓到110V左右,調(diào)好后在實(shí)驗(yàn)的過程中不要再改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。4.2連接測試系統(tǒng)將DH1301掃頻信號源輸出信號接到采集儀的1-1通道。將速度傳感器布置在偏心激振電機(jī)附近,速度傳感器測得的信號接到采集儀的1-2通道。4.3儀器設(shè)置打開儀器電源,進(jìn)入控制分析軟件,新建一個(gè)項(xiàng)目〔項(xiàng)目名自定,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和傳感器靈敏度等參數(shù),在"測量"/"圖形區(qū)設(shè)計(jì)"選擇"XY記錄儀",在曲線顯示窗口右側(cè),選擇AI1-1和AI1-2,X軸為第一個(gè)選擇通道。開始采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號源的輸出頻率,使屏幕上出現(xiàn)一直線或橢<正>圓,此時(shí),激振信號源顯示的頻率即為簡支梁系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率fy。再新建一個(gè)文件,將周期信號頻率變?yōu)?lt;i=1／2,2>,觀察屏幕上的圖形。改變電機(jī)轉(zhuǎn)速即改變參考信號的頻率,重復(fù)以上步驟。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1測試結(jié)果表2-1簡諧振動(dòng)頻率fy=<Hz>周期信號頻率fx=fyfx=fy/2fx=2fy圖形5.2觀察并分析周期信號頻率為fy、fy/2、2fy時(shí)屏幕上的圖形,看有什么規(guī)律和特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)三簡諧振動(dòng)幅值測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1了解振動(dòng)信號位移、速度、加速度之間的關(guān)系。1.2學(xué)會用各種傳感器測量簡諧振動(dòng)的位移、速度、加速度幅值。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖3-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理在振動(dòng)測量中,有時(shí)往往不需要測量振動(dòng)信號的時(shí)間歷程曲線,而只需要測量振動(dòng)信號的幅值。振動(dòng)信號的幅值可根據(jù)位移、速度、加速度的關(guān)系,用位移傳感器、速度傳感器或加速度傳感器來測量。設(shè)振動(dòng)位移、速度、加速度分別為x、v、a,其幅值分別為X、V、A：x=Bsin<ωt-ψ>v==ωBcos<ωt-ψ>式中：B——位移振幅ω——振動(dòng)角頻率ψ——初相位X=BV=ωB=2πfB式<4-1>A=ω2B=<2πf>2B振動(dòng)信號的幅值可根據(jù)式<4-1>中位移、速度、加速度的關(guān)系,分別用位移傳感器、速度傳感器或加速度傳感器來測量。也可利用動(dòng)態(tài)分析儀中的微分、積分功能來測量。四、實(shí)驗(yàn)方法4.1安裝激振器將激振器固定在實(shí)驗(yàn)臺基座上,并在簡支梁上安裝力傳感器,通過螺桿將激振器與力傳感器相連,并用螺母固緊,用專用連接線連接激振器和DH1301掃頻信號源功率輸出接口。4.2連接儀器和傳感器把加速度傳感器安裝在簡支梁的中部,輸出信號接到數(shù)據(jù)采集分析儀的振動(dòng)測試通道；把位移傳感器安裝在簡支梁的中部,輸出信號接到數(shù)據(jù)采集分析儀的振動(dòng)測試通道；把速度傳感器安裝在簡支梁的中部,輸出信號接到數(shù)據(jù)采集分析儀的振動(dòng)測試通道。4.3儀器參數(shù)設(shè)置打開采集儀器的電源開關(guān),開機(jī)進(jìn)入DHDAS數(shù)據(jù)采集分析軟件的主界面,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程范圍,加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器的靈敏度。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。輸入方式：壓電傳感器選AC,速度傳感器選AC,位移傳感器選SIN_DC。在"測量"/"圖形區(qū)設(shè)計(jì)"選擇"記錄儀",選擇通道AI1-1,AI1-2,AI1-3,測量時(shí)勾選"分開顯示",即分別顯示三個(gè)通道的時(shí)域信號。4.4采集并顯示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率和信號幅值,使梁產(chǎn)生明顯振動(dòng)。在三個(gè)窗口中讀取當(dāng)前振動(dòng)的最大值〔位移、速度、加速度。4.5計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較按公式計(jì)算位移、速度或加速度值,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)頻率f位移X速度V加速度A5.2根據(jù)位移X,按公式<4-1>計(jì)算速度V、加速度A。5.3根據(jù)速度V,按公式<4-1>計(jì)算位移X、加速度A。5.4根據(jù)加速度A,按公式<4-1>計(jì)算位移X、速度V。5.5位移、速度、加速度幅值的實(shí)測值與計(jì)算值有無差別?分析誤差產(chǎn)生的原因。實(shí)驗(yàn)四簡諧波幅域統(tǒng)計(jì)參數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)幅域各統(tǒng)計(jì)參數(shù)及其相互關(guān)系；1.2學(xué)會對振動(dòng)波形幅域的測試和分析。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖4-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理每一個(gè)振動(dòng)量對時(shí)間坐標(biāo)作出的波形,可以得到峰值、峰峰值、有效值和平均值等量值,它們之間存在一定的關(guān)系。振動(dòng)量的描述常用峰值表示,但在研究比較復(fù)雜的波形時(shí),只用峰值描述振動(dòng)的過程是不夠的,因?yàn)榉逯抵荒苊枋稣駝?dòng)大小的瞬間值,不包含產(chǎn)生振動(dòng)的時(shí)間過程。在考慮時(shí)間過程時(shí)進(jìn)一步描述,是平均絕對值和有效〔均方根值。這些參量都與幅值密切相關(guān)峰值定義為：X峰=Xm即從波形的基線位置到波峰的距離,也可稱為振幅。峰峰值是正峰到負(fù)峰間的距離。平均絕對值的定義為：有效值定義為：平均絕對值的使用價(jià)值較小,而有效值因與振動(dòng)的能量有直接關(guān)系,所以使用價(jià)值較大,特別是對隨機(jī)振動(dòng)的研究,使用價(jià)值更大。各量之間的關(guān)系為：這些關(guān)系式更通用的形式為：Ff稱為波形因數(shù),Fc稱為波峰因數(shù),Ff和Fc給出了所研究振動(dòng)波形的指標(biāo),對正弦振動(dòng),Ff=1.11≈1分貝,Fc=1.414≈3分貝。關(guān)于波形峰值、有效值和平均絕對值之關(guān)系的分析,對位移、速度、加速度和各種訊號波形都是適用的,但各種不同波形的Ff和Fc值是不一樣的,有時(shí)有很大的差別。例如正弦波、三角波和方波,其Ff和Fc值分別列于表1-1。表1-1系數(shù)波形波形因數(shù)Ff波峰因數(shù)Fc正弦波1.111.414三角波1.1551.732方波1.0001.000四、實(shí)驗(yàn)步驟4.1安裝儀器將激振器固定在實(shí)驗(yàn)臺基座上,并在簡支梁上安裝力傳感器,通過螺桿將激振器與力傳感器相連,并用螺母固緊,用專用連接線連接激振器和DH1301的功率輸出接口。把加速度傳感器安裝在簡支梁的中部,輸出信號接到數(shù)據(jù)采集分析儀的振動(dòng)測試通道。4.2儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)據(jù)采集分析儀的電源開關(guān),進(jìn)入DHDAS數(shù)據(jù)采集分析軟件。在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率為2kHz,"測量"/"統(tǒng)計(jì)光標(biāo)"里有7類時(shí)域統(tǒng)計(jì)信息,3類頻域統(tǒng)計(jì)信息,合理選擇關(guān)心的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率,使梁產(chǎn)生共振。開始采集數(shù)據(jù),采集數(shù)據(jù)前要清零。在窗口中,數(shù)據(jù)列表顯示了當(dāng)前數(shù)據(jù)的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析該實(shí)驗(yàn)主要是為了測定幅域統(tǒng)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系,不考慮其實(shí)際的物理意義,對信號波形來說作為電信號來處理,單位為〔mV頻率f<Hz>波峰值波谷值峰峰值有效值波形因數(shù)波峰因數(shù)實(shí)驗(yàn)五振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)共振前后李薩如圖圖形的變化規(guī)律和特點(diǎn)。1.2學(xué)習(xí)共振法測試固有頻率的原理和方法；〔幅值判別法和相位判別法1.3學(xué)習(xí)錘擊法測試振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的原理和方法；〔傳函判別法1.4學(xué)習(xí)自由衰減振動(dòng)波形自譜分析法測試振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的原理和方法?！沧宰V分析法二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖5-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理對于振動(dòng)系統(tǒng),經(jīng)常要測定其固有頻率,最常用的方法就是用簡諧力激振,引起系統(tǒng)共振,從而找到系統(tǒng)的各階固有頻率。另一種方法是錘擊法,用沖擊力激振,通過輸入的力信號和輸出的響應(yīng)信號進(jìn)行傳函分析,得到各階固有頻率。3.1簡諧力激振由簡諧力作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng),其運(yùn)動(dòng)方程為：方程式的解由這兩部分組成：式中<D為阻尼比>c1、c2常數(shù)由初始條件決定其中,x1代表阻尼自由振動(dòng)基,x2代表阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)項(xiàng)。自由振動(dòng)周期強(qiáng)迫振動(dòng)項(xiàng)周期由于阻尼的存在,自由振動(dòng)基隨時(shí)間不斷地衰減消失。最后,只剩下后兩項(xiàng),也就是通常講的定常強(qiáng)動(dòng),只剩下強(qiáng)迫振動(dòng)部分,即通過變換可寫成x=Asin<ωet->式中設(shè)頻率比將ε=Dω代入公式則振幅滯后相位角因?yàn)閝/ω2=<F0/m>/<K/m>=F0/K=xst為彈簧受干擾力峰值作用引起的靜位移,所以振幅A可寫成其中β稱為動(dòng)力放大系數(shù)=動(dòng)力放大系數(shù)β是強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)的動(dòng)力系數(shù)即動(dòng)幅值與靜幅值之比。這個(gè)數(shù)值對拾振器和單自由度體系的振動(dòng)的研究都是很重要的。當(dāng)u=1,即強(qiáng)迫振動(dòng)頻率和系統(tǒng)固有頻率相等時(shí),動(dòng)力系數(shù)迅速增加,引起系統(tǒng)共振,由式x=Asin<ωet->可知,共振時(shí)振幅和相位都有明顯變化,通過對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測量,我們可以判別系統(tǒng)是否達(dá)到共振點(diǎn),從而確定出系統(tǒng)的各階共振頻率。3.1.1幅值判別法在激振功率輸出不變的情況下,由低到高調(diào)節(jié)激振器的激振頻率,通過振動(dòng)曲線,我們可以觀察到在某一頻率下,任一振動(dòng)量〔位移、速度、加速度幅值迅速增加,這就是機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的某階固有頻率。這種方法簡單易行,但在阻尼較大的情況下,不同的測量方法測量出的共振頻率稍有差別,不同類型的振動(dòng)量對振幅變化敏感程度不一樣,這樣對于一種類型的傳感器在某階頻率時(shí)不夠敏感。3.1.2相位判別法相位判別是根據(jù)共振時(shí)特殊的相位值以及共振前后相位變化規(guī)律所提出來的一種共振判別法。在簡諧力激振的情況下,用相位法來判定共振是一種較為敏感的方法,而且共振時(shí)的頻率就是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率,可以排除阻尼因素的影響。激振信號為：f=Fsinωt位移信號為：y=Ysin<ωt->速度信號為：=ωYcos<ωt->加速度信號為：=-ω2sin<ωt->3.1.2.1位移判別法將激振信號輸入到采集儀的第一通道〔即x軸,位移傳感器輸出信號輸入第二通道〔即y軸,此時(shí)兩通道的信號分別為：激振信號為：f=Fsinωt位移信號為：y=Ysin<ωt->共振時(shí),ω=ωn,=π/2,x軸信號和y軸信號的相位差為π/2,根據(jù)李薩如圖原理可知,屏幕上的圖象將是一個(gè)正橢圓。當(dāng)ω略大于ωn或略小于ωn時(shí),圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓,其變化過程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。ω<ωnω=ωnω>ωn圖5-2用位移判別法共振的李薩如圖形3.1.2.2速度判別法將激振信號輸入到采集儀的第一通道〔即x軸,速度傳感器輸出信號輸入第二通道〔即y軸,此時(shí)兩通道的信號分別為：激振信號為：f=Fsinωt速度信號為：=ωYcos<ωt->=ωYsin<ωt+π/2->共振時(shí),ω=ωn,=π/2,x軸信號和y軸信號的相位差為0,根據(jù)李薩如圖原理可知,屏幕上的圖象將是一條直線。當(dāng)ω略大于ωn或略小于ωn時(shí),圖象都將由直線變?yōu)樾睓E圓,其變化過程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)橹本€的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。ω<ωnω=ωnω>ωn圖5-3用速度判別法共振的李薩如圖形3.1.2.3加速度判別法將激振信號輸入到采集儀的第一通道〔即x軸,加速度傳感器輸出信號輸入第二通道〔即y軸,此時(shí)兩通道的信號分別為：激振信號為： f=Fsinωt加速度信號為：=-ω2Ysin<ωt->=ω2Ysin<ωt+π->共振時(shí),ω=ωn,=π/2,x軸信號和y軸信號的相位差為π/2,根據(jù)李薩如圖原理可知,屏幕上的圖象將是一個(gè)正橢圓。當(dāng)ω略大于ωn或略小于ωn時(shí),圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓,其變化過程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。ω<ωnω=ωnω>ωn圖5-4用加速度判別法共振的李薩如圖形3.1.3頻率響應(yīng)法〔傳函判別函數(shù)判別法——?jiǎng)恿Ψ糯笙禂?shù)判別法通常我們認(rèn)為振動(dòng)系統(tǒng)為線性系統(tǒng),用一特定已知的激振力,以可控的方法來激勵(lì)結(jié)構(gòu),同時(shí)測量輸入和輸出信號,通過傳函分析,得到系統(tǒng)固有頻率。響應(yīng)與激振力之間的關(guān)系可用導(dǎo)納表示：Y的意義就是幅值為1的激勵(lì)力所產(chǎn)生的響應(yīng)。研究Y與激勵(lì)力之間的關(guān)系,就可得到系統(tǒng)的頻響特性曲線。在共振頻率下的導(dǎo)納值迅速增大,從而可以判別各階共振頻率。3.1.4自譜分析法當(dāng)系統(tǒng)做自由衰減振動(dòng)時(shí)包括了各階頻率成分,時(shí)域波形反映了各階頻率下自由衰減波形的線性疊加,通過對時(shí)域波形做FFT變換就可以得到其頻譜圖,從而我們可以從頻譜圖中各峰值處得到系統(tǒng)的各階固有頻率。四、實(shí)驗(yàn)方法4.1幅值判別法測量4.1.1安裝儀器將激振器固定在實(shí)驗(yàn)臺基座上,并在簡支梁上安裝力傳感器,通過螺桿將激振器與力傳感器相連,并用螺母固緊,把激振器的信號輸入端用連接線接到DH1301掃頻信號源的輸出接口上。把加速度傳感器安裝在簡支梁上,輸出信號接到數(shù)據(jù)采集分析儀的振動(dòng)測試通道。4.1.2開機(jī)打開儀器電源,進(jìn)入DHDAS數(shù)據(jù)采集分析軟件,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率,輸入傳感器靈敏度、設(shè)置量程范圍,在打開的記錄儀選擇接入信號的測量通道。清零后開始采集數(shù)據(jù)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。4.1.3測量打開DH1301掃頻信號源的電源開關(guān),調(diào)節(jié)輸出電壓,注意不要過載,手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出信號的頻率,從0開始調(diào)節(jié),當(dāng)簡支梁產(chǎn)生振動(dòng),且振動(dòng)量最大時(shí)〔共振,保持該頻率一段時(shí)間,記錄下此時(shí)信號源顯示的頻率,即為簡支梁振動(dòng)固有頻率。繼續(xù)增大頻率可得到高階振動(dòng)頻率。4.2相位判別法4.2.1安裝儀器將激勵(lì)信號源輸出端信號接入采集儀的振動(dòng)測試通道用外輸入數(shù)據(jù)采集1-1〔X軸,加速度傳感器輸出信號接采集儀器的振動(dòng)測試通道1-2〔Y軸。加速度傳感器放在梁L/3處。4.2.2開機(jī)打開儀器電源,進(jìn)入DHDAS數(shù)據(jù)采集分析軟件,激活打開的XY記錄儀窗口,選擇相應(yīng)通道AI1-1、AI1-2,利用李薩如圖顯示兩通道的數(shù)據(jù)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。調(diào)節(jié)信號源的頻率,觀察圖象的變化情況,將加速度傳感器換成速度傳感器和位移傳感器分別測試,觀察圖象,根據(jù)共振時(shí)各物理量的判別法原理,來確定共振頻率。4.2.3測量調(diào)節(jié)DH1301的輸出電壓來調(diào)整激振器的激振力大小,從而調(diào)整傳感器的輸出幅值大小。4.3頻響函數(shù)〔傳遞函數(shù)判別法測量4.3.1安裝儀器把力錘的力傳感器輸出線接到采集儀1-1通道,速度傳感器安放在簡支梁上,輸出信號接到1-2通道。4.3.2開機(jī)打開儀器電源,進(jìn)入DHDAS數(shù)據(jù)采集分析軟件,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置好采樣頻率、量程、傳感器靈敏度、輸入方式等參數(shù),設(shè)置完畢后在"頻響分析"/"新建"/"輸入"添加"AI1-1","輸出"添加"AI1-2"。設(shè)置"儲存方式"為"信號觸發(fā)"、"觸發(fā)通道"可以選擇"AI1-1"、"觸發(fā)量級"可以選擇"10%"、"延遲點(diǎn)數(shù)"可以設(shè)置"負(fù)延遲200點(diǎn)"、"平均次數(shù)"一般可以設(shè)置"10",即每個(gè)測點(diǎn)取10次頻響數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理,若時(shí)間允許的話,可以再多進(jìn)行幾次取平均,設(shè)置完畢進(jìn)入測量界面。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。4.3.3測量選擇"頻響布局",用力錘擊簡支梁中部,就可看到時(shí)域波形以及相應(yīng)的頻響曲線,頻響曲線的第一個(gè)峰就是系統(tǒng)的一階固有頻率。后面的幾個(gè)峰是系統(tǒng)的高階頻率。移動(dòng)傳感器或用力錘敲簡支梁的其他部位,再進(jìn)行測試,記錄下梁的各階固有頻率。4.4自譜分析法4.4.1安裝儀器把加速度傳感器安放在簡支梁上,輸出信號接到振動(dòng)測試通道1-1通道。4.4.2開機(jī)打開儀器電源,進(jìn)入DHDAS數(shù)據(jù)采集分析軟件,如上設(shè)置各項(xiàng)參數(shù),進(jìn)入測量界面。4.4.3測量選擇"頻譜布局"/"FFT"選擇相應(yīng)通道AI1-1,用力錘擊簡支梁中部,就可看到時(shí)域波形以及相應(yīng)的頻譜曲線,頻譜曲線的第一個(gè)峰就是系統(tǒng)的一階固有頻率。后面的幾個(gè)峰是系統(tǒng)的高階頻率。移動(dòng)傳感器或用力錘敲簡支梁的其他部位,再進(jìn)行測試,記錄下梁的各階固有頻率。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1將用位移、速度、加速度判別共振的結(jié)果圖分別繪出來。5.2比較各種方法得到的各階模態(tài)頻率。頻率〔Hz測試方法第一階頻率第二階頻率第三階頻率幅值判別法相位判別法位移d速度v加速度a傳函判別法自譜判別法5.3分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論原理是否相符合。實(shí)驗(yàn)六"李薩如圖形法"測量單自由度系統(tǒng)的固有頻率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1了解李薩如圖形的變化規(guī)律和共振時(shí)的特點(diǎn)。1.2學(xué)會用"李薩如圖法"測量單自由度系統(tǒng)的固有頻率f0。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖6-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖KCX圖6-2單自由度系統(tǒng)力學(xué)模型三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪窃趫D6-1簡支梁上安裝一個(gè)集中質(zhì)量〔電機(jī)或質(zhì)量塊,將一無限多自由度的梁簡化為一單自由度系統(tǒng),其力學(xué)模型如圖6-2所示。李薩如圖形法測頻原理與實(shí)驗(yàn)二相同。四、實(shí)驗(yàn)方法4.1將測試系統(tǒng)連接好將DH1301掃頻信號源輸出信號接到采集儀的1-1通道。將速度傳感器布置在激振電機(jī)附近,速度傳感器測得的信號接到采集儀的1-2通道。4.2儀器設(shè)置打開儀器電源,進(jìn)入控制分析軟件,新建一個(gè)項(xiàng)目〔文件名自定,設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和靈敏度等參數(shù),激活XY記錄儀窗口,選擇AI1-1和AI1-2。開始采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。用力錘輕敲電機(jī),使梁產(chǎn)生振動(dòng),同時(shí)調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號源的輸出頻率,使屏幕上出現(xiàn)一直線或橢<正>圓,此時(shí),激振信號源顯示的頻率即為簡支梁系統(tǒng)振動(dòng)的頻率fy。再新建一個(gè)文件,將周期信號頻率變?yōu)?lt;i=1／2,2>,觀察屏幕上的圖形。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析使激振信號源產(chǎn)生的頻率f=f0、f=2f0、f=0.5f實(shí)驗(yàn)七無阻尼單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)特性的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)會測量單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線。1.2學(xué)會根據(jù)幅頻特性曲線確定系統(tǒng)的固有頻率f0和阻尼比。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖7-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖7-2單雙自由度系統(tǒng)分解三、實(shí)驗(yàn)原理單自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖7-3所示。在正弦激振力的作用下系統(tǒng)作簡諧強(qiáng)迫振動(dòng),設(shè)激振力F的幅值B、圓頻率ω0<頻率f=ω／2π>,系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程式為：或〔7-1式中：ω—系統(tǒng)固有圓頻率ω=n衰減系數(shù)2n=c/mξ阻尼比ξ=n/ωF——激振力方程7-1的特解,即強(qiáng)迫振動(dòng)為：〔7-2式中：A——強(qiáng)迫振動(dòng)振幅--初相位〔7-3式<7-3>叫做系統(tǒng)的幅頻特性。將式<7-3>所表示的振動(dòng)幅值與激振頻率的關(guān)系用圖形表示,稱為幅頻特性曲線<如圖7-4所示>：7-3單自由度系統(tǒng)力學(xué)模型7-4單自由度系統(tǒng)振動(dòng)的幅頻特性曲線圖7-3中,Amax為系統(tǒng)共振時(shí)的振幅；f0為系統(tǒng)固有頻率,、為半功率點(diǎn)頻率。振幅為Amax時(shí)的頻率叫共振頻率f0。在有阻尼的情況下,共振頻率為：<7-4>當(dāng)阻尼較小時(shí),故以固有頻率作為共振頻率。在小阻尼情況下可得<7-5>實(shí)驗(yàn)方法4.1激振器安裝把激振器安裝在支架上,將激振器和支架固定在實(shí)驗(yàn)臺基座上,并保證激振器頂桿對單自由系統(tǒng)有一定的預(yù)壓力,用專用連接線連接激振器和DH1301功率輸出接口。4.2連接測試系統(tǒng)將力傳感器輸出信號接到采集儀的1-1通道,加速度傳感器布置在測量平面上,傳感器測得的信號接到采集儀的1-2通道,或者用電渦流傳感器進(jìn)行振動(dòng)測量。4.3儀器設(shè)置打開儀器電源,進(jìn)入控制分析軟件,新建一個(gè)文件〔文件名自定,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和傳感器靈敏度等參數(shù),激活記錄儀窗口,選擇對應(yīng)通道AI1-2,開始采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號源的輸出頻率,激振信號源顯示的頻率即為簡支梁系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率fy。改變輸出頻率：把頻率調(diào)到零,逐漸增大頻率到50Hz。每增加一次2—5Hz,在共振峰附近盡量增加測試點(diǎn)數(shù)。并將振動(dòng)幅值及對應(yīng)頻率填入表7-1。驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：分析軟件進(jìn)入到頻響函數(shù)分析模塊。設(shè)置信號源頻率,起始頻率：5Hz,結(jié)束頻率：100Hz,線性掃頻間隔：1Hz/s。設(shè)置分析軟件,平均方式：峰值保持；2D圖譜窗口內(nèi),選擇頻響函數(shù)1-2/1-1曲線；開始采集數(shù)據(jù),輸出掃頻信號給激振器。直到掃頻信號達(dá)到結(jié)束頻率,手動(dòng)停止掃頻。觀測頻響函數(shù)曲線類似圖7.4。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析5.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表7-l頻率<Hz>振幅5.2根據(jù)表7-1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線。5.3確定系統(tǒng)固有頻率。5.4確定阻尼比,按圖7.3所示計(jì)算0.707Amax,然后在幅頻特性曲線上確定、利用式<7.5>計(jì)算出阻尼比。5.5有興趣的同學(xué)可以試驗(yàn)二自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)特性測量?！捕杂啥认到y(tǒng)為單自由度系統(tǒng)基礎(chǔ)上卸下固定塊即可實(shí)驗(yàn)八有無阻尼對單自由度系統(tǒng)自由衰減的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1了解單自由度自由衰減振動(dòng)的有關(guān)概念。1.2學(xué)會用分析儀記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)的波形。1.3學(xué)會根據(jù)自由衰減振動(dòng)波形確定系統(tǒng)的固有頻率f0和阻尼比。1.4比較有無阻尼對單自由度系統(tǒng)衰減振動(dòng)特性區(qū)別。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖8-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理單自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖8-2所示。給系統(tǒng)<質(zhì)量M>一初始擾動(dòng),系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng),其運(yùn)動(dòng)微分方程式為：<8-1>式中：——系統(tǒng)固有角頻率=k／mn——阻尼系數(shù)2n=c／m——阻尼比=n/小阻尼<<1>時(shí),方程<8-1>的解為：<8-2>式中：A—振動(dòng)振幅—初相位—衰減振動(dòng)圓頻率,設(shè)初始條件：t=0時(shí),x=x0,,則〔8-3〔8-4式<8-2>的圖形如圖8.3所示。圖8-2單自由度振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型圖8-3自由衰減曲線此波形有如下特點(diǎn)：3.1振動(dòng)周期T1,大于無阻尼自由振動(dòng)周期T,即T1>T0。固有頻率<8-5>3.2振幅按幾何級數(shù)衰減減幅系數(shù)〔8-6對數(shù)減幅系數(shù)〔8-7對數(shù)減幅系數(shù)也可以用相隔i個(gè)周期的兩個(gè)振幅之比來計(jì)算：<8-8>從而可得：；C=；<8-9>四、實(shí)驗(yàn)方法4.1將系統(tǒng)安裝成單自由度無阻尼系統(tǒng)擰緊固定塊,定位塊離開左邊質(zhì)量塊,擰緊螺母；將加速度傳感器布置在測量平面上,加速度傳感器信號接到采集儀的振動(dòng)測試通道。4.2儀器設(shè)置打開儀器電源,進(jìn)入控制分析軟件,新建一個(gè)項(xiàng)目〔文件名自定,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和靈敏度等參數(shù),激活"記錄儀"窗口,選擇相應(yīng)通道AI1-1,開始采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。4.3測試和處理用錘敲擊右邊質(zhì)量塊使其產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)。記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)波形,然后設(shè)定i,利用雙光標(biāo)讀出i個(gè)波經(jīng)歷的時(shí)間△t,T1=△t；讀出相距i個(gè)周期的兩振幅的峰峰值2A1、2Ai+1之值,按公式8-9計(jì)算出阻尼比,再按公式8-5計(jì)算出固有頻率。說明：峰峰值〔A1.5為A1與A2之間的谷值這樣選取,可以減少零點(diǎn)誤差。4.4將系統(tǒng)安裝成單自由度有阻尼系統(tǒng)定位塊靠近左邊質(zhì)量塊,旋轉(zhuǎn)定位塊,將螺母反過來擰緊,即可實(shí)現(xiàn)加與不加阻尼兩種狀態(tài),重復(fù)以上步驟。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1繪出兩次單自由度自由衰減振動(dòng)波形圖〔一個(gè)無阻尼,一個(gè)有阻尼,并進(jìn)行比較。5.2根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按公式計(jì)算出固有頻率和阻尼比,計(jì)算結(jié)果填入下表。表8.1選項(xiàng)類型i時(shí)間t周期Tl2A12Ai+1阻尼比固有頻率無阻尼有阻尼5.3有興趣的同學(xué)可以測試有無阻尼對兩自由度系統(tǒng)衰減振動(dòng)的影響。〔注：兩自由度是在單自由度基礎(chǔ)上卸下固定塊即可5.4此為時(shí)域法算阻尼,一般較簡單的是半功率帶寬法測算阻尼,可以在"測量"/"圖形區(qū)設(shè)計(jì)"/"阻尼比計(jì)算",選擇對應(yīng)通道AI1-1,雙光標(biāo)截出一階頻率的半功率帶寬,軟件根據(jù)公式7-5算出相應(yīng)的阻尼比。實(shí)驗(yàn)九拍振實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1觀察拍振現(xiàn)象,建立拍振的概念。1.2了解如何消除或減弱拍振的現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖9-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí),有時(shí)會產(chǎn)生所謂拍的現(xiàn)象。什么叫拍?如對簡支梁系統(tǒng)施加兩個(gè)頻率接近、振幅不等的激振力,使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng),用分析儀測得系統(tǒng)的振動(dòng)波形如圖9-2所示,其振幅是周期地變化,這種現(xiàn)象就叫做拍。總的來講,兩個(gè)頻率接近、振幅不等的振動(dòng)迭加就能形成拍。根據(jù)拍振理論,設(shè)兩個(gè)頻率接近、振幅不等的振動(dòng)為：<9-1>合振動(dòng)〔9-2>式中：A合振動(dòng)振幅初相角〔9-3〔9-4分振動(dòng)y1、y2與合振動(dòng)y的波形如圖9-2所示,合振動(dòng)的頻率及周期為：〔9-5〔9-6合振動(dòng)的振幅隨時(shí)間在最大振幅Amax與最小振幅Amin間作周期變化,就形成了拍,如圖9-2虛線所示,其中：最大振幅,最小振幅。在拍振圖形上,有最大振幅的一段叫拍的腹,有最小振幅的一段叫拍的腰,腰和腹總是間隔地出現(xiàn)的。在單位時(shí)間內(nèi)腰或腹出現(xiàn)的次數(shù)叫拍的頻率,振幅大小改變一次的時(shí)間叫拍的周期。=-=<9-7>==<9-8>從<9-7>式可知,兩個(gè)分振動(dòng)的頻率相差越小,拍振動(dòng)的周期就越大。四、實(shí)驗(yàn)方法4.1安裝偏心電機(jī)偏心電機(jī)的電源線接到調(diào)壓器的輸出端,調(diào)壓器電源線接到調(diào)壓器的輸入端〔雙色為地線,一定要小心防止接錯(cuò),要注意調(diào)壓器的輸入和輸出端,防止接反。把調(diào)速電機(jī)安裝在簡支梁中部,對簡支梁產(chǎn)生一個(gè)未知的激振力,電機(jī)轉(zhuǎn)速〔強(qiáng)迫振動(dòng)頻率可用調(diào)壓器來改變,把調(diào)壓器放在"110"檔左右,調(diào)好后在實(shí)驗(yàn)的過程中不要再改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。4.2激振器安裝將激振器固定在實(shí)驗(yàn)臺基座上,并在簡支梁上安裝力傳感器,通過螺桿將激振器與力傳感器相連,并用螺母固緊,用專用連接線連接激振器和DH1301功率輸出接口。4.3將測試系統(tǒng)連接好將加速度傳感器布置在偏心電機(jī)和激振器的中間位置,傳感器測得的信號接到采集儀的1-1通道。4.4儀器設(shè)置打開儀器電源,進(jìn)入控制分析軟件,新建一個(gè)項(xiàng)目〔文件名自定,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和靈敏度等參數(shù),激活"記錄儀"窗口,選擇相應(yīng)通道AI1-1。開始采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號源的輸出頻率,當(dāng)激振頻率接近電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率時(shí),屏幕上出現(xiàn)了拍振波形。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表9-1分振動(dòng)分振動(dòng)頻率=<>Hz=<>Hz幅值 =<>=<>5.2繪出分析儀上觀察到的拍振波形。5.3根據(jù)表9-1數(shù)據(jù)計(jì)算、、、、。5.4如微微改變激振器頻率或電機(jī)轉(zhuǎn)速,觀察拍的頻率的變化。實(shí)驗(yàn)與理論是否一致？5.5對結(jié)構(gòu)來講,拍是不利的現(xiàn)象,如果拍的最大振幅大于允許值,則必須消除或減弱拍的現(xiàn)象。你用什么方法來改變拍的現(xiàn)象呢？實(shí)驗(yàn)十三自由度系統(tǒng)各階固有頻率及主振型的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)會用共振法確定三自由度系統(tǒng)的各階固有頻率。1.2觀察三自由度系統(tǒng)的各階振型。1.3將實(shí)驗(yàn)所測得的各階固有頻率、振型與理論計(jì)算值比較。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖10-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理把三個(gè)鋼質(zhì)量塊、、<集中質(zhì)量>固定在鋼絲繩上,鋼絲繩張力T用不同重量的重錘來調(diào)節(jié)。在平面橫振動(dòng)的條件下,忽略鋼絲繩的質(zhì)量,將一無限自由度系統(tǒng)簡化為三自由度系統(tǒng)。由振動(dòng)理知,三個(gè)集中質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)可用下面的方程來描述：〔10-1式中：質(zhì)量矩陣剛度矩陣位移矩陣系統(tǒng)的各階固有頻率為：一階固有頻率<10-2>二階固有頻率〔10-3三階固有頻率〔10-4式中：弦上集中質(zhì)量m=0.0045千克弦絲張力T=<>牛頓弦絲長度L=0.625米固有頻率f=〔赫茲進(jìn)一步可計(jì)算出各階主振型A<i>,<i=1,2,3>:<10-5>各階主振型如圖10-3所示：一階主振型二階主振型三階主振型圖10—3三自由度系統(tǒng)的主振型對于三自由度系統(tǒng),有三個(gè)固有頻率,系統(tǒng)在任意初始條件下的響應(yīng)是三個(gè)主振型的迭加。當(dāng)激振頻率等于某一階固有頻率時(shí),系統(tǒng)的振動(dòng)突出為主振動(dòng),系統(tǒng)的振型由該階主振型決定,其它階的主振型可忽略不計(jì)。主振型與固有頻率一樣只決定于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì),而與初始條件無關(guān)。測定系統(tǒng)的固有頻率時(shí),只要連續(xù)調(diào)整激振頻率,使系統(tǒng)出現(xiàn)某階振型且振幅達(dá)到最大,此時(shí)的激振頻率即是該階固有頻率。實(shí)驗(yàn)方法4.1激振器安裝把非接觸激振器安裝在磁性表座上,將激振器和磁性表座固定在實(shí)驗(yàn)臺基座上,并保證非接觸激振器與鋼絲質(zhì)量塊距離在10-15mm〔如圖所示,使振動(dòng)時(shí)激振器不碰撞質(zhì)量塊。用專用連接線連接非接觸4.2開啟DH1301的電源開關(guān),調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號源的輸出頻率,激振頻率由低到高逐漸增加,當(dāng)觀察到系統(tǒng)出現(xiàn)如圖10-3所示的第一階振型且振幅最大時(shí),激振信號源顯示的頻率就是系統(tǒng)的一階固有頻率。依此下去,可得到如圖10-3所示的第二、三階振型和二、三階固有頻率。4.3更換不同的質(zhì)量,使鋼絲產(chǎn)生不同張力,分別重復(fù)以上各步測得前兩階的固有頻率。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1不同張力下各階固有頻率的理論計(jì)算值與實(shí)測值表10-1弦絲張力T=1×9.8<N>T=2×9.8<N>固-有頻率理論值實(shí)測值5.2繪出觀察到的三自由度系統(tǒng)振型曲線。5.3將理論計(jì)算出的各階固有頻率、理論振型與實(shí)測固有頻率、實(shí)測振型相比較,是否一致?產(chǎn)生誤差的原因在哪里?實(shí)驗(yàn)十一索力測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)索力測試的原理；1.2學(xué)習(xí)索力測試方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖圖11-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理拉索是斜拉橋和懸索橋的重要承重構(gòu)件,設(shè)計(jì)和施工時(shí)通過調(diào)整拉索的索力：使塔、梁處于最佳受力狀態(tài)。在運(yùn)營過程中,亦應(yīng)不斷監(jiān)測索力變化,及時(shí)調(diào)整索力,使之處于設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)。因此,無論施工過程還是運(yùn)營過程中均需準(zhǔn)確地測知索力。頻率法目前是斜拉橋測索力的普遍應(yīng)用方法,索的邊界條件為兩端固定,索的質(zhì)量均勻分布,在本程序模塊中,索力計(jì)算公式為：其中：T——索的拉力〔N；M——索單位長度的質(zhì)量〔kg/m；L——纜索的長度〔m；——第n階自振頻率在該試驗(yàn)中采用鋼絲模擬索力的測試過程,鋼絲的質(zhì)量可以忽略不計(jì),在鋼絲上加一塊質(zhì)量塊,形成集中的單自由度系統(tǒng),激勵(lì)質(zhì)量塊,產(chǎn)生自由衰減振動(dòng),測得其頻率,就可通過以下公式來計(jì)算：當(dāng)采用兩個(gè)集中質(zhì)量塊均勻分布,并且兩個(gè)質(zhì)量塊質(zhì)量相等為m時(shí),激勵(lì)質(zhì)量塊,產(chǎn)生自由衰減振動(dòng),測得其二階頻率,就可通過以下公式來計(jì)算：當(dāng)采用三個(gè)集中質(zhì)量塊均勻分布,并且三個(gè)質(zhì)量塊質(zhì)量相等為m時(shí),激勵(lì)質(zhì)量塊,產(chǎn)生自由衰減振動(dòng),測得其三階頻率,就可通過以下公式來計(jì)算：m——小質(zhì)量塊質(zhì)量〔kgL——鋼絲兩端支承間距〔mn——為頻率階數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)方法4.1按示意圖安裝配重塊和鋼絲質(zhì)量塊組成的三自由度懸索系統(tǒng),電渦流位移傳感器安裝在質(zhì)量塊上面,距離約為4mm,電渦流傳感器的輸出接入采集儀的應(yīng)變通道。4.2打開儀器電源,進(jìn)入控制分析軟件,新建一個(gè)項(xiàng)目〔文件名自定,在"設(shè)置"/"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和靈敏度等參數(shù),激活"記錄儀"窗口和"FFT"窗口,選擇相應(yīng)通道,開始采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。4.3用手在垂直方向使質(zhì)量塊離開平衡位置,放開手后,系統(tǒng)做自由衰減振動(dòng),在譜窗口讀取共振頻率,計(jì)算索力值。4.4改變配重塊質(zhì)量,重復(fù)以上步驟。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析配重質(zhì)量<kg>試驗(yàn)次數(shù)測試頻率<Hz>小質(zhì)量塊質(zhì)量<g>支承鋼絲長度<m>索力<N>0.5150.625250.6251150.625250.625實(shí)驗(yàn)十二錘擊法簡支梁模態(tài)測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)測力法模態(tài)分析原理；1.2學(xué)習(xí)測力法〔錘擊法模態(tài)測試及分析方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖圖12-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理3.1模態(tài)分析方法及其應(yīng)用模態(tài)分析方法是把復(fù)雜的實(shí)際結(jié)構(gòu)簡化成模態(tài)模型,來進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)識別〔系統(tǒng)識別,從而大大地簡化了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算。通過實(shí)驗(yàn)測得實(shí)際響應(yīng)來尋求相應(yīng)的模型或調(diào)整預(yù)想的模型參數(shù),使其成為實(shí)際結(jié)構(gòu)的最佳描述。主要應(yīng)用有：用于振動(dòng)測量和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析?？蓽y得比較精確的固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度?？捎媚B(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果去指導(dǎo)有限元理論模型的修正,使計(jì)算機(jī)模型更趨于完善和合理。用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改、靈敏度分析和反問題的計(jì)算。用來進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算和載荷識別。3.2模態(tài)分析基本原理工程實(shí)際中的振動(dòng)系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體,其質(zhì)量與剛度具有分析的性質(zhì),只有掌握無限多個(gè)點(diǎn)在每瞬間時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況,才能全面描述系統(tǒng)的振動(dòng)。因此,理論上它們都屬于無限多自由度的系統(tǒng),需要用連續(xù)模型才能加以描述。但實(shí)際上不可能這樣做,通常采用簡化的方法,歸結(jié)為有限個(gè)自由度的模型來進(jìn)行分析,即將系統(tǒng)抽象為由一些集中質(zhì)量塊和彈性元件組成的模型。如果簡化的系統(tǒng)模型中有n個(gè)集中質(zhì)量,一般它便是一個(gè)n自由度的系統(tǒng),需要n個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)來描述它們的運(yùn)動(dòng),系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程是n個(gè)二階互相耦合〔聯(lián)立的常微分方程。模態(tài)分析是在承認(rèn)實(shí)際結(jié)構(gòu)可以運(yùn)用所謂"模態(tài)模型"來描述其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的條件下,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析,尋求其"模態(tài)參數(shù)",是一種參數(shù)識別的方法。模態(tài)分析的實(shí)質(zhì),是一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。其目的在于把原在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中描述的響應(yīng)向量,放到所謂"模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)"中來描述。這一坐標(biāo)系統(tǒng)的每一個(gè)基向量恰是振動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)特征向量。也就是說在這個(gè)坐標(biāo)下,振動(dòng)方程是一組互無耦合的方程,分別描述振動(dòng)系統(tǒng)的各階振動(dòng)形式,每個(gè)坐標(biāo)均可單獨(dú)求解,得到系統(tǒng)的某階結(jié)構(gòu)參數(shù)。經(jīng)離散化處理后,一個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可由N階矩陣微分方程描述：<1>式中f<t>為N維激振向量；x,,分別為N維位移、速度和加速度響應(yīng)向量；M、K、C分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣,通常為實(shí)對稱N階矩陣。設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零,對方程式〔1兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換,可以得到以復(fù)數(shù)s為變量的矩陣代數(shù)方程<2>式中的矩陣<3>反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,稱為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣或廣義阻抗矩陣。其逆矩陣<4>稱為廣義導(dǎo)納矩陣,也就是傳遞函數(shù)矩陣。由式〔2可知<5>在上式中令s=jω,即可得到系統(tǒng)在頻域中輸出〔響應(yīng)向量*和輸入*的關(guān)系式<6>式中H〔ω為頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣。H〔ω矩陣中第i行第j列的元素<7>等于僅在j坐標(biāo)激振〔其余坐標(biāo)激振為零時(shí),i坐標(biāo)響應(yīng)與激振力之比。在〔3式中令可得阻抗矩陣<8>利用實(shí)際對稱矩陣的加權(quán)正交性,有其中矩陣稱為振型矩陣,假設(shè)阻尼矩陣C也滿足振型正交性關(guān)系代入〔8式得到<9>式中因此<10>上式中,,分別為第r階模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度〔又稱為廣義質(zhì)量和廣義剛度。分別為第r階模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型。不難發(fā)現(xiàn),N自由度系統(tǒng)的頻率響應(yīng),等于N個(gè)單自由度系統(tǒng)頻率響應(yīng)的線形疊加。為了確定全部模態(tài)參數(shù),實(shí)際上只需測量頻率響應(yīng)矩陣的一列〔對應(yīng)一點(diǎn)激振,各點(diǎn)測量的或一行〔對應(yīng)依次各點(diǎn)激振,一點(diǎn)測量的就夠了。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析或模態(tài)參數(shù)識別的任務(wù)就是由一定頻段內(nèi)的實(shí)測頻率響應(yīng)函數(shù)數(shù)據(jù),確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)——模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和振型〔n為系統(tǒng)在測試頻段內(nèi)的模態(tài)數(shù)。3.3模態(tài)分析方法和測試過程3.3.1激勵(lì)方法為進(jìn)行模態(tài)分析,首先要測得激振力及相應(yīng)的響應(yīng)信號,進(jìn)行傳遞函數(shù)分析。傳遞函數(shù)分析實(shí)質(zhì)上就是機(jī)械導(dǎo)納,i和j兩點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)表示在j點(diǎn)作用單位力時(shí),在i點(diǎn)所引起的響應(yīng)。要得到i和j點(diǎn)之間的傳遞導(dǎo)納,只要在j點(diǎn)加一個(gè)頻率為的正弦的力信號激振,而在i點(diǎn)測量其引起的響應(yīng),就可得到計(jì)算傳遞函數(shù)曲線上的一個(gè)點(diǎn)。如果是連續(xù)變化的,分別測得其相應(yīng)的響應(yīng),就可以得到傳遞函數(shù)曲線。然后建立結(jié)構(gòu)模型,采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行模態(tài)擬合,得到各階模態(tài)參數(shù)和相應(yīng)的模態(tài)振型動(dòng)畫,形象地描述出系統(tǒng)的振動(dòng)型態(tài)。根據(jù)模態(tài)分析的原理,我們要測得傳遞函數(shù)模態(tài)矩陣中的任一行或任一列,由此可采用不同的測試方法。要得到矩陣中的任一行,要求采用各點(diǎn)輪流激勵(lì),一點(diǎn)響應(yīng)的方法；要得到矩陣中任一列,采用一點(diǎn)激勵(lì),多點(diǎn)測量響應(yīng)的方法。實(shí)際應(yīng)用時(shí),單擊拾振法,常用錘擊法激振,用于結(jié)構(gòu)較為輕小,阻尼不大的情況。對于笨重、大型及阻尼較大的系統(tǒng),則常用固定點(diǎn)激振的方法,用激振器激勵(lì),以提供足夠的能量。還有一點(diǎn)是單點(diǎn)拾振法,當(dāng)結(jié)構(gòu)常因過于巨大和笨重,以至于采用單點(diǎn)激振時(shí)不能提供足夠的能量,把我們感興趣的模態(tài)激勵(lì)出來?；蛘呤窃诮Y(jié)構(gòu)同一頻率時(shí)可能有多個(gè)模態(tài),這樣單點(diǎn)激振就不能把它們分離出來,這時(shí)就需要采用多點(diǎn)激振的方法,采用兩個(gè)甚至更多的激勵(lì)來激發(fā)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。3.3.2結(jié)構(gòu)安裝方式在測試中使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)處于什么狀態(tài),是試驗(yàn)準(zhǔn)備工作的一個(gè)重要方面。一種經(jīng)常采用的狀態(tài)是自由狀態(tài)。即使試驗(yàn)對象在任一坐標(biāo)上都不與地面相連接,自由地懸浮在空中。如放在很軟的泡沫塑料上；或用很長的柔索將結(jié)構(gòu)吊起而在水平方向激振,可認(rèn)為在水平方向處于自由狀態(tài)。另一種是地面支承狀態(tài),結(jié)構(gòu)上有一點(diǎn)或若干點(diǎn)與地面固結(jié)。如果在我們所關(guān)心的是實(shí)際情況支承條件下的模態(tài),這時(shí),可在實(shí)際支承條件下進(jìn)行試驗(yàn)。但最好還是自由支承為佳。因?yàn)樽杂蔂顟B(tài)具有更多的自由度。四、實(shí)驗(yàn)步驟有一根梁如圖12-2所示,長〔x向500mm,寬<y向>50mm,欲使用多點(diǎn)敲擊、單點(diǎn)響應(yīng)方法做其z圖12-2梁的結(jié)構(gòu)示意圖和測點(diǎn)分布示意圖4.1測點(diǎn)的確定此梁在y、z方向尺寸和x方向〔尺寸相差較大,可以簡化為桿件,所以只需在x方向順序布置若干敲擊點(diǎn)即可〔本例采用多點(diǎn)敲擊、單點(diǎn)響應(yīng)方法,敲擊點(diǎn)的數(shù)目視要得到的模態(tài)的階數(shù)而定,敲擊點(diǎn)數(shù)目要多于所要求的階數(shù),得出的高階模態(tài)結(jié)果才可信。此例中x方向把梁分成十六等份,即可布十七個(gè)測點(diǎn)。選取拾振點(diǎn)時(shí)要盡量避免使拾振點(diǎn)在模態(tài)振型的節(jié)點(diǎn)上,此處取拾振點(diǎn)在六號點(diǎn)處。4.2儀器連接儀器連接如圖12-3所示,其中力錘上的力傳感器接動(dòng)態(tài)采集分析儀的第一通道〔即振動(dòng)測量通道,壓電加速度傳感器接第二通道〔振動(dòng)測試通道。圖12-3儀器連接及傳感器分布示意圖4.3打開儀器電源,啟動(dòng)DHDAS控制分析軟件,選擇頻響布局功能。在彈出的六個(gè)窗口內(nèi),分別顯示1-1通道的示波、1-2通道的示波、1-1通道的觸發(fā)數(shù)據(jù)、1-2通道的觸發(fā)數(shù)據(jù)、頻響函數(shù)數(shù)據(jù)和相干函數(shù)。4.4參數(shù)設(shè)置打開動(dòng)態(tài)采集分析儀電源,啟動(dòng)DHDAS軟件,選擇"模擬通道"設(shè)置采樣頻率、量程、傳感器靈敏度、輸入方式等參數(shù)。注：采樣頻率一般設(shè)置為采集信號的10倍～20倍,保證采集的信號沒有幅值失真。量程范圍一般設(shè)置為采集信號的1.5倍,保證較高的信噪比。工程單位根據(jù)實(shí)際物理量設(shè)置,傳感器靈敏度根據(jù)傳感器銘牌正確設(shè)置。設(shè)置完畢后在"頻響分析"/"新建"/"輸入"添加"AI1-1","輸出"添加"AI1-2",正確輸入測點(diǎn)方向。設(shè)置"儲存方式"為"信號觸發(fā)"、"觸發(fā)通道"可以選擇"AI1-1"、"觸發(fā)量級"可以選擇"10%"、"延遲點(diǎn)數(shù)"可以設(shè)置"負(fù)延遲200點(diǎn)"、"平均次數(shù)"一般可以設(shè)置"10",即每個(gè)測點(diǎn)取10次頻響數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理,若時(shí)間允許的話,可以再多進(jìn)行幾次取平均。選擇"手動(dòng)確認(rèn)/濾除"即相當(dāng)于預(yù)覽效果,滿意則確認(rèn)保存,不滿意則重新測試。設(shè)置完畢進(jìn)入測量界面。注意：移動(dòng)敲擊時(shí),當(dāng)力錘移動(dòng)到其他點(diǎn)進(jìn)行敲擊測量時(shí),就必須相應(yīng)的修改力錘通道的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)的測點(diǎn)編號。每次移動(dòng)力錘后都要新建文件。用力錘敲擊各個(gè)測點(diǎn),觀察有無波形,如果有一個(gè)或兩個(gè)通道無波形或波形不正常,就要檢查儀器是否連接正確、導(dǎo)線是否接通、傳感器、儀器的工作是否正常等等,直至波形正確為止。使用適當(dāng)?shù)那脫袅η脫舾鳒y點(diǎn),調(diào)節(jié)量程范圍,直到力的波形和響應(yīng)的波形既不過載也不過小。"手動(dòng)確認(rèn)/濾除"打開后,軟件在每次敲擊采集數(shù)據(jù)后,提示是否保存該次試驗(yàn)數(shù)據(jù)。需要學(xué)生判斷敲擊信號和響應(yīng)信號的質(zhì)量,判斷原則為：力錘信號無連擊,振動(dòng)信號無過載。4.5數(shù)據(jù)預(yù)處理調(diào)節(jié)采樣數(shù)據(jù)采樣完成后,對采樣數(shù)據(jù)重新檢查并再次回放計(jì)算頻響函數(shù)數(shù)據(jù)。一通道的力信號加力窗,在力窗窗寬調(diào)整合適。對響應(yīng)信號加指數(shù)窗。設(shè)置完成后,回放數(shù)據(jù)重新計(jì)算頻響函數(shù)數(shù)據(jù)。4.6模態(tài)分析幾何建模：自動(dòng)創(chuàng)建矩形模型,輸入模型的長寬參數(shù)以及分段數(shù)；打開節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)欄,編寫測點(diǎn)號；導(dǎo)入頻響函數(shù)數(shù)據(jù)：從上述實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)文件內(nèi),將每個(gè)測點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)讀入模態(tài)軟件,注意選擇測量類型：單點(diǎn)拾振測量方式參數(shù)識別：首先光標(biāo)選擇一個(gè)頻段的數(shù)據(jù),點(diǎn)擊參數(shù)識別按鈕,搜索峰值,計(jì)算頻率阻尼及留數(shù)〔振型。4.7振型編輯模態(tài)分析完畢以后可以觀察、打印和保存分析結(jié)果,也可以觀察模態(tài)振型的動(dòng)畫顯示。圖12-4前四階振型4.8動(dòng)畫顯示打開振型表文件和幾何模型窗口,在振型表文件窗口內(nèi),按數(shù)據(jù)匹配命令,將模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)分配給幾何模型的測點(diǎn)。進(jìn)入到幾何模型窗口,點(diǎn)擊動(dòng)畫顯示按鈕,幾何模型將相應(yīng)模態(tài)頻率的振型以動(dòng)畫顯示出來。在振型表文件內(nèi)鼠標(biāo)選擇不同的模態(tài)頻率,幾何模型上就相應(yīng)的將其對應(yīng)的振型顯示出來,如圖12-4為簡支梁的前四階振型的彩色動(dòng)畫顯示。在幾何模型窗口內(nèi),使用相應(yīng)按鈕可以動(dòng)畫進(jìn)行控制,如更換在視圖選擇中選取顯示方式：單視圖、多模態(tài)和三視圖；改變顯示色彩方式；振幅、速度和大小,以及幾何位置。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析5.1記錄模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率阻尼比5.2打印出各階模態(tài)振型圖實(shí)驗(yàn)十三線性掃頻法簡支梁模態(tài)測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)線性掃頻法實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析原理；1.2學(xué)習(xí)線性掃頻法模態(tài)測試及分析方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖圖13-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)對簡支梁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析使用的是測力法模塊,與錘擊法簡支梁模態(tài)測試基本一致,區(qū)別如下：3.1錘擊法簡支梁模態(tài)測試方法中,在測試輸入、輸出信號〔激勵(lì)、響應(yīng)信號的頻響關(guān)系〔頻響函數(shù)時(shí),激勵(lì)力由力錘提供〔壓電式力傳感器接收信號；而線性掃頻法簡支梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)中,激勵(lì)信號為力傳感器拾取的掃頻信號源DH1301〔內(nèi)置小功率功放控制激振器激勵(lì)出來的激勵(lì)信號。3.2錘擊法簡支梁模態(tài)測試可以選用單點(diǎn)拾振法<跑激勵(lì)>,也可以選用單點(diǎn)激勵(lì)法<跑響應(yīng)>,而線性掃頻法簡支梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)由于移動(dòng)激勵(lì)比較困難,工作量大,所以一般情況下多采用單點(diǎn)激勵(lì)法?？偟膩碚f,線性掃頻法簡支梁模態(tài)測試方法和錘擊法簡支梁模態(tài)測試方法在原理上是基本相同的。四、實(shí)驗(yàn)步驟有一根梁如圖12-2所示,長〔x向555mm,寬<y向>50mm,欲采用線性掃頻方法做其z4.1測點(diǎn)的確定此梁在y、z方向尺寸和x方向〔尺寸相差較大,可以簡化為桿件,所以只需在x方向順序布置若干測點(diǎn)即可,測點(diǎn)的數(shù)目視要得到的模態(tài)的階數(shù)而定,測點(diǎn)數(shù)目要多于所要測量振型的階數(shù),得出的高階振型結(jié)果才真實(shí)可靠。同時(shí)注意要把激振位置作為簡支梁模態(tài)測試中的一個(gè)測點(diǎn)〔測得原點(diǎn)頻響。此例中在x方向把梁分成十六等份,布置十五個(gè)測點(diǎn)〔梁的兩個(gè)端點(diǎn)不作為測點(diǎn)。4.2連接儀器固定好JZ-1型接觸式激振器,并與DH1301連接好。力傳感器信號接入數(shù)據(jù)采集分析儀的第一通道,壓電式加速度傳感器信號接入第二通道。4.3數(shù)據(jù)采集及參數(shù)設(shè)置打開儀器電源,啟動(dòng)DHDAS控制分析軟件,菜單選擇分析/頻響分析。在新建的四個(gè)窗口內(nèi),分別顯示頻響函數(shù)數(shù)據(jù)、1-1通道的時(shí)間波形、相干函數(shù)和1-2通道的時(shí)間波形,平衡清零之后,等待采樣。打開DH1301掃頻信號發(fā)生器,調(diào)節(jié)類型為"線性掃頻"〔具體的DH1301的面板操作方法請用戶參考DH1301硬件說明書,設(shè)置起頻為10,止頻為500,掃速為1,按"確定",然后按下"開始",調(diào)節(jié)掃頻電壓,即可開始線性掃頻。點(diǎn)擊DHDAS軟件中的采樣按鈕,開始采樣。注意觀察頻響函數(shù)的變化。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置采樣頻率：1.28KHz<分析頻率取整,且采樣頻率的選取視用戶希望通過掃頻實(shí)驗(yàn)得到簡支梁的頻率階數(shù)而定。實(shí)驗(yàn)裝置配套的簡支梁選取1.28KHz〔通過實(shí)驗(yàn)或有限元分析大致確定的采樣頻率即可掃出簡支梁的前四階頻率；如過希望得到較高階的頻率,則采樣頻率應(yīng)選得較高,如5.12KHz>；儲存方式：連續(xù)。平均方式：峰值保持。時(shí)域點(diǎn)數(shù)：視用戶所選取的采樣頻率而靈活調(diào)整,一般那情況下,保證頻率分辨率的值小于1.25即可。如選取1.28KHz的采樣頻率,建議選取1024或2048；如選取5.12KHz的采樣頻率,建議選取4096或者8192。通道參數(shù)設(shè)置工程單位和靈敏度：參考實(shí)驗(yàn)十二。量程范圍：參考實(shí)驗(yàn)十二的量程范圍選定原則,另外根據(jù)試驗(yàn)者所期望達(dá)到的掃頻范圍靈活地加以調(diào)整。模態(tài)參數(shù)：編寫測點(diǎn)號和方向。如果測量1號點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù),在1-1通道〔力信號的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入激振器的測點(diǎn)號<測點(diǎn)號固定>,測量方向輸入+Z；響應(yīng)通道〔加速度信號的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入1,方向?yàn)?Z；如果測量2號點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù),在1-1通道〔力信號的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入激振器的測點(diǎn)號〔測點(diǎn)號固定,測量方向輸入+Z；響應(yīng)通道〔加速度傳感器信號的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入2；如果測量其它點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù),依此類推。注意：移動(dòng)加速度傳感器測量響應(yīng)信號時(shí),當(dāng)加速度傳感器移動(dòng)到其他點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí),就必須相應(yīng)的修改加速度傳感器通道的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)的測點(diǎn)編號。每次移動(dòng)加速度傳感器后都要新建文件。測試時(shí)觀察有無波形,如果有一個(gè)或兩個(gè)通道無波形或波形不正常,就要檢查儀器是否連接正確、導(dǎo)線是否接通、傳感器、儀器的工作是否正常等等,直至波形正確為止。根據(jù)DH1301輸出電壓的大小靈活調(diào)節(jié)量程范圍,在正式測試之前可進(jìn)行預(yù)采樣大致觀察一下信號的大小,直到力的波形和響應(yīng)的波形既不過載也不過小。4.4數(shù)據(jù)預(yù)處理調(diào)節(jié)采樣數(shù)據(jù)采樣完成后,對采樣數(shù)據(jù)重新檢查,更改錯(cuò)誤設(shè)置,重新計(jì)算頻響函數(shù)數(shù)據(jù)。4.5模態(tài)分析幾何建模：自動(dòng)創(chuàng)建矩形模型,輸入模型的長寬參數(shù)以及分段數(shù)；打開節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)欄,編寫測點(diǎn)號；導(dǎo)入頻響函數(shù)數(shù)據(jù)：從上述實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)文件內(nèi),將每個(gè)測點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)讀入模態(tài)軟件,注意選擇測量類型：單點(diǎn)激勵(lì)法；參數(shù)識別：首先光標(biāo)選擇一個(gè)頻段的數(shù)據(jù),點(diǎn)擊參數(shù)識別按鈕,搜索峰值,計(jì)算頻率阻尼及留數(shù)〔振型。4.6振型編輯同實(shí)驗(yàn)十二。4.7動(dòng)畫顯示同實(shí)驗(yàn)十二。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析5.1記錄模態(tài)參數(shù)并打印出各階模態(tài)振型圖模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率阻尼實(shí)驗(yàn)十四隨機(jī)激勵(lì)法簡支梁模態(tài)測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)隨機(jī)激勵(lì)法實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析原理；1.2學(xué)習(xí)隨機(jī)激勵(lì)法模態(tài)測試及分析方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖圖14-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)對簡支梁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析采用的模態(tài)分析方法為測力法模塊,與錘擊法簡支梁模態(tài)測試基本一致,區(qū)別如下：3.1錘擊法簡支梁模態(tài)測試方法中,在測試輸入、輸出信號〔激勵(lì)、響應(yīng)信號的頻響關(guān)系〔頻響函數(shù)時(shí),激勵(lì)力由力錘提供〔壓電式力傳感器接收信號；而隨機(jī)激勵(lì)法簡支梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)中,激勵(lì)信號為DH1301控制激振器產(chǎn)生的隨機(jī)激勵(lì)信號〔同為壓電式力傳感器接收信號。3.2錘擊法簡支梁模態(tài)測試可以選用單點(diǎn)拾振法<跑激勵(lì)>,也可以選用單點(diǎn)激勵(lì)法<跑響應(yīng)>；而隨機(jī)激勵(lì)法簡支梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)由于移動(dòng)激勵(lì)比較困難,工作量大,所以一般情況下多采用單點(diǎn)激勵(lì)法?？偟膩碚f,隨機(jī)激勵(lì)法簡支梁模態(tài)測試方法和錘擊法簡支梁模態(tài)測試方法在原理上是基本相同的。四、實(shí)驗(yàn)步驟有一根梁如圖12-2所示,長〔x向555mm,寬<y向>50mm,欲使用多點(diǎn)敲擊、單點(diǎn)響應(yīng)方法做其z4.1測點(diǎn)的確定此梁在y、z方向尺寸和x方向〔尺寸相差較大,可以簡化為桿件,所以只需在x方向順序布置若干測點(diǎn)即可,測點(diǎn)的數(shù)目視要得到的模態(tài)的階數(shù)而定,測點(diǎn)數(shù)目要多于所要測量振型的階數(shù),得出的高階振型結(jié)果才真實(shí)可靠。同時(shí)注意要把激振位置作為簡支梁模態(tài)測試中的一個(gè)測點(diǎn)〔測得原點(diǎn)頻響。此例中在x方向把梁分成十六等份,布置十五個(gè)測點(diǎn)〔梁的兩個(gè)端點(diǎn)不作為測點(diǎn)。4.2連接儀器固定好JZ-1型接觸式激振器,并與DH1301連接好。力傳感器信號接入數(shù)據(jù)采集分析儀的第一通道,壓電式加速度傳感器信號接入第二通道。4.3數(shù)據(jù)采集及參數(shù)設(shè)置打開儀器電源,啟動(dòng)DHDAS控制分析軟件,菜單選擇頻響布局功能。在新建的六個(gè)窗口內(nèi),分別顯示1-1通道的示波、1-2通道的示波、1-1通道的觸發(fā)數(shù)據(jù)、1-2通道的觸發(fā)數(shù)據(jù)、頻響函數(shù)數(shù)據(jù)和相干函數(shù),平衡清零之后,等待采樣。打開DH1301掃頻信號發(fā)生器,調(diào)節(jié)類型為"隨機(jī)"〔具體的DH1301的面板操作方法請用戶參考DH1301硬件使用說明書,按"確定",然后按下"開始",即可開始輸出隨機(jī)信號。點(diǎn)擊DHDAS軟件中的存儲按鈕,開始采樣。注意觀察頻響函數(shù)的變化。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置采樣頻率：1KHz儲存方式：連續(xù)平均方式：線性平均平均次數(shù)：建議較高,一般要求100次以上。時(shí)域點(diǎn)數(shù)：視用戶所選取的采樣頻率而靈活調(diào)整,一般情況下,保證頻率分辨率的值小于1.25即可。如選取1KHz的采樣頻率,建議選取1024或2048通道參數(shù)設(shè)置工程單位和靈敏度：參考實(shí)驗(yàn)十二。量程范圍：根據(jù)用戶所設(shè)置的隨機(jī)信號的輸出電壓而靈活調(diào)整。模態(tài)參數(shù)：編寫測點(diǎn)號和方向。如果測量1號點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù),在1-1通道〔隨機(jī)信號的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入激振器的測點(diǎn)號<激振器的測點(diǎn)號固定>,測量方向輸入+Z,響應(yīng)通道〔加速度傳感器信號的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入1,方向?yàn)?Z；如果測量2號點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù),在