隨機振動基礎知識培訓ppt課件

1、Random Vibration,1,隨機振動基礎知識培訓,Random Vibration,2,我們知道有這樣一類載荷:作用在樓房和橋梁上的風載荷;作用在海洋平臺和船艦上的水動力荷載;作用在樓房和壩體上的地震荷載. 這類荷載的特點是隨時間在強度和頻率含量有很大的變化.對于這類載荷中的一條記錄, 它是確定的, 用在以前的結構動力學的課程中知識我們可以求得數(shù)值觧. 但是這樣的一個觧很少有實用價值, 原因是我們用的一條記錄, 那是以前發(fā)生的, 將來發(fā)生的記錄是不會和過去的記錄一樣的.這樣,我們不能知道將來的精確的情況, 但還要估計一個大概可能的結果. 這就是隨機動力學要解決的問題.如果結構本身的參

2、數(shù)也存在不確定性, 這更是隨機結構動力學要解決的問題.,1.1 工程系統(tǒng)中的隨機性,Random Vibration,3,按隨機性的來源分:一個是激勵過程的隨機性,這是隨機振動理論主要解決的問題; 一個是振動系統(tǒng)的參數(shù)的隨機性,這是參數(shù)隨機振動理論. 正問題和反問題:已知輸入和系統(tǒng)求輸出這是正問題,稱為響應確定問題; 已知輸入和輸出求系統(tǒng)的參數(shù)這是反問題,稱為系統(tǒng)識別問題,我們這門課程不涉及,有專門課程. 非線性的來源分:一個是振蕩系統(tǒng)的力學參數(shù)的非線性, 對于地震工程來說,一般是指遲滯行為,這樣的系統(tǒng)常常顯示復雜的非線性現(xiàn)象,例如多吸引子,跳躍現(xiàn)象,分岔和混沌;,1.2 隨機問題的分類,Ra

3、ndom Vibration,4,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,5,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,6,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,7,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,8,2.2 功率譜密度,Random Vibration,9,2.2 功率譜密度,等頻帶 等差關系 等差數(shù)列 倍頻帶 等比關系 等比數(shù)列 1/3倍頻帶 1/12倍頻帶 ,Random Vibration,10,2.2 功率譜密度,人體振動反應對頻率敏感； 垂直振動敏感區(qū)域48HZ,水平是2HZ以下； 時間越長人體能夠不疲勞地承受的加速度

4、均方根值就越小,Random Vibration,11,2.2 功率譜密度,均方根值(Root Mean SquareRMS)，又稱有效值：,標準差(Standard Deviation),Random Vibration,12,3.1 功率譜密度曲線與振動夾具的影響,功率譜密度曲線影響的一個極端例子： 環(huán)境1：10-20Hz，1g2/Hz，20-30Hz，0.1g2/Hz 環(huán)境2：10-20Hz，0.1g2/Hz ，20-30Hz，1g2/Hz 兩中環(huán)境的有效值均為 3.3g。 產品的共振頻率為15Hz，對20-30Hz內的振動放大5倍（功率譜密度放大25倍），則在兩種環(huán)境下產品的響應分別為

5、：5.9g和15.8g，相差巨大。,Random Vibration,13,3.1 功率譜密度曲線與振動夾具的影響,功率譜密度曲線影響的一個極端例子： 環(huán)境1：10-20Hz，1g2/Hz，20-30Hz，0.1g2/Hz 環(huán)境2：10-20Hz，0.1g2/Hz ，20-30Hz，1g2/Hz 兩中環(huán)境的有效值均為 3.3g。 產品的共振頻率為15Hz，對20-30Hz內的振動放大5倍（功率譜密度放大25倍），則在兩種環(huán)境下產品的響應分別為：5.9g和15.8g，相差巨大。,Random Vibration,14,3.2 振動夾具的設計與要求,1.盡量增加夾具的剛度： 盡量不使用梁類、板殼類

6、結構。 連接部位使用焊接處理。 與底板連接部部位盡量分散。 2.合理增加夾具的質量： 夾具振動中的有效質量最好大于產品的10倍。,Random Vibration,15,3.2 振動夾具的設計與要求,Random Vibration,16,3.2 振動夾具的設計與要求,1. 在正弦振動條件下，試件任一安裝孔位置附近（比如傳感器固定中心點與安裝孔中心位置之間的距離10mm以內）的實測幅值誤差不得超過規(guī)定值的10% 2. 在隨機振動條件下，試件任一安裝孔附近（比如傳感器固定中心點與安裝孔中心位置之間的距離10mm以內）位置在任一頻率下其加速度功率譜密度保持在規(guī)定值的2dB到-1dB之內，有難度時，

7、500Hz以內時應在-3dB到3dB之內，500Hz以上時應在-6dB到3dB之內。超過允許誤差的累積帶寬應限制在整個試驗頻帶范圍的5%以內。 3. 在任何頻率上，相互正交并與試驗驅動軸正交的兩個軸上的振動加速度應不大于試驗軸向加速度的0.45倍（或加速度功率譜密度的0.2倍），隨機振動時，允許在累積頻率不超過300Hz內超出以上限制。,Random Vibration,17,隨機振動試驗：在實驗室利用振動臺等振動設備模擬結構在實際中的隨機振動環(huán)境，對結構的強度、可靠性、壽命等進行檢驗和確認。,隨機振動試驗基本框圖：,4.1 隨機振動試驗概況,Random Vibration,18,電液式：低

8、頻、大推力 -建筑、機械 地震、路面振動模擬,三維地震試驗臺（日本名古屋工業(yè)大學）,車輛道路模擬試驗臺 （MTSTM公司329型6自由度車輛試驗臺）,4.2 振動臺,Random Vibration,19,電動式： 寬頻帶、大加速度 飛行器與機載設備振動環(huán)境試驗,試驗標準：MIL-STD-810、GJB150,4.2 振動臺（續(xù)）,Random Vibration,20,試驗基本方法：通過控制器（計算機、數(shù)據(jù)采集與發(fā)送系統(tǒng)）使振動臺面產生滿足設定的參考譜要求的隨機振動。,典型加速度參考譜：,4.3 隨機振動試驗參考譜,Random Vibration,21,倍頻程octave,分貝decibe

9、l,4.3 隨機振動試驗參考譜（續(xù)）,Random Vibration,22,采用雙對數(shù)坐標時，兩點間連線的傾角為：,4.3 隨機振動試驗參考譜（續(xù)）,Random Vibration,23,4.3 隨機振動試驗參考譜（續(xù)）,Random Vibration,24,4.4 隨機振動試驗參考譜：例題,Random Vibration,25,梯形譜總均方根值計算,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算,Random Vibration,26,上升段：,平直段：,下降段：,當m2=-1時，應用羅比達法則可得,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算（續(xù)）,Random Vibration,27

10、,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算（續(xù)）,Random Vibration,28,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算（續(xù)）,Random Vibration,29,隨機驅動信號的生成,多輸入多輸出隨機振動控制的 目標是使控制譜和參考譜一致,4.6 隨機振動試驗：驅動信號的生成,Random Vibration,30,Cholesky分解,補充隨機相位,在實際的試驗系統(tǒng)中，由于頻響函數(shù)測量誤差、 系統(tǒng)非線性和輸入輸出噪聲等的影響導致,必須在控制系統(tǒng)中加入反饋修正環(huán)節(jié)，進行逐次迭代修正,4.6 隨機振動試驗：驅動信號的生成（續(xù)）,Random Vibration,31,差分控制算

11、法,令,省略二次高階小量,4.7 隨機振動試驗：控制算法,Random Vibration,32,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,33,比例均方根控制算法（不考慮互譜）,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,34,令,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,35,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,36,比例均方根控制算法框圖,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,37,驅動信號的實現(xiàn),是隨機相位矩陣,均勻分布,做逆傅里葉變換就可以得到一幀偽隨機驅動信號,對,4.8 隨機振動試驗：驅動信號時域隨機化,Random Vibration,38,經過時域隨機化處理后得到真隨機驅動信號,4.8 隨機振動試驗：驅動信號時域隨機化（續(xù)）,Random Vibration,39,窗函數(shù) W(t) :,半正弦窗 Kaiser 窗 Hanning 窗,通過加窗、疊加， 由偽隨機信號 生成連續(xù)平穩(wěn) 隨機驅動信號,4.8 隨機振動試驗：驅動信號時域隨機化（續(xù)）,Random Vibration,40,4.9 應用實例(I) 雙振動臺隨機振動試驗控制,參考譜及其參數(shù),雙振動臺隨機振動控制效果,4.9