譜分析的工程與應(yīng)用

二、譜分析的工程應(yīng)用近年來(lái)譜分析技術(shù)有了飛速的發(fā)展，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工程領(lǐng)域中。下面介紹譜分析技術(shù)的應(yīng)用情況1.各階固有頻率的識(shí)別通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)物激振、沖擊或工作狀態(tài)測(cè)得的結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率譜或幅值譜分析，由譜圖中的尖峰分量鑒別分析，可以求得結(jié)構(gòu)自振頻率。在此，以橋梁振動(dòng)為例，通過(guò)對(duì)梁和墩臺(tái)的測(cè)試分析，說(shuō)明其自振頻率的識(shí)別方法。圖示橋梁墩臺(tái)的測(cè)試分析單時(shí)橫鋼

車過(guò)的咖

火通得振單時(shí)橫鋼

車過(guò)的咖

火通得振對(duì)其作功率譜和幅值譜從譜分析圖中可以明顯君出由幾個(gè)主妥高峰，即梁的枇向水平振動(dòng)自振頻率從譜分析圖中可以明顯君出由幾個(gè)主妥高峰，即梁的枇向水平振動(dòng)自振頻率1.56Hz,梁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻瘁3.42Hz,火車輪對(duì)的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率2.68Hz,哦臺(tái)的橫向水平自振頻率4.39HZc功率譜振型分析求結(jié)構(gòu)振型時(shí)，首先要在結(jié)構(gòu)上合理地布置測(cè)點(diǎn)，然后通過(guò)對(duì)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)位移的幅值譜，或功率譜和互譜分析，可獲得結(jié)構(gòu)振動(dòng)的各階振型。幅值譜或功率譜可以給出每個(gè)測(cè)點(diǎn)在各頻率點(diǎn)上相應(yīng)的幅值大小，而通過(guò)互譜則可建立起各測(cè)點(diǎn)與某特定參考點(diǎn)間相對(duì)的相位關(guān)系（也是各測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)相位關(guān)系），這樣就確定了結(jié)構(gòu)在各階振動(dòng)頻率下的振型，即各階振型。圖示機(jī)械系統(tǒng)和基礎(chǔ)振動(dòng)傳遞特性的分析通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)或支承基礎(chǔ)的幅、相頻特性以及輸入輸出的相關(guān)函數(shù)分析，可以得到機(jī)械系統(tǒng)或支撐基礎(chǔ)振動(dòng)的傳遞特性，評(píng)定它們減振性能，為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析提供依據(jù)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如紙漿機(jī)，要求其基礎(chǔ)必須有較好的減振作用，不使振動(dòng)傳給地面。通過(guò)傳遞函數(shù)分析，就可找出紙漿機(jī)工作時(shí)，由于基礎(chǔ)的衰減作用，紙漿機(jī)各種頻率的振動(dòng)被基礎(chǔ)衰減的程度。圖示振動(dòng)幅值在33Hz附近衰減了23dB,50-70Hz頻帶中，最大衰減為25dB,—般情況下的衰減量均在8dB以上；相位只在頻率較高時(shí)才出現(xiàn)紊亂的狀態(tài)。在8Hz以上的頻帶內(nèi)有85%以上的相關(guān)性。所以，可以認(rèn)為傳遞函數(shù)具有較高的可靠性。4.結(jié)構(gòu)與設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷利用譜分析技術(shù)，可以對(duì)各種結(jié)構(gòu)和設(shè)備的振動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。在此，我們主要列舉以下幾個(gè)例子a.查找電機(jī)噪聲源圖示查找電機(jī)噪聲源電荷放火器X-Y記錄儀電機(jī)的極數(shù)為14級(jí)，電源頻率為50Hz,電機(jī)轉(zhuǎn)速為512r/min?聲級(jí)計(jì)拾取電機(jī)噪聲信號(hào)，用壓電加速度計(jì)9合取&機(jī)夕E殼的振動(dòng)加速度信號(hào).噪聲功率譜加速度功率譜噪聲功率譜中l(wèi)OOllz處的峰值，正好是電源頻率的兩倍，判斷該噪聲是由定子中磁致伸縮作用引起的；490IIz處的峰值頻率則與電機(jī)轉(zhuǎn)速和滾珠軸承的滾珠數(shù)及其直徑有關(guān)，可判斷該噪聲是由滾珠軸承的傷痕產(chǎn)生；1370Hz的峰值的噪聲由交變磁場(chǎng)作用于定子和轉(zhuǎn)子，從而產(chǎn)生周期性的交變另所引起的振動(dòng)所產(chǎn)生。由此可采取相應(yīng)措施減噪。b.監(jiān)視機(jī)器的工作狀態(tài)或作故障診斷通過(guò)譜分析，可以對(duì)各種結(jié)構(gòu)和設(shè)備的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷（無(wú)損檢測(cè)）。圖示對(duì)干一定的砂輪轉(zhuǎn)速，砂輪不平衡的離心慣性力所引起的機(jī)床振動(dòng)的頻率成分在頻譜圖上的位置是一定的,根據(jù)這一位置上譜線幅值的變化，可查知砂輪的平衡狀態(tài)變化情況O汽車變速箱在不同負(fù)載下具有不同的功率譜圖.，上圖為變速箱正常工作時(shí)的振動(dòng)加速度功率譜，下圖為變速箱不正常工作時(shí)的譜圖，該圖增加T9.2Hz和18.4Hz兩個(gè)額外譜峰。5.查找各種振動(dòng)源和噪聲源圖示查找各種振動(dòng)源和噪聲源船用柴油機(jī)潤(rùn)滑油泵壓油管振動(dòng)和壓力脈動(dòng)間的相干分析，潤(rùn)滑油泵轉(zhuǎn)速n=781r/min,油泵齒輪的齒數(shù)z=14,則壓油管壓力脈動(dòng)的基頻為二芯/60=18Z24旺壓力脈動(dòng)信號(hào)x（t）與壓油管振動(dòng)信號(hào)y（t）,其自譜函數(shù)分別如圖所示f=f0=182.24位時(shí)，0.9f=2f0^361A2Hz時(shí)，灣偵）a0.37f=3fQa546.54&時(shí),f=4f0?722.24Hz時(shí),片（y）"75由齒輪引起的各次諧頻對(duì)應(yīng)的，沮）值都比較大，而其它c(diǎn)rxti很小。可見(jiàn)，有關(guān)的振動(dòng)主要是由油壓脈動(dòng)引起的。6.譜分析技術(shù)在系統(tǒng)分析和響應(yīng)計(jì)算中的應(yīng)用用系統(tǒng)輸入與輸出的互譜％（力和輸入自譜馬（「之比可得到系統(tǒng)的頻率特性。輸入爪⑥經(jīng)FFT分析可得到輸入譜，用系統(tǒng)頻率特性與輸入譜相乘就得到輸出響應(yīng)譜，再經(jīng)IFFT還可求得系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)。同樣，系統(tǒng)的頻率特性瑚力經(jīng)IFFT得到脈沖響應(yīng)函數(shù)龍⑴，將龍⑴與輸入信號(hào)工?作卷積計(jì)算，即求得輸出函