結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析基礎(chǔ)9章課件

第9章結(jié)構(gòu)振動(dòng)與分析基本知識(shí)第9章結(jié)構(gòu)振動(dòng)與分析基本知識(shí)1振幅A

(Amplitude)

偏離平衡位置的最大值。描述振動(dòng)的規(guī)模。頻率

f(Frequency)

描述振動(dòng)的快慢。單位為次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。

圓頻率

=2

f

為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒初相角

(Initialphase)描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。簡諧振動(dòng)的三要素振幅A(Amplitude)簡諧振動(dòng)的三要素2振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系

振動(dòng)位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。xvaxva振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系振動(dòng)位移(Displac3振動(dòng)的時(shí)域波形名稱波形名稱波形

振動(dòng)的時(shí)域波形名稱波4若干幅值參數(shù)的定義瞬時(shí)值(Instantvalue)振動(dòng)的任一瞬時(shí)的數(shù)值。峰值(Peakvalue)振動(dòng)離平衡位置的最大偏離。平均絕對(duì)值

(Averageabsolutevalue)均值

(Meanvalue)

又稱平均值或直流分量。有效值(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)若干幅值參數(shù)的定義瞬時(shí)值(Instantvalue)x5正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均絕對(duì)值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值簡諧振動(dòng)的幅值參數(shù)正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼6復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，正峰值負(fù)峰值峰峰值x7常用的幅值參數(shù)及其單位

位移峰峰值。單位為微米（m）

速度

有效值。單位為毫米/秒（mm/s）加速度

峰值。單位為米/秒平方（m/s2）常用的幅值參數(shù)及其單位位移8振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法。頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。頻率分析可用頻率分析儀來實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來完成。頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出9各種振動(dòng)的頻譜圖名稱波形頻譜名稱波形頻譜各種振動(dòng)的頻譜圖名稱波形頻譜10時(shí)間域頻率域FFTIFFT時(shí)間域頻率域FFTIFFT11系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)自激振動(dòng)(結(jié)構(gòu))系統(tǒng)

單自由度多自由度

強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)恒定能源激勵(lì)響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)自激振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始12單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)在沒有激勵(lì)下，由初始條件引起的振動(dòng)，稱為自由振動(dòng)。初始位移初始速度a—無阻尼b—小阻尼c—臨界阻尼d—大阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)在沒有激勵(lì)下，由初始條件引起的振動(dòng)13單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)自由振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。振幅大小決定于初始條件（初始位移和初始速度）。系統(tǒng)的阻尼大，振幅衰減快；阻尼小，振幅衰減慢。阻尼系數(shù)=1稱為臨界阻尼。單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)自由振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。14由自由振動(dòng)確定固有頻率和阻尼由自由振動(dòng)確定固有頻率和阻尼15系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。每個(gè)頻率有一對(duì)應(yīng)的振型和阻尼值。同一階的固有頻率、振型和阻尼值一起，稱為模態(tài)。兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第一階模態(tài)系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。兩自由16三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標(biāo)的比例值。振型具有正交性。三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各17系統(tǒng)的自由振動(dòng)為各階自由振動(dòng)的疊加。振動(dòng)一般不再是簡諧的。各階自由振動(dòng)所占成分的大小，決定于初始條件。各階自由振動(dòng)衰減的快慢，決定于該階的阻尼。阻尼大，衰減快；阻尼小，衰減慢。在衰減過程中，各階的振型保持不變，即節(jié)點(diǎn)位置不變。多自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)的自由振動(dòng)為各階自由振動(dòng)的疊加。振動(dòng)一般不再是簡諧的。多18單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)振動(dòng)的頻率等于激勵(lì)的頻率。振幅大小與激勵(lì)的大小成正比。激勵(lì)頻率接近固有頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上說，振動(dòng)落后于激勵(lì)。振幅和位相隨激勵(lì)頻率而變化，變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示。單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)振動(dòng)的頻率等于激勵(lì)的頻率。19單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)幅頻特性相頻特性

激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響應(yīng)幅值響應(yīng)位相單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)幅頻特性相頻特性激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響20由強(qiáng)迫振動(dòng)確定固有頻率和阻尼由強(qiáng)迫振動(dòng)確定固有頻率和阻尼21振動(dòng)的頻率等于外激勵(lì)的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵(lì)的頻率和作用點(diǎn)位置。激勵(lì)頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，是為該階共振狀態(tài)。共振峰大小決定于該階阻尼值和激勵(lì)的位置。作用在某階節(jié)點(diǎn)上的激勵(lì)力，不能激起該階振動(dòng)。多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)振動(dòng)的頻率等于外激勵(lì)的頻率。多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)22磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz~1000Hz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：20mV/mm/s測量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速度。不適于測量瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過程。輸出阻抗低，抗干擾力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對(duì)小型對(duì)象有影響。在傳感器固有頻率附近有較大的相移。磁電速度傳感器接收形式：慣性式測量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速度23典型的磁電速度傳感器及其特性典型的磁電速度傳感器及其特性24壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz~10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。測量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加速度。適應(yīng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)的測量。傳感器質(zhì)量小，可測很高振級(jí)?，F(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。壓電加速度傳感器接收形式：慣性式測量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加25壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型中心壓縮型預(yù)壓簧片三角柱壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座26壓電加速度傳感器的典型特性預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片壓電加速度傳感器的典型特性預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片27第9章結(jié)構(gòu)振動(dòng)與分析基本知識(shí)第9章結(jié)構(gòu)振動(dòng)與分析基本知識(shí)28振幅A

(Amplitude)

偏離平衡位置的最大值。描述振動(dòng)的規(guī)模。頻率

f(Frequency)

描述振動(dòng)的快慢。單位為次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。

圓頻率

=2

f

為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒初相角

(Initialphase)描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。簡諧振動(dòng)的三要素振幅A(Amplitude)簡諧振動(dòng)的三要素29振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系

振動(dòng)位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。xvaxva振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系振動(dòng)位移(Displac30振動(dòng)的時(shí)域波形名稱波形名稱波形

振動(dòng)的時(shí)域波形名稱波31若干幅值參數(shù)的定義瞬時(shí)值(Instantvalue)振動(dòng)的任一瞬時(shí)的數(shù)值。峰值(Peakvalue)振動(dòng)離平衡位置的最大偏離。平均絕對(duì)值

(Averageabsolutevalue)均值

(Meanvalue)

又稱平均值或直流分量。有效值(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)若干幅值參數(shù)的定義瞬時(shí)值(Instantvalue)x32正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均絕對(duì)值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值簡諧振動(dòng)的幅值參數(shù)正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼33復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，正峰值負(fù)峰值峰峰值x34常用的幅值參數(shù)及其單位

位移峰峰值。單位為微米（m）

速度

有效值。單位為毫米/秒（mm/s）加速度

峰值。單位為米/秒平方（m/s2）常用的幅值參數(shù)及其單位位移35振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法。頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。頻率分析可用頻率分析儀來實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來完成。頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出36各種振動(dòng)的頻譜圖名稱波形頻譜名稱波形頻譜各種振動(dòng)的頻譜圖名稱波形頻譜37時(shí)間域頻率域FFTIFFT時(shí)間域頻率域FFTIFFT38系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)自激振動(dòng)(結(jié)構(gòu))系統(tǒng)

單自由度多自由度

強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)恒定能源激勵(lì)響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)自激振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始39單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)在沒有激勵(lì)下，由初始條件引起的振動(dòng)，稱為自由振動(dòng)。初始位移初始速度a—無阻尼b—小阻尼c—臨界阻尼d—大阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)在沒有激勵(lì)下，由初始條件引起的振動(dòng)40單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)自由振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。振幅大小決定于初始條件（初始位移和初始速度）。系統(tǒng)的阻尼大，振幅衰減快；阻尼小，振幅衰減慢。阻尼系數(shù)=1稱為臨界阻尼。單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)自由振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。41由自由振動(dòng)確定固有頻率和阻尼由自由振動(dòng)確定固有頻率和阻尼42系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。每個(gè)頻率有一對(duì)應(yīng)的振型和阻尼值。同一階的固有頻率、振型和阻尼值一起，稱為模態(tài)。兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第一階模態(tài)系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。兩自由43三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標(biāo)的比例值。振型具有正交性。三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各44系統(tǒng)的自由振動(dòng)為各階自由振動(dòng)的疊加。振動(dòng)一般不再是簡諧的。各階自由振動(dòng)所占成分的大小，決定于初始條件。各階自由振動(dòng)衰減的快慢，決定于該階的阻尼。阻尼大，衰減快；阻尼小，衰減慢。在衰減過程中，各階的振型保持不變，即節(jié)點(diǎn)位置不變。多自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)的自由振動(dòng)為各階自由振動(dòng)的疊加。振動(dòng)一般不再是簡諧的。多45單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)振動(dòng)的頻率等于激勵(lì)的頻率。振幅大小與激勵(lì)的大小成正比。激勵(lì)頻率接近固有頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上說，振動(dòng)落后于激勵(lì)。振幅和位相隨激勵(lì)頻率而變化，變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示。單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)振動(dòng)的頻率等于激勵(lì)的頻率。46單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)幅頻特性相頻特性

激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響應(yīng)幅值響應(yīng)位相單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)幅頻特性相頻特性激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響47由強(qiáng)迫振動(dòng)確定固有頻率和阻尼由強(qiáng)迫振動(dòng)確定固有頻率和阻尼48振動(dòng)的頻率等于外激勵(lì)的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵(lì)的頻率和作用點(diǎn)位置。激勵(lì)頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，是為該階共振狀態(tài)。共振峰大小決定于該階