2022年“結(jié)構(gòu)動力特性測量實驗”輔導(dǎo)資料

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載結(jié)構(gòu)動力特性測量實驗輔導(dǎo)資料主題：結(jié)構(gòu)動力特性測量實驗的輔導(dǎo)資料學(xué)習(xí)時間 ：2013 年 6 月 24 日7 月 21 日內(nèi)容：這周我們將學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)動力特性測量實驗的相關(guān)內(nèi)容。一、學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求及需要掌握的重點內(nèi)容如下：1、掌握實驗的目的；2、掌握實驗主要的儀器和設(shè)備；3、掌握實驗的整個實驗步驟；4、掌握實驗數(shù)據(jù)的處理方法。二、主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)動力特性是反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動力性能，主要包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)和振型等，這些參數(shù)與外荷載無關(guān)。測量結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)是結(jié)構(gòu)動力試驗的基本內(nèi)容，在研究建筑結(jié)構(gòu)或其他工程結(jié)構(gòu)的抗震、 抗風(fēng)或抵御其它動荷載的性能和能力時，都必須要進行結(jié)構(gòu)動

2、力特性試驗。通過結(jié)構(gòu)動力特性的測量， 能夠得到結(jié)構(gòu)的自振頻率， 可以避免和防止動荷載所產(chǎn)生的干擾與結(jié)構(gòu)共同作用產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。此外，受損開裂結(jié)構(gòu)的剛度減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振周期變長，阻尼變大，因此結(jié)構(gòu)動力特性試驗可以為檢測、診精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載斷結(jié)構(gòu)的損傷積累提供可靠的資料和數(shù)據(jù)。本次實驗的題目為結(jié)構(gòu)動力特性測量

3、實驗。（一）本次試驗的目的1、了解動力參數(shù)的測量原理；2、掌握傳感器、儀器及使用方法；3、通過振動衰減波形求出簡支梁的固有頻率和阻尼比；（二）本次試驗使用的儀器、設(shè)備及試驗構(gòu)件本次實驗需要用到的儀器和設(shè)備主要包括三個：1、振動傳感器 dh105 ，也叫拾振器，主要是用來將振動信號轉(zhuǎn)換成電荷信號輸出；優(yōu)點是體積小、 重量輕、對被測物體影響小， 頻率范圍寬、動態(tài)范圍大，主要參數(shù)如表所示， 我們在振動傳感器的選擇上最關(guān)心的指標是靈敏度、頻率范圍和量程。2、與之配套的電荷適配器，主要作用是將壓電傳感器的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；3、東華 dh5922 動態(tài)信號測試分析儀，主要用來采集振動傳感器輸出的電信

4、號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳遞給計算機。除了上述傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備， 試驗中還用到了用于數(shù)據(jù)記錄的筆記本電腦、錘子和木制簡支梁，其參數(shù)如下表所示：截面高度(mm) 截面寬度(mm) 長度(mm) 跨度(mm) 彈性模量(gpa) 重量 (kg) 自振頻率理論值(hz) 61 185 2035 1850 10 12.7 34.35 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 8 頁 - - -

5、- - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載（三）試驗原理1、阻尼比和固有頻率的計算方法究竟如何來確定體系的阻尼比和固有頻率呢？同學(xué)們看下面公式：21ffd這里為阻尼比， fd和 f 分別為有阻尼和無阻尼振動頻率。由于工程實際中阻尼比常在0.020.2 之間，遠小于 1，則有fff21d即，有阻尼的振動頻率可以近似等于無阻尼的振動頻率，相應(yīng)地，有阻尼的振動周期可以近似等于無阻尼的振動周期：tfftdd11此處， td和 t 分別為有阻尼和無阻尼振動周期。因此，阻尼比可以近似等于)()(lndiinttatan21其中)(ita代表第 i 個周期的振幅，)(dintta代表 i+n 個周期的振幅。2、

6、結(jié)構(gòu)動力特性測量的主要方法結(jié)構(gòu)動力特性試驗的方法主要有： （1）人工激振法（ 2） 環(huán)境隨機振動法試驗室中通常采用人工激振法測量結(jié)構(gòu)自振頻率，包括強迫振動 （也就是振動）和自由振動法。自由振動法就是在試驗中采用初位移或初速度的突卸載或突加載的方法，使結(jié)構(gòu)受一沖擊荷載作用而產(chǎn)生自由振動。本次實驗采用手錘敲擊的方法對簡支梁精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 8 頁 - - - - - -

7、 - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載進行激振，從而產(chǎn)生振動；試驗時將振動傳感器布置在簡支梁的跨中，通過振動傳感器和動態(tài)測試儀器，對振動信號進行記錄， 可以得到結(jié)構(gòu)的有阻尼自由振動曲線，在曲線上量取振動波型中相鄰周期波峰所對應(yīng)的時刻和振幅，通過時刻差可以直接求出振動周期，從而得到結(jié)構(gòu)的自振頻率；而通過相鄰周期波峰的振幅，通過上述公式，可以直接計算出簡支梁的阻尼比。3、壓電式加速度傳感器振動時質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力， 使壓電元件產(chǎn)生變形， 從而產(chǎn)生與加速度成正比的電荷，經(jīng)后級電荷放大器后得到與加速度成正比的電壓值。優(yōu)點：（1）體積小，重量輕，對被測體的影響小。（2）頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、測量靈敏度高。因此，

8、壓電式應(yīng)用較為廣泛。引出線3質(zhì)量塊1殼體壓電晶片m4 2 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載4、振動傳感器的選擇依據(jù)（拾振器的選擇依據(jù)）最為關(guān)心的技術(shù)指標為：靈敏度、頻率范圍和量程。（1）靈敏度：土木工程和超大型機械結(jié)構(gòu)的振動在1100ms-2左右，可選 30030pc/ms-2的加速度傳感器；（2）頻率：土木工程一般是低頻

9、振動，加速度傳感器頻率響應(yīng)范圍可選擇0.21khz；（3）傳感器的橫向比要小，以盡可能減小橫向擾動對測量頻率的影響；5、使用的注意事項安裝面要平整、光潔。安裝方式：不同安裝方式對測試頻率的響應(yīng)影響很大：某一振動傳感器， 螺釘剛性連接使用頻率為10khz；膠粘安裝 6khz；磁力吸座 2khz；雙面膠 1khz。加速度傳感器的質(zhì)量、 靈敏度與使用頻率成反比， 即靈敏度高， 質(zhì)量大的傳感器使用頻率低。（四）實驗步驟1、下面我們進行連線。首先將振動傳感器與電荷適配器相連，之后將已連接好的設(shè)備與動態(tài)采集系統(tǒng)相連，最后將動態(tài)采集系統(tǒng)與記錄數(shù)據(jù)的電腦相連。2、開啟計算機，打開動態(tài)應(yīng)變儀的電源，預(yù)熱10mi

10、n 。當采集系統(tǒng)中的紅燈熄滅，表示系統(tǒng)自檢完畢。3、啟動 dhdas-5920 動態(tài)信號采集分析軟件，熟悉界面。4、設(shè)置測量參數(shù)：精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載（1）分析參數(shù)設(shè)置采樣頻率： 1k2khz；采用連續(xù)采樣方式，即一直不斷的采集和記錄數(shù)據(jù)。其余不用設(shè)置。（2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置選定測量通道： 2-1，并屏蔽未用通道，

11、避免干擾。靈敏度：將傳感器靈敏度輸入相應(yīng)的通道的靈敏度設(shè)置欄內(nèi)。由于本試驗采用的是加速度傳感器，因此參數(shù)表中工程單位eu 應(yīng)設(shè)為 m/s2，傳感器靈敏度單位為 pc/eu ，表示每個工程單位輸出多少電荷，dh105 振動傳感器給定的參數(shù)的為 300pc/eu ，即 300pc/m/s2。量程范圍：調(diào)整量程范圍，使實驗數(shù)據(jù)達到較好的信噪比。調(diào)整原則：不要使儀器過載，也不要使得信號過小。5、現(xiàn)在設(shè)備已經(jīng)預(yù)熱完畢。 我來把整個過程演示一下， 請同學(xué)們注意觀察。在進行測量之前，首先要對動態(tài)應(yīng)變儀清零。6、啟動數(shù)據(jù)采集，用手錘敲擊簡支梁，使其產(chǎn)生自由衰減振動。7、現(xiàn)在屏幕上顯示的是拾振器測量的單自由度自

12、由衰減振動波形，記錄6次沖擊后停止采集。8、根據(jù)采集的波形可進行數(shù)據(jù)讀取，如下圖所示。精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載21.621.822.022.222.422.6-10121.49421.6575(21.867,0.7324)(21.8115,0.8138)(21.7605,0.9562)(21.7075,1.0986

13、)(21.658,1.5462)幅值/m/s2時間 / s 2-2本次試驗中采集的數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)1 2 3 4 5 6 第 i 個波形波峰時間1.5615 2.9255 1.5745 9.358 2.568 1.5615 幅值500.73 518.79 490.20 424.32 436.28 500.73 波谷時間1.5751 2.938 1.588 9.3715 2.5818 1.5751 幅值-512.45 -492.83 -474.27 -383.27 -436.95 -512.45 第 i+n個波形波峰時間1.7505 3.1405 1.762 9.5445 2.781 1.7

14、505 幅值341.18 370.39 334.59 297.06 293.01 341.18 波谷時間1.7635 3.155 1.7745 9.559 2.7945 1.7635 幅值-316.74 -350.98 -360.56 -279.24 -303.95 -316.74 間隔 n 7 8 7 7 8 7 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 8 頁 - - - - - - - - -學(xué)習(xí)必備歡迎下載周期/ s 0.027 0.02688 0.0268 0.0266 0.02662 0.027 頻率 / hz 阻尼比（五）數(shù)據(jù)處理1、簡支梁的基本數(shù)據(jù)如上表所示2、為了提高準確度，選擇波形較好的幾個周期進行分析；試驗中得出的第 i 個周期和第 i+n 個周期的數(shù)據(jù)如上表所示；