間隙約束懸臂梁的振動特性分析

間隙約束懸臂梁的振動特性分析文章標(biāo)題：間隙約束懸臂梁的振動特性分析摘要：采用實驗分析的方法，研究間歇約束懸臂梁振動系統(tǒng)在簡諧激勵下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的動力學(xué)行為。研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對運動狀態(tài)分布和運動特征的影響。對采集到的實驗數(shù)據(jù)進行分析，利用投影相圖將其運動形態(tài)直觀的表達出來，便于觀察分析。關(guān)鍵詞：懸臂梁，間歇約束，運動特性1、引言間隙對工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)行為影響十分復(fù)雜。一方面因間隙碰撞而產(chǎn)生的強烈振動，往往成為許多工程結(jié)構(gòu)失效的元兇，也給傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動分析及其分析結(jié)論的實際運用都造成很大困難；另一方面恰當(dāng)?shù)拈g隙結(jié)構(gòu)設(shè)計能獲得十分優(yōu)良的減振效果，產(chǎn)生了有十分重要應(yīng)用的沖擊消振器。含間隙的振動系統(tǒng)一般為多參數(shù)高維系統(tǒng)，由于碰撞沖擊等因素作用造成的非線性和奇異性，使系統(tǒng)的動態(tài)行為變得十分復(fù)雜，迫切需要人們對其動力學(xué)本質(zhì)有深入的了解。本文主要采用實驗分析的方法進行研究，重點是研究在簡諧位移激勵下的系統(tǒng)可能存在的響應(yīng)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變的規(guī)律，探求消減振動的存在條件。探索運動狀態(tài)分布和運動特征隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的一般規(guī)律，為間隙減振結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計與優(yōu)化提供依據(jù)。圖1實驗裝置簡圖2、實驗裝置2.1、懸臂梁參數(shù)：懸臂梁尺寸：900×75×10(mm)理論固有頻率：10.1，63.3，177.2，347.3，574.0，857.5，1197Hz2.2、間隙調(diào)整裝置參數(shù)：調(diào)整范圍：0~2(mm)調(diào)整方式：斜面調(diào)節(jié)和螺旋調(diào)節(jié)總質(zhì)量：35(kg)2.3、振動臺參數(shù)：振動臺型號：D300-2頻率范圍：5~4500(Hz)激振力范圍：0~1960(N)運動部質(zhì)量：35(kg)2.4、測量系統(tǒng)參數(shù)加速度傳感器：YD-12BA電荷放大器：YE5861數(shù)據(jù)采集卡：研華PCI17103、實驗過程測量時將加速度傳感器分別固定在懸臂梁的懸伸端，中點和根部，以測量此三處的加速度相應(yīng)，波形圖可以直接在示波器上進行觀察。在電腦上應(yīng)用matlab軟件將數(shù)據(jù)以矩陣的形式保存在電腦中，便于后期對數(shù)據(jù)進行處理。簡諧激勵實驗中接觸副墊層材料分別1.3、2.5、5mm橡膠墊層，以到達測量大剛度，剛度較大以及小剛度時系統(tǒng)的運動狀態(tài)；激勵頻率為10.0~75.0Hz，等間隔5.0Hz共14種；激勵幅值采用改變激勵電壓方式進行調(diào)節(jié)，從0開始增加至儀器的滿程或?qū)嶒炑b置的耐受極限，再重新降低至0；間隙上下數(shù)值均為1mm。4、數(shù)據(jù)分析處理由于測量值為加速度，速度和位移是對加速度進行數(shù)值積分得到的。為了克服積分過程中的不穩(wěn)定因素而又不對波形產(chǎn)生明顯的影響，沒有采用濾波器濾波，而是采用人工擬合方式濾除積分信號中的不穩(wěn)定成分。振動評估采用有效值和波形畸變系數(shù)等指標(biāo)。運動中產(chǎn)生的分岔、混沌等狀態(tài)信息，由于實驗測量次數(shù)的限制不能采用分岔圖表示，只能采用投影相圖給以說明。經(jīng)過對實驗全程的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理之后對主要結(jié)論做如下總結(jié)：1）橡膠墊層厚度為5mm時剛度較低，系統(tǒng)的運動狀態(tài)比擬簡單很少出現(xiàn)周期分岔，沒有觀測到混沌現(xiàn)象，不同激勵幅值、頻率情況下基本都處于與激勵同步的一周期運動狀態(tài)，僅在35Hz觀測到少量的周期分岔現(xiàn)象，如圖2。2）橡膠墊層厚度為2.5mm時剛度較大，運動狀態(tài)變得復(fù)雜，周期分岔、混沌等運動狀態(tài)都相繼出現(xiàn)，如圖3。當(dāng)橡膠墊層厚度為1.3mm時剛度更大，基本上都處于混沌運動狀態(tài)，如圖4。3）在混沌運動狀態(tài)，響應(yīng)信號的頻譜分析說明，激勵頻率仍然處于明顯的主導(dǎo)地位，這一現(xiàn)象也具有普遍性，如圖5。4）間隙約束下振動波節(jié)消失，與無間隙約束情況比擬，波節(jié)處振動情況惡化，波峰處振動情況改善。共振頻率處，有十清楚顯的減振效果。圖5典型混沌響應(yīng)波形和頻譜(激勵頻率65Hz,墊層厚度1.3mm,激勵電壓4V)5、結(jié)論綜上，盡管間隙約束懸臂梁系統(tǒng)的動力學(xué)行為十分復(fù)雜，但規(guī)律性也是很明確的。(1)小接觸剛度、大接觸阻尼時，系統(tǒng)總是處于與激勵同步的一周期運動狀態(tài)，各項響應(yīng)特征參數(shù)隨激勵頻率和激勵幅值變化規(guī)律性也很強。(2)大接觸剛度、小接觸阻尼情況下，激勵強度很弱和很強時，系統(tǒng)也處于以激勵同步的一周期運動狀態(tài)；激勵強度在一個很大的范圍那運動狀態(tài)十分復(fù)雜，存在著各種周期運動、擬周期運動、混沌運動以及復(fù)雜的狀態(tài)突變。此實驗結(jié)論希望能對復(fù)雜的多維非線