實(shí)驗(yàn)十三連續(xù)彈性體懸臂梁動態(tài)特性參數(shù)的測試

試驗(yàn)十三連續(xù)彈性體懸臂梁動態(tài)特性參數(shù)的測試梁振動在工程問題中常常遇到，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子、葉片、飛行器、高層建筑等等，往往以梁振動為其主要的振動形式。懸臂梁是一種一端固定一端自由的梁。它的構(gòu)造簡潔，元件等，也都承受懸臂梁形式。本試驗(yàn)用“機(jī)械阻抗”或稱“頻率響應(yīng)“方法，測量懸臂梁有穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨機(jī)激振和瞬態(tài)激振三類，所以試驗(yàn)可分別承受這三類方式進(jìn)展。懸臂梁是一連續(xù)彈性體，有無限多個自由度，即有無限多個固有頻率的主振型。在一階固有頻率及主振型，本試驗(yàn)是用共振法來測定懸臂梁的一、二、三階固有頻率和振型。13-1懸臂梁構(gòu)造示意圖本試驗(yàn)是一矩截面梁，如圖13-1所示，由彈性體振動理論可知，橫向振固有頻率理論為：f 1l2 EI0 2

l4l

(i=1,2,3,…) (13-1)式中：E—材料彈性系數(shù)(Pa)，A—梁橫截面積(m2)，l(kg/m，l=，ρ—〔kg/，I—梁截面彎曲慣性矩(m4)，對矩形截面，彎曲慣性矩：Ibh312 (m4)式中：b—梁橫截面寬度(m)，h—梁橫截面高度(m)。本試驗(yàn)取E=20×1011Pa，ρ=7800kg/m3各階固有頻率之比：f1：f2：f3=1：6.27：17.55理論計算可得懸臂梁的一、二、三階固有頻率的振型如圖13-2所示，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果13-1。beamtransversvibrationwithoneendclaspedn=11.5n=110.500n=22n=2

0.1

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0.9 10-20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1n=32n=310-10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.6 0.7 0.8 0.9 113-2懸臂梁的一、二、三階固有頻率的振型圖固有頻率f1f2固有頻率f1f2f3理論值實(shí)測值§13-1穩(wěn)態(tài)正弦激振一．試驗(yàn)?zāi)康?．把握用穩(wěn)態(tài)正弦激振進(jìn)展機(jī)械阻抗測試的儀器組合及使用方法。了解機(jī)械阻抗數(shù)據(jù)的分析處理方法。觀看分析梁振動的各階主振型。測出懸臂梁的各階固有頻率、阻尼比，并將試驗(yàn)所測得的各階固有頻率、振型與固有頻率理論值、理論振型比較。二．試驗(yàn)原理穩(wěn)態(tài)正弦激振是對試件施加一個穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力，在試件到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)時間和使被測試件能夠處于穩(wěn)態(tài)振動狀態(tài)。對于小阻尼系統(tǒng)，這點(diǎn)尤為重要。正弦激振力一般由正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生電信號，經(jīng)功率放大后送給激振器，激振器便試件的振動響應(yīng)，一般用測振傳感器及儀器測量。13-3測振儀中設(shè)有積分網(wǎng)絡(luò)，可將振動的加速度信號轉(zhuǎn)換為速度信號或位移信號。穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源加速度計阻抗變換器六線測振儀懸臂梁激振器功率放大器信號發(fā)生器13-3穩(wěn)態(tài)正弦激振試驗(yàn)框圖依據(jù)正弦信號的頻率、測振儀測得的電壓值，可以得出幅頻特性值。用整個頻率范圍內(nèi)的特性值作出幅頻特性曲線，進(jìn)而估量出懸臂梁的固有頻率和阻尼比。三．試驗(yàn)儀器和設(shè)備低頻信號發(fā)生器 一臺功率放大器 一臺激振器 一臺懸臂梁 一臺壓電式加速度計 一個阻抗變換器 一個六線測振儀 一臺四．試驗(yàn)步驟按圖13-3組合好儀器，檢查接線無誤后，接通各儀器電源并調(diào)整好儀器，使懸臂梁稍微振動。便能找到較準(zhǔn)確的共振頻率值。分別測出懸臂梁的位移、速度、加速度響應(yīng)共振頻率。五．試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1．繪制懸臂梁的幅頻特性曲線。2．依據(jù)所繪幅頻特性曲線，求出懸臂梁的固有頻率和阻尼比。六．思考題穩(wěn)態(tài)正弦激振的特點(diǎn)是什么？將測得的懸臂梁固有頻率與下式計算的fn值進(jìn)展比較。AEIAEISL4n式中E—彈性模量；I—截面慣性矩；L—梁的長度；ρ—梁材料的密度；S—截面積；A3.5222.4?！?3-2隨機(jī)激振一．試驗(yàn)?zāi)康?．把握用隨機(jī)激振方式進(jìn)展機(jī)械阻抗測試的儀器組合及使用方法。了解隨機(jī)激振時的數(shù)據(jù)處理方法。測出懸臂梁的固有頻率和阻尼比。二．試驗(yàn)原理設(shè)備處理，便可測得懸臂梁的頻率響應(yīng)。13-4所示。隨機(jī)激振力由隨機(jī)信號發(fā)生器、功率放大器和直接測出懸臂梁的固有頻率。電荷放大器電荷放大器〔帶積分〕加速度計試驗(yàn)梁力傳感器電荷放大器信號激振器功率放大器信號發(fā)生器13-4隨機(jī)激振試驗(yàn)框圖三．試驗(yàn)儀器和設(shè)備1．隨機(jī)信號發(fā)生器一臺2．功率放大器一臺3．激振器一臺4．壓電式力傳感器一個5．壓電式加速度傳感器一個6．電荷放大器一臺7．帶積分網(wǎng)絡(luò)的電荷放大器一臺信號處理設(shè)備 一臺試驗(yàn)梁 一根四．試驗(yàn)步驟按圖13-4組合好儀器，檢查接線無誤后，接通各臺儀器電源。按各臺儀器的使用說明書調(diào)整好儀器，使懸臂梁作稍微振動。對力信號作頻譜分析，觀看力信號的頻帶寬度。中選用高斯噪聲或偽隨機(jī)信號作信固有頻率。分別對懸臂梁位移、速度、加速度響應(yīng)信號作頻譜分析和傳遞函數(shù)分析。五．試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1．整理出懸臂梁的幅頻特性或傳遞函數(shù)曲線圖，找出固有頻率。2．求出懸臂梁的阻尼比。六．思考題將試驗(yàn)測得的固有頻率與用式〔13-1〕計算出的固有頻率進(jìn)展比較。隨機(jī)激振的特點(diǎn)是什么？所用的信號處理設(shè)備有什么特點(diǎn)？能進(jìn)展些什么處理？§13-3瞬態(tài)激振一．試驗(yàn)?zāi)康?．把握用瞬態(tài)激振方式進(jìn)展機(jī)械阻抗測試的儀器組合及使用方法。了解瞬態(tài)激振時的數(shù)據(jù)處理方法。測出懸臂梁的固有頻率和阻尼比。二．試驗(yàn)原理瞬態(tài)激振與隨機(jī)激振一樣同屬寬帶激振。目前常用的瞬態(tài)激振方式有快速正弦掃描激振，脈沖激振和階躍激振幾種。試驗(yàn)中，用脈沖錘進(jìn)展脈沖激振的較多。用脈沖錘激振，激τ。試件材料和錘頭墊材料都很硬時，τ值則小。τ要的設(shè)備較少，例如信號發(fā)生器、功率放大器、激振器等等都可以不要，并且可以在更接近于實(shí)際的工作條件下來測定試件的機(jī)械阻抗。本試驗(yàn)的儀器組合框圖如圖13-5所示。用手持脈沖錘敲擊懸臂梁產(chǎn)生脈沖鼓勵。激振力的幅值由脈沖錘上的力傳感器與電荷放大器測出。加速度傳感器，電荷放大器測量梁的響應(yīng)。力信號和響應(yīng)信號同時送到信號處理設(shè)備，經(jīng)處理后便獲得所需的機(jī)械阻抗數(shù)據(jù)。脈沖錘脈沖錘電荷放大器〔帶積分〕加速度計電荷放大器信號試驗(yàn)梁13-5脈沖激振試驗(yàn)框圖三．試驗(yàn)儀器和設(shè)備脈沖錘 一把電荷放大器 一臺壓電式加速度傳感器 一個帶積分網(wǎng)絡(luò)的電荷放大器 一臺信號處理設(shè)備 一套試驗(yàn)梁 一根四．試驗(yàn)步驟按圖13-5組合好儀器，反復(fù)檢查接線無誤后，接通各臺儀器的電源。按各臺儀器的使用說明書調(diào)整儀器。讓信號處理設(shè)備處于“外觸發(fā)”存貯信號的工作狀態(tài)入。用脈沖錘敲擊懸臂梁的自由端。敲擊的力幅要適當(dāng)，著力點(diǎn)要準(zhǔn)確，快速脫開。脈沖錘與電荷放大器之間的電纜應(yīng)盡量削減不必要的晃動，由于電纜的晃動會使電荷放大器的輸出信號帶進(jìn)干擾噪聲，影響信號處理。用力信號或與力信號有關(guān)的信號作為信號處理設(shè)備的采樣觸發(fā)信號，將力信號和響應(yīng)信號同時存入信號處理設(shè)備。作懸臂梁響應(yīng)信號的譜分析或傳遞函數(shù)分析。轉(zhuǎn)變不同材料的脈沖錘頭，觀看持續(xù)時間τ值及激振力的頻率范圍。五．試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理