結(jié)構(gòu)力學實驗指導書

1、結(jié)構(gòu)力學實驗指導書（土木、力學等專業(yè)）上海大學力學系2009 - 3實驗一 剛架（桁架）多點應力應變測量一、實驗目的直觀地了解鋼架、桁架、多桿系、超靜定、裝配應力模擬等系統(tǒng)的實際工作狀況，掌握實驗應力分析的方法，提高工程應用的能力，并能自行設計實驗方案并實施實驗，從而達到掌握力學實驗的基本原理與基本操作方法，提高綜合分析問題與解決問題的能力。二、實驗裝置及介紹1剛架（桁架）多功能組合試驗臺（拱式和三角式，見圖1-1）。2DH3818靜態(tài)電阻應變儀、GGD-B載荷顯示器、計算機（參見圖1-2）。3電阻應變計安裝用材料及工具。本實驗裝置 “剛架（桁架）多功能組合試驗臺”（拱式和三角式），設計成鋼架

2、和桁架二者可轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，使學生通過實驗能直觀地了解這二種結(jié)構(gòu)的差別和受力狀態(tài)的不同。利用本實驗裝置可以進行包括鋼架靜態(tài)應力分析系統(tǒng)、桁架靜應力分析系統(tǒng)、不同支撐的鋼架（桁架）應力分析系統(tǒng)、多桿系應力分析系統(tǒng)、超靜定系統(tǒng)、裝配應力模擬系統(tǒng)等多個力學實驗的項目。數(shù)據(jù)處理部分采用國內(nèi)先進的計算機多點自動數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。此實驗裝置能根據(jù)學生的教學需要將各種實驗內(nèi)容分成幾個相互獨立的實驗，也可將其組合成多種受力狀態(tài)的綜合性實驗。 (a) 拱式剛架 (b) 三角式剛架 圖1-1 剛架（桁架）多功能組合試驗裝置圖1-2 多功能組合測試系統(tǒng)（a） (b) (c) (c) (b) （b）（c） 圖1-3 剛

3、架（桁架）的正視圖上部（a）、節(jié)點局部（b）和側(cè)視圖（c）三、實驗原理剛架及桁架是工程上最常見的結(jié)構(gòu)之一，剛架及桁架模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)形式如圖1-15-3（a）所示，其節(jié)點局部如圖1-15-3（b）所示，調(diào)節(jié)螺栓可以實現(xiàn)剛架和桁架結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。剛架（桁架）的側(cè)視圖如圖1-15-3（c）所示，調(diào)節(jié)下部的螺栓可以改變剛架（桁架）的支撐條件，同時側(cè)面結(jié)構(gòu)還具有超靜定系統(tǒng)、裝配應力模擬等實驗功能。四、實驗方法及步驟1確定試驗方案：根據(jù)需要確定要做的試驗內(nèi)容，進行剛架或桁架結(jié)構(gòu)的組合，并設置邊界條件。2選擇并確定需要測量的位置，測量尺寸和角度。3按照電阻應變計的粘貼工藝將電阻應變計安裝在被測點上，選取合適

4、的橋路組合。4連接并調(diào)試電阻應變儀：打開DH3818靜態(tài)測試系統(tǒng)控制軟件，軟件的操作界面如圖1-15-4所示，系統(tǒng)自動由“手動控制”狀態(tài)切換到“自動控制”；查找機箱：選擇合適的串行口COM1或COM2。5平衡操作：輸入自定義文件名，單擊“平衡”按鈕。若需要顯示平衡結(jié)果，點擊“顯示平衡結(jié)果”選框；若存在不平衡點，在“未平衡測點數(shù)”下拉式列表框中顯示不平衡點，找出不平衡原因。6進行參數(shù)設置（具體操作見儀器使用說明書），參數(shù)設置的彈出框如圖1-15-5所示；選擇采樣方式：單次采樣或定時采樣。7打開GGD-B載荷顯示器，調(diào)零；轉(zhuǎn)動手柄等差加載，應變儀記錄實驗數(shù)據(jù)。8整理試驗數(shù)據(jù)，并與有限元的計算結(jié)果進

5、行比較，分析誤差原因。圖1-4 DH3818靜態(tài)測試系統(tǒng)軟件的操作界面圖1-5 參數(shù)設置的彈出框五、主要實驗內(nèi)容1彈性支撐條件下的剛架、桁架應力分析。2鋼架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)應力分析。3結(jié)構(gòu)裝配應力實驗。4多桿系、復合材料桿系組合實驗。5超靜定結(jié)構(gòu)實驗。6空間力系、復雜應力狀態(tài)下的應力測試實驗。7多點巡檢應力測量。實驗二 曲梁與拱的應力實驗一、實驗目的1測量曲梁與兩鉸拱結(jié)構(gòu)的軸向應變與應力。2由實驗結(jié)果算出結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩，并與理論值比較，分析曲梁和拱結(jié)構(gòu)的受力特點。二、實驗設備 多功能壓桿試驗臺、曲梁與拱裝置、應變儀、游標卡尺、直尺等圖2-1 實驗裝置簡圖圖2-2 截面應力分布三、實驗裝置與實驗

6、原理實驗裝置如圖16-1所示。試件為彈簧鋼制成的矩形截面曲桿，圓心角為120o，拱頂有承壓座，兩側(cè)拱腰的30 o截面處對稱地貼有電阻應變片，拱角兩端通過輥軸壓在兩個鉸支座上，可產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動。鉸支座置于方形鋼管制成的底梁上，其兩端裝有止推座，調(diào)整推力頂絲，可改變支座的約束形式。 實驗時，將本裝置置于壓桿試驗臺的底版正中，裝上傳力挺桿，調(diào)整好桿長，勻速、緩慢地轉(zhuǎn)動施力旋鈕，并通過力傳感器即可進行加載實驗, 構(gòu)件的變形由電阻應變片和應變儀測得，并通過應力分布規(guī)律導出橫截面上的軸力和彎矩。在實驗中，通過改變拱址部分的約束條件，可分別完成簡支曲梁、二鉸拱和無鉸拱的實驗。四、實驗步驟1二鉸拱實驗（1）松

7、開蝶形螺母和鎖定螺絲，檢查支座安裝是否妥當，推力頂絲是否頂緊。（2）安裝傳力頂桿，保證有足夠的行程，并調(diào)節(jié)好桿長，使初始時頂桿與承載座和滾珠座之間有良好的接觸但又基本不受力。（3）電路連接。（4）應變儀調(diào)整。（5）正式實驗之前，先預壓幾次，觀察試件的變形形式并檢驗儀器工作是否正常。（6）分級緩慢加載，并記錄各級荷載所對應的應變值。2曲梁實驗 拆除兩端的水平約束，在鉸支座下放好減摩墊片，實驗程序同二鉸拱。五、數(shù)據(jù)處理和實驗結(jié)果分析（1）記錄各級荷載作用下的應變值。（2）根據(jù)實驗結(jié)果，求出所測截面上的軸力和彎矩，并與理論值比較。（3）比較曲梁和拱結(jié)構(gòu)的應力和內(nèi)力，并分析其原因。實驗三：變時基錘擊法

8、簡支梁模態(tài)測試一、實驗目的1學習模態(tài)分析原理；2學會模態(tài)測試方法；3學習變時基的原理和應用。二、實驗儀器安裝示意圖DASP軟件圖3-1 簡支梁模態(tài)分析儀器連接示意圖三、實驗原理1模態(tài)分析方法及其應用模態(tài)分析方法是把復雜的實際結(jié)構(gòu)簡化成模態(tài)模型，來進行系統(tǒng)的參數(shù)識別（系統(tǒng)識別），從而大大地簡化了系統(tǒng)的數(shù)學運算。通過實驗測得實際響應來尋示相應的模型或調(diào)整預想的模型參數(shù)，使其成為實際結(jié)構(gòu)的最佳描述。主要應用有:用于振動測量和結(jié)構(gòu)動力學分析?？蓽y得比較精確的固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度?？捎媚B(tài)試驗結(jié)果去指導有限元理論模型的修正，使計算模型更趨完善和合理。用來進行結(jié)構(gòu)動力學修改、靈

9、敏度分析和反問題的計算。用來進行響應計算和載荷識別。2模態(tài)分析基本原理工程實際中的振動系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體，其質(zhì)量與剛度具有分布的性質(zhì)，只有掌握無限多個點在每瞬時的運動情況，才能全面描述系統(tǒng)的振動。因此，理論上它們都屬于無限多自由度的系統(tǒng)，需要用連續(xù)模型才能加以描述。但實際上不可能這樣做，通常采用簡化的方法，歸結(jié)為有限個自由度的模型來進行分析，即將系統(tǒng)抽象為由一些集中質(zhì)塊和彈性元件組成的模型。如果簡化的系統(tǒng)模型中有個集中質(zhì)量，一般它便是一個自由度的系統(tǒng)，需要個獨立坐標來描述它們的運動，系統(tǒng)的運動方程是個二階互相耦合（聯(lián)立）的常微分方程。模態(tài)分析是在承認實際結(jié)構(gòu)可以運用所謂“模態(tài)模型”來描述其動態(tài)

10、響應的條件下，通過實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，尋求其“模態(tài)參數(shù)”，是一種參數(shù)識別的方法。模態(tài)分析的實質(zhì)，是一種坐標轉(zhuǎn)換。其目的在于把原在物理坐標系統(tǒng)中描述的響應向量，放到所謂“模態(tài)坐標系統(tǒng)”中來描述。這一坐標系統(tǒng)的每一個基向量恰是振動系統(tǒng)的一個特征向量。也就是說在這個坐標下，振動方程是一組互無耦合的方程，分別描述振動系統(tǒng)的各階振動形式，每個坐標均可單獨求解，得到系統(tǒng)的某階結(jié)構(gòu)參數(shù)。經(jīng)離散化處理后，一個結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性可由N階矩陣微分方程描述： （1） 式中為N維激振力向量；、分別為N維位移、速度和加速度響應向量；M、K、C分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣，通常為實對稱N階矩陣。 設系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零，

11、對方程式（1）兩邊進行拉普拉斯變換，可以得到以復數(shù)s為變量的矩陣代數(shù)方程 （2） 式中的矩陣 （3）反映了系統(tǒng)動態(tài)特性，稱為系統(tǒng)動態(tài)矩陣或廣義阻抗矩陣。其逆陣 （4）稱為廣義導納矩陣，也就是傳遞函數(shù)矩陣。由式（2）可知 （5）在上式中令，即可得到系統(tǒng)在頻域中輸出（響應向量）和輸入（激振向量）的關系式 （6）式中為頻率響應函數(shù)矩陣。矩陣中第行第列的元素 （7）等于僅在坐標激振（其余坐標激振力為零）時，坐標響應與激振力之比。 在（3）式中令，可得阻抗矩陣 （8）利用實對稱矩陣的加權正交性，有 其中矩陣稱為振型矩陣，假設阻尼矩陣也滿足振型正交性關系 代入（8）式得到 （9）式中 因此 （10）上式中

12、，、分別稱為第r階模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度（又稱為廣義質(zhì)量和廣義剛度）。、和分別稱為第r階模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型。 不難發(fā)現(xiàn)，N自由度系統(tǒng)的頻率響應，等于N個單自由度系統(tǒng)頻率響應的線形疊加。為了確定全部模態(tài)參數(shù)、和（r=1，2，N），實際上只需測量頻率響應矩陣的一列（對應一點激振，各點測量的）或一行（對應依次各點激振，一點測量的）就夠了。試驗模態(tài)分析或模態(tài)參數(shù)識別的任務就是由一定頻段內(nèi)的實測頻率響應函數(shù)數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比和振型，r=1，2，n（n為系統(tǒng)在測試頻段內(nèi)的模態(tài)數(shù)）。3模態(tài)分析方法和測試過程（1）激勵方法為進行模態(tài)分析，首先要測得激振力及相應的響應信號，進行

13、傳遞函數(shù)分析。傳遞函數(shù)分析實質(zhì)上就是機械導納，和兩點之間的傳遞函數(shù)表示在點作用單位力時，在點所引起的響應。要得到和點之間的傳遞導納，只要在點加一個頻率為的正弦的力信號激振，而在點測量其引起的響應，就可得到計算傳遞函數(shù)曲線上的一個點。如果是連續(xù)變化的，分別測得其相應的響應，就可以得到傳遞函數(shù)曲線。然后建立結(jié)構(gòu)模型，采用適當?shù)姆椒ㄟM行模態(tài)擬合，得到各階模態(tài)參數(shù)和相應的模態(tài)動畫，形象地描述出系統(tǒng)的振動型態(tài)。根據(jù)模態(tài)分析的原理，我們要測得傳遞函數(shù)矩陣中的任一行或任一列，由此可采用不同的測試方法。要得到矩陣中的任一行，要求采用各點輪流激勵，一點響應的方法；要得到矩陣中任一列，采用一點激勵，多點測量響應的

14、方法。實際應用時，單點響應法，常用錘擊法激振，用于結(jié)構(gòu)較為輕小，阻尼不大的情況。對于笨重、大型以及阻尼較大的系統(tǒng)，則常用固定點激振的方法，用激振器激勵，以提供足夠的能量。還有一種是多點激振法，當結(jié)構(gòu)常因過于巨大和笨重，以至于采用單點激振時不能提供足夠的能量，把我們感興趣的模態(tài)激勵出來?；蛘呤墙Y(jié)構(gòu)在同一頻率時可能有多個模態(tài)，這樣單點激振就不能把它們分離出來，這時就要采用多點激勵的方法，采用兩個甚至更多的激勵來激發(fā)結(jié)構(gòu)的振動。（2）結(jié)構(gòu)安裝方式在測試中使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，是試驗準備工作的一個重要方面。一種是經(jīng)常采用的自由狀態(tài)。即使試驗對象在任一座標上都不與地面相連接，自由地懸浮在空中。如放在很

15、軟的泡沫塑料上；或用很長的柔索將結(jié)構(gòu)吊起而在水平方向激振，可認為在水平方面處于自由狀態(tài)。另一種是地面支承狀態(tài)，結(jié)構(gòu)上有一點或若干選定點與地面固結(jié)。如果我們所關心的實際工況支承條件下的模態(tài)，這時，可在實際支承條件下進行實驗。但最好還是以自由支承為佳。因為自由狀態(tài)具有更多的自由度。（3）變時基方法的應用在進行瞬態(tài)激勵信號與響應信號采樣時，激勵與響應之間，特征時間與特征頻率的差異太大，激勵是mS級的，響應是幾百mS級到秒級。如果采用等時基傳遞函數(shù)做瞬態(tài)激勵傳函分析時，就存在頻率分辨力（采樣頻率越低，分辨力越高）和時域波形精度（采樣頻率越高，時域波形精度越高）這一對無法克服的矛盾。由于脈沖激勵信號作用

16、時間較短，為了確保頻率分辨力，采樣頻率不能太高，從而導致以下幾種情況：采到的激勵信號偏大；采到的激勵信號偏?。患钚盘枦]有采上。計算出來的導納值重復性差，相位不準。因此在變時基提出之前，大型結(jié)構(gòu)無法用錘擊法測出模態(tài)，只能使用火箭激勵，因為火箭激勵時加長了激勵時間，且它可以產(chǎn)生方波激勵信號。變時基的原理：用較高的頻率對力脈沖進行采樣，用較低的頻率對響應信號進行采樣，兩個采樣頻率的倍數(shù)就是變時倍數(shù)。采用變時基就可以解決以上問題。三、 實驗步驟有一根梁如下圖所示，長（x向）680mm，寬（y向）50mm，高（z向）8mm。欲使用多點敲擊、單點響應方法做其z方向的振動模態(tài)，可按以下步驟進行。圖3-2

17、梁的結(jié)構(gòu)示意圖1. 測點的確定此梁在y、z方向尺寸和x方向（尺寸）相差較大，可以簡化為桿件，所以只需在x方向順序布置若干敲擊點即可（本例采用多點移步敲擊、單點響應方法），敲擊點的數(shù)目視要得到的模態(tài)的階數(shù)而定，敲擊點數(shù)目要多于所要求的階數(shù)，得出的高階模態(tài)結(jié)果才可信。此例中在x方向把梁分成十六等份，即可以布十七個測點。選取拾振點時要盡量避免使拾振點在模態(tài)振型的節(jié)點上，此處取拾振點在第六個敲擊點處。151413121154321109876拾振點17圖3-3 梁的測點分布示意圖162. 儀器連接儀器連接如下圖所示，其中力錘上的力傳感器接ZJY-601A振動教學試驗儀第一通道的電荷輸入端，壓電加速度傳

18、感器接ZJY-601A振動教學試驗儀第二通道的電荷輸入端，ZJ-601A振動教學試驗儀的輸入選擇相應地撥到壓電加速度一端。ZJY-601A振動教學試驗儀的兩通道輸出分別接INV303/306采集儀上的第一、二通道。圖3-4 儀器連接及傳感器分布示意圖INV303/306采集系統(tǒng)DASP分析軟件壓電加速度傳感器拾振點1514131211543211098761716ZJY-601A型振動與控制教學實驗儀3. 結(jié)構(gòu)生成儀器連接好后，啟動DASP2005標準版軟件，選擇模態(tài)分析按鈕，進入模態(tài)分析教學系統(tǒng)界面。在左邊信息窗口中選擇結(jié)構(gòu)，選擇并設置結(jié)構(gòu)參數(shù)。選擇結(jié)構(gòu)置1，為簡支梁（2為等截面懸臂梁，3為

19、等強度變截面懸臂梁，4為圓板，59是為了滿足實驗的多樣性而擴展的結(jié)構(gòu)）。設置好參數(shù)后，可以在右面窗口中顯示出當前簡支梁的圖型和節(jié)點分布情況。根據(jù)節(jié)點分布情況。然后把梁按圖示分布測點。圖3-5 梁的結(jié)點分布示意圖4. 參數(shù)設置與采樣在左邊信息窗口中選擇采樣，進入采樣界面。在測量設置中設置傳感器類型、總測點數(shù)和原點導納位置，總測點數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)自動讀取，不可更改。在多次觸發(fā)采樣設置中設置每個測點觸發(fā)采樣次數(shù)，變時基倍數(shù)為4等。用力錘敲擊各個測點，觀察有無波形，如果有一個或兩個通道無波形或波形不正常，就要檢查儀器連接是否正確、導線是否接通、傳感器、儀器的工作是否正常等等，直至示波波形正確為止。在設置中選

20、定采樣頻率（例如12000Hz）和變時倍數(shù)（例如4倍），采樣長度2k，程控倍數(shù)為1，使用適當?shù)那脫袅η脫舾鳒y點，調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)或INV的程控倍數(shù)，直到力的波形和響應的波形即不過載又不是太小。選定采樣時自動增加測點號，準備采樣。本例采樣文件名為：ZJY；試驗號默認為：1；數(shù)據(jù)路徑：C:DASPOUT。分析結(jié)果路徑和數(shù)據(jù)路徑相同，可按更改來設置文件名和采樣數(shù)據(jù)存儲路徑；采樣類型設為：變時基；單位類型設為：第一通道的工程單位設為：N（牛頓），第二通道的工程單位設為：m/ss（加速度）；其余通道本例不用。最后，輸入標定值和工程單位。通過示波已經(jīng)定好了放大器的檔位，傳感器靈敏度為KCH（PC/U）

21、（PC/U表示每個工程單位輸出多少PC的電荷，如是力，而且參數(shù)表中工程單位設為牛頓N，則此處為PC/N；如是加速度，而且參數(shù)表中工程單位設為m/s2，則此處為PC/m/s2）；ZJY-601A型振動教學試驗儀輸出增益為KE；靈敏度適調(diào)為KSH（PC/U）；積分增益為KJ（ZJY-601A型振動教學試驗儀的一次積分和二次積分KJ=1）；儀器標稱值為KD（mV/U）ZJY-601A型振動教學試驗儀的標稱值：加速度（或力）峰值為200時輸出為滿量程5V，則；速度峰值為200時輸出為滿量程5V，則；位移峰值為2000時輸出為滿量程5V，則。則DASP參數(shù)設置表中的標定值K為：參數(shù)設置完后，選擇自動增加

22、測點號，按左窗下面的開始采樣按鈕，進入觸發(fā)變時基采樣狀態(tài)，等待觸發(fā)，并提示當前采樣的點號和觸發(fā)次數(shù)。根據(jù)提示從第一點按設定的觸發(fā)次數(shù)測試到最后一個測點。自動記錄下每次測試結(jié)果。測試過程中盡量避免連擊現(xiàn)象，如果有連擊現(xiàn)象，按中止采樣按鈕，改變測點號重新開始采樣，將覆蓋原來數(shù)據(jù)。5. 分析調(diào)采樣數(shù)據(jù)采樣完成后在中選擇分析，打開分析對話框，對采樣數(shù)據(jù)進行傳函分析。首先選擇要調(diào)入的測點號，按調(diào)入波形按鈕，右面窗口中顯示該測點的波形。以每一通道的力信號加力窗，按鼠標左鍵在力信號的左邊，按左窗口中的左邊按鈕，按鼠標左鍵在力信號的右邊，按左窗口中的右邊按鈕，完成對力信號的力窗設置。對響應信號加指數(shù)窗，選擇系

23、數(shù)。當系數(shù)為0時為不加指數(shù)窗。如圖6所示。 圖3-6 調(diào)入選定測點波形圖圖3-7 傳遞函數(shù)分析結(jié)果傳函分析設置完成后按進行傳函計算，完成選定點的傳函分析，顯示分析結(jié)果。如圖7所示。按自動計算全部傳函按鈕，可以分析完全部采樣點的傳函分析，計算完后提示：所有測點的傳函計算完畢！ 模態(tài)擬合該軟件的采用集總平均的方法進行模態(tài)定階，按開始模態(tài)定階，顯示集總平均后的結(jié)果，用鼠標分別點峰值點，收取該階頻率，依次收取各階峰值，按保存按鈕存盤。如果收取有誤可按清除按鈕清除當前結(jié)果。如圖8所示。 圖3-8 確定模態(tài)階數(shù)圖3-9 模態(tài)擬合結(jié)果模態(tài)擬合采用復模態(tài)單自由度擬合方法，按開始模態(tài)擬合得到擬合，得到擬合結(jié)果。

24、如圖9所示。振型編輯質(zhì)量歸一和振型歸一兩種方式隨各自需要任選，本例選擇質(zhì)量歸一，完成后顯示：模態(tài)振型編輯完畢！至此，模態(tài)分析已經(jīng)完成，以后可以觀察、打印和保存分析結(jié)果，也可以觀察模態(tài)振型的動畫顯示。動畫顯示按進入動畫顯示對話框，根據(jù)每個對話框中的相應按鈕可以動畫進行控制，如更換顯示階數(shù)、顯示軌跡；在視圖選擇中選取顯示方式：單視圖、多模態(tài)和三視圖；改變顯示色彩方式；振幅、速度和大小，以及幾何位置。對于當前動畫可輸出AVI格式的動畫文檔，可直接用媒體播放器播放。按模態(tài)輸出為AVI文件，彈出保存文件名對話框，模態(tài)動畫視頻壓縮對話中的壓縮程序選擇Microsoft Video 1.0方式，確定后即可生

25、成動畫文件。在保存的目錄下調(diào)用文件，顯示動畫。模態(tài)分析完后，可對所有數(shù)據(jù)和圖形進行存盤和保存，相應的按鈕為另外，由于本軟件采樣時采用的是默認路徑：C: Program FilesCOINVDaspStdZjymData，如果要保存到自定義的路徑，可通過來完成采樣數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的存盤和調(diào)用。該軟件在安裝過程中已經(jīng)有一部分樣例數(shù)據(jù)，分別保存在C:Program FilesCOINVDaspStd ZjymData目錄中，用戶在采樣和分析時會覆蓋C: Program FilesCOINVDaspStd ZjymData中的數(shù)據(jù)。 圖3-10 簡支梁的前四階模態(tài)振型圖圖3-11 簡支梁的第三階模態(tài)振型

26、圖五、實驗結(jié)果和分析記錄模態(tài)參數(shù)模態(tài)參數(shù)第一階第二階第三階第四階第五階頻率質(zhì)量剛度阻尼2、打印出各階模態(tài)振型投影圖。實驗四：工程訓練一、實驗目的1學習工程結(jié)構(gòu)的實測方法；2結(jié)構(gòu)動態(tài)信號在線采集；3數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)參數(shù)辨識，確定結(jié)構(gòu)動力學響應和特性。二、實驗儀器1941B超低頻加速度拾振器；2INV-3016高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；3VM-53A超低頻測振儀。 圖4-1 941B超低頻加速度拾振器圖4-2 INV-306高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖4-3 VM-53A超低頻測振儀三、實驗原理在實際工作中，工程結(jié)構(gòu)常常要承受各種動荷載作用。為了了解結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的工作性能，一般要進行結(jié)構(gòu)動力荷載試驗，而動

27、力荷載試驗中最基本和常見的一種就是結(jié)構(gòu)動力反應試驗。例如，橋梁在列車通過時引起的振動；建筑在地震作用或爆炸作用下的動力反應等。結(jié)構(gòu)動力反應試驗通常包含如下幾個方面：1. 結(jié)構(gòu)特定部位動參數(shù)測定測定結(jié)構(gòu)在動荷載作用下特定部位的動參數(shù)，如：振幅、頻率、速度、加速度、動變形等。需在要結(jié)構(gòu)待測的部位布置適當?shù)臏y試儀器（位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器或電阻應變計等），記錄下結(jié)構(gòu)振動時的相關參數(shù)即可。測點選擇應根據(jù)實際結(jié)構(gòu)特點和測試目的而定。例如：為校核結(jié)構(gòu)承載力就應將測點不知在最危險的部位即控制斷面上；如測定基礎振動對精密儀器的影響，測點一般應選在精密儀器的基座處。圖4-4為測定某振源（如機床干擾

28、）引起房屋振動及傳播的測點布置圖。振源為動力機床，將振源處所測得的振幅值作為1，其余各點的振幅與振源處的振幅之比就稱為該點的傳布系數(shù)，把各點的傳布系數(shù)標在圖上就可明顯地看出該振源產(chǎn)生的振動以及在建筑內(nèi)傳布和衰減情況。 圖4-4 房屋振動傳布圖2. 測定結(jié)構(gòu)振動變位圖為了確定結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的振動狀態(tài)及動應力分布，往往需要測定結(jié)構(gòu)在一定動荷載作用下的振動變位圖。圖4-5表示了振動變位圖的測量方法，將各測點的振動圖用記錄儀器同時記錄下來，并根據(jù)相位關系確定變位的正負號，再按振幅大小以一定的比例畫在變位圖上，最后連結(jié)而成的圖形即為結(jié)構(gòu)在某種特定動荷載作用下的變位圖。 圖4-5 結(jié)構(gòu)振動變位圖利用變

29、位圖，就可按照結(jié)構(gòu)力學的理論近似地確定結(jié)構(gòu)在動荷載作用下產(chǎn)生的動內(nèi)力。設振動彈性曲線方程為：于是便得到動內(nèi)力 ， 如此得到的內(nèi)力還可與直接通過應變測定的內(nèi)力相比較。3. 測定結(jié)構(gòu)的動力系數(shù)承受移動荷載的結(jié)構(gòu)如吊車梁、橋梁等，常常要確定其動力系數(shù)，以判定結(jié)構(gòu)的工作情況。移動荷載所產(chǎn)生的動撓度往往比靜荷載所產(chǎn)生的撓度大，因此，動撓度與靜撓度的比值就稱為動力系數(shù)。 圖4-6 動力系數(shù)測定結(jié)構(gòu)動力系數(shù)一般用試驗方法測定。為了求得動力系數(shù)，先使移動荷載以最慢的速度駛過，測得撓度圖如圖4-6（a）所示，然后使移動荷載按某種速度駛過，這時結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生最大撓度，如圖4-6（b），即可求得動力系數(shù)。四、實驗方法與

30、注意事項（1） 對于大樓和橋梁結(jié)構(gòu)，固有頻率一般較低，因此要選用低頻性能好的位移或速度傳感器，如哈爾濱工力所的891-或951-B型速度傳感器。傳感器分水平和豎直兩種，應根據(jù)所測信號的方向選擇不同的傳感器和不同的安裝方式。（2） 根據(jù)試驗對象的不同，可選用不同的布點和實驗方案，測點可由1-32個。作為工程訓練并考慮現(xiàn)有儀器容量，建議測量通道最多不超過8個。（3） 使用VM-53A超低頻測振儀可將三維探頭平穩(wěn)地直接放置在測點，操縱儀器面板上的各鍵即可記錄下測點在水平、橫向和豎直三個不同方向上的速度和位移信號，測量結(jié)果可直接由熒屏顯示出，同時保存在存儲卡中供以后作進一步的數(shù)據(jù)分析。圖4-7 VM-

31、53A測振儀測試（4） 使用INV-306高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對結(jié)構(gòu)同時進行多測點采集，其連接方式為：傳感器 INV LF-8放大濾波器 INV采集系統(tǒng)接口盒 計算機DASP軟件分析處理系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)便可進行相關的動力分析、頻譜分析甚至模態(tài)分析，從而獲得結(jié)構(gòu)的動力反應和動力特性。圖4-8 INV-306高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試（5） 由結(jié)構(gòu)的振動變位圖求內(nèi)力時，彈性曲線方程可假定為某一函數(shù)或曲線，只要這一函數(shù)的形態(tài)與振動變位圖相似且最大變位與實測值相等，由此所確定的內(nèi)力一般就不會有過大的誤差。（6） 該動力系數(shù)試驗方法僅適于一些有軌動荷載。對慢速行駛結(jié)構(gòu)的最大靜撓度不便測量和確定的情況，可以

32、采取只試驗一次用高速通過的方法，記錄下結(jié)構(gòu)振動圖形如圖4-6（c）所示，取曲線的最大值為，同時繪出曲線的中線，相應于處中線的縱坐標即為，利用上面的公式即可求得系數(shù)。（7） 類似樓房、大橋這樣的結(jié)構(gòu)，設備激勵一般比較困難，在確定結(jié)構(gòu)動力特性時還可采用環(huán)境激勵的方法，以天然脈沖作為激勵信號。這種方法要求測試時間一般較長，測試時要盡量保持安靜，以減少干擾的影響。實驗五：振動傳感器的標定傳感器是一種測量裝置，用來把有關的物理量轉(zhuǎn)變成具有確定對應關系的電量輸出，以滿足對于信息的記錄、顯示、傳輸、存儲、處理以及控制的要求。傳感器是實現(xiàn)自動測量與控制的第一個環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)實踐和科學研究的各個領域中發(fā)揮著十分重

33、要的作用。傳感器的種類有很多。按測量參數(shù)有：位移、速度、加速度傳感器、壓力、力、溫度傳感器等；按其構(gòu)造原理可分為：磁電式、壓電式、電感式和應變式；按使用角度又可分為：絕對式（慣性式）和相對式，接觸式和非接觸式等。這里主要討論壓電式加速度傳感器。一、實驗目的1了解壓電式傳感器的原理、構(gòu)造和用途以及傳感器的標定方法；2應用比較標法標定傳感器的靈敏系數(shù)。二、實驗儀器1標準加速度傳感器；2振動實驗臺或激振器；3. 高精度電荷放大器；4電壓表；5. 待標定傳感器。三、實驗原理比較標定法也稱相對標定法，是工程中最常用的標定方法。該方法是將被標定的傳感器與已知的標準傳感器背靠背地安裝在振動臺上，如圖5-1所

34、示。其中標準傳感器的靈敏系數(shù)、頻響特性和其它參數(shù)是已經(jīng)知道的。若標準傳感器的靈敏度為，被標定傳感器的靈敏度為，當振動臺以某一恒定頻率振動時，設標準傳感器的輸出電壓為，被標定傳感器的輸出電壓為，則有： , （5-1）由此便可求出被標定傳感器的靈敏度為： （5-2）比較標定法不僅能標定傳感器的靈敏度，而且還能標定傳感器的幅頻特性及其它參數(shù)。圖5-2為比較法標定加速度計電荷靈敏度的接線圖。圖5-1 背靠背安裝方式圖5-2 比較標定法接線示意圖四、實驗步驟1. 按背對背方式將標準傳感器和待標定傳感器安裝在振動臺上；2. 連接標準傳感器和電荷放大器與電壓表；3. 將電荷放大器的靈敏度適調(diào)開關調(diào)至標準傳感器的靈敏度數(shù)值，調(diào)節(jié)振動臺或激振器給傳感器施加一固定頻率的激勵，由電壓表讀出標準傳感器的電壓讀數(shù)；4. 接通待標定傳感器和電荷放大器與電壓表，在同樣頻率的振動激勵下，由電壓表讀出要標定傳感器的電壓讀數(shù)。五、實驗數(shù)據(jù)處理 根據(jù)實驗測定數(shù)據(jù)，由公式