振動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告..

1、振動(dòng)與控制系列實(shí)驗(yàn)姓名：李方立學(xué)號(hào)：201520000111電子科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)1簡(jiǎn)支梁強(qiáng)迫振動(dòng)幅頻特性和阻尼的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)測(cè)量單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線。2、學(xué)會(huì)根據(jù)幅頻特性曲線確定系統(tǒng)的固有頻率f0和阻尼比。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖3.1表示實(shí)驗(yàn)裝置的框圖圖3-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖M圖3-2單自由度系統(tǒng)力學(xué)模型三、實(shí)驗(yàn)原理單自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖3-2所示。在正弦激振力的作用下系統(tǒng)作簡(jiǎn)諧強(qiáng)迫振動(dòng),設(shè)激振力F的幅值B、圓頻率3o（頻率f=w/2n），系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程式為:D2Xdt2+C竺+Kx=dtd2xdx+2n+®2xdt2dt仝+24Dx+e2x=F

2、/Mdt2dt式中：W系統(tǒng)固有圓頻率W=K/Mn-衰減系數(shù)2n=C/ME-相對(duì)阻尼系數(shù)g=n/wF激振力F=Bsint=Bsin（2勸）0方程的特解，即強(qiáng)迫振動(dòng)為：x-Asin（一甲）=Asin（2吋一甲）0式中：A強(qiáng)迫振動(dòng)振幅®-初相位人B/MA=一（2一2）2+4n2200(3-1)(3-2)(3-3)式（3-3）叫做系統(tǒng)的幅頻特性。將式（3-3）所表示的振動(dòng)幅值與激振頻率的關(guān)系用圖形表示,稱為幅頻特性曲線（如圖3-3所示）:K3-2單自由度系統(tǒng)力學(xué)模型3-3單自由度系統(tǒng)振動(dòng)的幅頻特性曲線圖3-3中，Amax為系統(tǒng)共振時(shí)的振幅；f0為系統(tǒng)固有頻率，/、/為半功率點(diǎn)頻率。012(3

3、-4)振幅為Amax時(shí)的頻率叫共振頻率f°。在有阻尼的情況下，共振頻率為：/二幾1-疋2A當(dāng)阻尼較小時(shí)，/二/故以固有頻率/作為共振頻率/。在小阻尼情況下可得°0g二F2-L(3-5)2的確定如圖3-3所示:一、實(shí)驗(yàn)方法1、激振器安裝把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座上，并保證激振器頂桿對(duì)簡(jiǎn)支梁有一定的預(yù)壓力（不要超過(guò)激振桿上的紅線標(biāo)識(shí)），用專用連接線連接激振器和DH1301輸出接口。2、將測(cè)試系統(tǒng)連接好將力傳感器輸出信號(hào)接到采集儀的1-1通道。點(diǎn)采樣控制欄的運(yùn)行參數(shù)按鈕笊卞，設(shè)置參考通道為1-1，將速度傳感器布置在激振器附近，傳感器測(cè)得的信號(hào)接到采集儀的

4、1-2通道。3、儀器設(shè)置打開(kāi)儀器電源，進(jìn)入控制分析軟件，新建一個(gè)文件（文件名自定）設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和標(biāo)定值等參數(shù)，在數(shù)據(jù)顯示窗口內(nèi)點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇信號(hào)，選擇顯示時(shí)間波形1-2,開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。4、調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號(hào)源的輸出頻率，激振信號(hào)源顯示的頻率即為簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率fyO5、改變輸出頻率：把頻率調(diào)到零，逐漸增大頻率到50Hz。每增加一次25Hz，在共振峰附近盡量增加測(cè)試點(diǎn)數(shù)。并將振動(dòng)幅值及對(duì)應(yīng)頻率填入表3-1。6、驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：分析軟件進(jìn)入到頻響函數(shù)分析模塊。 設(shè)置信號(hào)源頻率，起始頻率：5Hz，結(jié)束頻率：100Hz，線性掃頻間隔

5、：1Hz/So 設(shè)置分析軟件，平均方式：峰值保持；信號(hào)顯示窗口內(nèi)，選擇顯示頻響函數(shù)1-2/1-1曲線； 開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，輸出掃頻信號(hào)給激振器。直到掃頻信號(hào)達(dá)到結(jié)束頻率，手動(dòng)停止掃頻。 頻響函數(shù)曲線類似圖3.3o五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3-1頻率（Hz）404142434445464748振幅5.56.67.710.215.32119.515.812.42、根據(jù)表3-1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線。201816141210864041424344464748453、確定系統(tǒng)固有頻率f0=45Hz(幅頻特性曲線共振峰的上最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率近似等于系統(tǒng)固有頻率)。4、確定阻尼比E。按

6、圖3.3所示計(jì)算O.707Amax，然后在幅頻特性曲線上確定f、f利用12式(3.5)計(jì)算出阻尼比。由圖3-4得f=44，f=47。帶入3-5式得E=0.03312實(shí)驗(yàn)二簡(jiǎn)支梁固有頻率測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)共振法測(cè)試固有頻率的原理和方法；（幅值判別法和相位判別法）2、學(xué)習(xí)錘擊法測(cè)試振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的原理和方法；（傳函判別法）3、學(xué)習(xí)自由衰減振動(dòng)波形自譜分析法測(cè)試振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的原理和方法。（自譜分析法）二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于振動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)常要測(cè)定其固有頻率，最常用的方法就是用簡(jiǎn)諧力激振，引起系統(tǒng)共振，從而找到系統(tǒng)的各階固有頻率。另一種方法是錘擊法，用沖擊力激振，通過(guò)輸入的力信號(hào)和輸

7、出的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行傳函分析，得到各階固有頻率。1、簡(jiǎn)諧力激振由簡(jiǎn)諧力作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)方程為：mx+Cx+Kx-Fsinot0e方程式的解由Xi+X2這兩部分組成:x=e一&icost+csint)1D2D式中cc1、2常數(shù)由初始條件決定xAcos®t+Asin®t21其中A2一®2龍+482®22ee2q®82®2龍+482®2,ee1自由振動(dòng)周期強(qiáng)迫振動(dòng)項(xiàng)周期片代表阻尼自由振動(dòng)基，x2代表阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)項(xiàng)。2兀TD®D2兀T-e®e的定常強(qiáng)動(dòng)，只剩下強(qiáng)迫振動(dòng)部分，即)2一2e2一2eCO

8、St+482®2ee2一2e2q®8esin®t+482®2ee通過(guò)變換可寫成x二Asin(et-p)e式中AA2+A2=p12(J1-Ap二arctg2=arctgA設(shè)頻率比2482®2+e-®4/2®8、ej®2®2/e由于阻尼的存在，自由振動(dòng)基隨時(shí)間不斷地衰減消失。最后，只剩下后兩項(xiàng)，也就是通常講£=DW代入公式則振幅+4u2D2滯后相位角申二arctg2Du1u2因?yàn)閝/32=（F0/m）/（K/m）=F0/K=Xst為彈簧受干擾力峰值作用引起的靜位移，所以振幅A可寫成+4u2D2x=B

9、xstst其中B稱為動(dòng)力放大系數(shù)=動(dòng)力放大系數(shù)B是強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)的動(dòng)力系數(shù)即動(dòng)幅值與靜幅值之比。這個(gè)數(shù)值對(duì)拾振器和單自由度體系的振動(dòng)的研究都是很重要的。當(dāng)u=l,即強(qiáng)迫振動(dòng)頻率和系統(tǒng)固有頻率相等時(shí)，動(dòng)力系數(shù)迅速增加，引起系統(tǒng)共振，由式x二Asin（et-申）e可知，共振時(shí)振幅和相位都有明顯變化，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，我們可以判別系統(tǒng)是否達(dá)到共振點(diǎn)，從而確定出系統(tǒng)的各階共振頻率。（1）幅值判別法在激振功率輸出不變的情況下，由低到高調(diào)節(jié)激振器的激振頻率，通過(guò)振動(dòng)曲線，我們可以觀察到在某一頻率下，任一振動(dòng)量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，這就是機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的某階固有頻率。這種方法簡(jiǎn)單易行，但在阻

10、尼較大的情況下，不同的測(cè)量方法測(cè)量出的共振頻率稍有差別，不同類型的振動(dòng)量對(duì)振幅變化敏感程度不一樣，這樣對(duì)于一種類型的傳感器在某階頻率時(shí)不夠敏感。（2）相位判別法相位判別是根據(jù)共振時(shí)特殊的相位值以及共振前后相位變化規(guī)律所提出來(lái)的一種共振判別法。在簡(jiǎn)諧力激振的情況下，用相位法來(lái)判定共振是一種較為敏感的方法，而且共振時(shí)的頻率就是系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率，可以排除阻尼因素的影響。激振信號(hào)為：f=Fsinwt位移信號(hào)為：y=Ysin（3tr）速度信號(hào)為：y=3YCOS（3tr）加速度信號(hào)為：y=-32sin（3t-p）（一）位移判別法將激振信號(hào)輸入到采集儀的第一通道（即x軸），位移傳感器輸出信號(hào)輸入第二通道

11、（即y軸），此時(shí)兩通道的信號(hào)分別為：激振信號(hào)為：f=Fsin3t位移信號(hào)為：y=Ysin（31-p）共振時(shí)，3=3n，p=n/2，x軸信號(hào)和y軸信號(hào)的相位差為n/2，根據(jù)利薩如圖原理可知，屏幕上的圖象將是一個(gè)正橢圓。當(dāng)3略大于3n或略小于3n時(shí)，圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，其變化過(guò)程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。用位移判別法共振的利薩如圖形（二）速度判別法將激振信號(hào)輸入到采集儀的第一通道（即x軸），速度傳感器輸出信號(hào)輸入第二通道（即y軸），此時(shí)兩通道的信號(hào)分別為：激振信號(hào)為：f=Fsin3t速度信號(hào)為：y=3Ycos（3t-p）=3Ysin（3t+n/2-p

12、）共振時(shí)，3=3n,p=n/2，x軸信號(hào)和y軸信號(hào)的相位差為0，根據(jù)利薩如圖原理可知，屏幕上的圖象將是一條直線。當(dāng)3略大于3n或略小于3n時(shí)，圖象都將由直線變?yōu)樾睓E圓，其變化過(guò)程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)橹本€的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。3=3n3>3n圖1-3用速度判別法共振的利薩如圖形（三）加速度判別法將激振信號(hào)輸入到采集儀的第一通道（即x軸），加速度傳感器輸出信號(hào)輸入第二通道（即y軸），此時(shí)兩通道的信號(hào)分別為：激振信號(hào)為：f=Fsin3七加速度信號(hào)為：y=-32Ysin（3t-p）=32Ysin（3t+n-p）共振時(shí)，3=3n，p=n/2'x軸信號(hào)和y軸信號(hào)的相位差為n

13、/2'根據(jù)利薩如圖原理可知，屏幕上的圖象將是一個(gè)正橢圓。當(dāng)3略大于3n或略小于3n時(shí)，圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，其變化過(guò)程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。用加速度判別法共振的利薩如圖形（3）頻率響應(yīng)法（傳函判別函數(shù)判別法一一動(dòng)力放大系數(shù)判別法）通常我們認(rèn)為振動(dòng)系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，用一特定已知的激振力，以可控的方法來(lái)激勵(lì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)測(cè)量輸入和輸出信號(hào)，通過(guò)傳函分析,得到系統(tǒng)固有頻率。響應(yīng)與激振力之間的關(guān)系可用導(dǎo)納表示：ejp+4u2D22Du申二tg匸1u2Y的意義就是幅值為1的激勵(lì)力所產(chǎn)生的響應(yīng)。研究Y與激勵(lì)力之間的關(guān)系，就可得到系統(tǒng)的頻響特性曲線。在共振

14、頻率下的導(dǎo)納值迅速增大，從而可以判別各階共振頻率。（4）自譜分析法當(dāng)系統(tǒng)做自由衰減振動(dòng)時(shí)包括了各階頻率成分，時(shí)域波形反映了各階頻率下自由衰減波形的線性疊加，通過(guò)對(duì)時(shí)域波形做FFT變換就可以得到其頻譜圖，從而我們可以從頻譜圖中各峰值處得到系統(tǒng)的各階固有頻率。四、實(shí)驗(yàn)方法（一）、幅值判別法測(cè)量1、安裝儀器把接觸式激振器安裝在支架上，調(diào)節(jié)激振器高度，讓接觸頭對(duì)簡(jiǎn)支梁產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，使激振桿上的紅線與激振器端面平齊為宜，把激振器的信號(hào)輸入端用連接線接到DH1301掃頻信號(hào)源的輸出接口上。把加速度傳感器粘貼在簡(jiǎn)支梁上，輸出信號(hào)接到數(shù)采分析儀的振動(dòng)測(cè)試通道。2、開(kāi)機(jī)打開(kāi)儀器電源，進(jìn)入DAS2003數(shù)采分

15、析軟件，設(shè)置采樣率，連續(xù)采集，輸入傳感器靈敏度、設(shè)置量程范圍，在打開(kāi)的窗口內(nèi)選擇接入信號(hào)的測(cè)量通道。清零后開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。3、測(cè)量打開(kāi)DH1301掃頻信號(hào)源的電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電壓，注意不要過(guò)載，手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率，從0開(kāi)始調(diào)節(jié)，當(dāng)簡(jiǎn)支梁產(chǎn)生振動(dòng)，且振動(dòng)量最大時(shí)（共振）保持該頻率一段時(shí)間，記錄下此時(shí)信號(hào)源顯示的頻率，即為簡(jiǎn)支梁振動(dòng)固有頻率。繼續(xù)增大頻率可得到高階振動(dòng)頻率。（二）、相位判別法1、將激勵(lì)信號(hào)源輸出端信號(hào)接入采集儀的振動(dòng)測(cè)試通道用外輸入數(shù)采1-1（X軸），加速度傳感器輸出信號(hào)接采集儀器的振動(dòng)測(cè)試通道1-2（Y軸）。加速度傳感器放在距離梁端1/3處。2、打開(kāi)儀器電源，進(jìn)入DAS200

16、3數(shù)采分析軟件，在打開(kāi)的窗口內(nèi)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇信號(hào)的時(shí)間波形1-1和1-2,選擇“X-Y記錄儀方式”利用利薩如圖顯示兩通道的數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率，觀察圖象的變化情況，將加速度傳感器換成速度傳感器和位移傳感器分別測(cè)試，觀察圖象，根據(jù)共振時(shí)各物理量的判別法原理，來(lái)確定共振頻率。1、調(diào)節(jié)DH1301的輸出電壓來(lái)調(diào)整激振器的激振力大小，從而調(diào)整傳感器的輸出幅值大小。（三）頻響函數(shù)（傳遞函數(shù)）判別法測(cè)量1、安裝儀器把力錘的力傳感器輸出線接到采集儀1-1通道，點(diǎn)采樣控制欄的運(yùn)行參數(shù)按鈕'祥，設(shè)置參考通道為1-1，把速度傳感器安放在簡(jiǎn)支梁上，輸出信號(hào)接到1-2通道。2、開(kāi)機(jī)打開(kāi)儀器電源，進(jìn)入DA

17、S2003數(shù)采分析軟件，設(shè)置各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，選擇頻響分析模式。3、測(cè)量用力錘擊簡(jiǎn)支梁中部，就可看到時(shí)域波形，點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵信號(hào)選擇，選擇頻響曲線1-211頻響曲線的第一個(gè)峰就是系統(tǒng)的一階固有頻率。后面的幾個(gè)峰是系統(tǒng)的高階頻率。移動(dòng)傳感器或用力錘敲簡(jiǎn)支梁的其他部位，再進(jìn)行測(cè)試，記錄下梁的各階固有頻率。（四）自譜分析法1、安裝儀器把加速度傳感器安放在簡(jiǎn)支梁上，輸出信號(hào)接到振動(dòng)測(cè)試通道1-1通道。2、開(kāi)機(jī)打開(kāi)儀器電源，進(jìn)入DAS2003數(shù)采分析軟件，設(shè)置各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，選擇頻響分析模式。3、測(cè)量用力錘擊簡(jiǎn)支梁中部，就可看到時(shí)域波形，點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵信號(hào)選擇，選擇自功率譜，就可得到自功率譜曲線，第一個(gè)峰就是系統(tǒng)的第

18、一階固有頻率。后面的幾個(gè)峰是系統(tǒng)的高階頻率。移動(dòng)傳感器或用力錘敲簡(jiǎn)支梁的其他部位，再進(jìn)行測(cè)試，記錄下各階固有頻率。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1.將用位移、速度、加速度判別共振的結(jié)果圖分別繪出來(lái)。aDHDAS（59221S94MS9MK5rMtt22dap沏Q觸I2-3<l）文件(»aWC)畑O)St3lP)分kN)工刪2(巧ST)*»|V|口(W|IMWM)=套1181內(nèi)氓i"1*2O40P日也三鼎口回目EHl因香Em條腎血樂(lè)2站冠如毛日宣!省scrsh28w<i<il記耕師碗ZJ采肪式I-平均乃式I統(tǒng)平均d平廠自動(dòng)俾止采*時(shí)gik3采*£&l

19、t;廠預(yù)知F均211丿發(fā)亞計(jì)Ri?m標(biāo)定(iniaeivfti22.dap)VTl6JflM$2-3(1Y1201|：)1?D2171.9D3178.104170OOS197«OS193.80719C.'o*ieao0919221O219.S-10ahQ».-hdg劭L4沁分祈2110241%112015/11/272.比較各種方法得到的各階模態(tài)頻率。頻率（Hz）測(cè)試方法第一階頻率第二階頻率第三階頻率幅值判別法43.8123.8450.0實(shí)驗(yàn)3被動(dòng)隔振一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)隔振的基本知識(shí)。2、學(xué)習(xí)隔振的基本原理。3、了解主動(dòng)隔振效果的測(cè)量。二、實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖4-1實(shí)驗(yàn)

20、裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理振動(dòng)的干擾對(duì)人、建筑物以及儀表設(shè)備都會(huì)帶來(lái)直接的危害，因此振動(dòng)的隔離涉及到很多方面。隔振的作用有兩個(gè)方面：一、減少振源振動(dòng)傳至周圍環(huán)境；二、減少環(huán)境振動(dòng)對(duì)物體或設(shè)備的影響。二者原理相似，性能也相似。原理就是在設(shè)備和底座之間安裝適當(dāng)?shù)母粽衿鳎M成隔振系統(tǒng)，以減少或隔離振動(dòng)的傳遞。有兩類隔振，一是隔離機(jī)械設(shè)備通過(guò)支座傳至地基的振動(dòng)，以減少動(dòng)力的傳遞，稱為主動(dòng)隔振；另一種是防止地基的振動(dòng)通過(guò)支座傳至需保護(hù)的精密儀器或儀器儀表，以減少振動(dòng)的傳遞，稱為被動(dòng)隔振。在一般隔振設(shè)計(jì)中，常常用振動(dòng)傳遞比t和隔振效率n來(lái)評(píng)價(jià)隔振效果。主動(dòng)隔振傳遞比等于物體傳遞到底座的振動(dòng)與物體的振動(dòng)比，被動(dòng)隔

21、振傳遞比等于底座傳遞到物體的振動(dòng)與底座的振動(dòng)之比，兩個(gè)方向的傳遞比相等。一般，由物體傳遞到底座時(shí)常用力表示，由底座傳遞到物體時(shí)則用位移、振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度表示，這樣便于應(yīng)用。隔振效率:耳=(1T)x100%傳動(dòng)比T：T式中D為阻尼比,振頻率的比。u=激振頻率和共只有傳遞比小于1才有隔振效果。因此T<1的區(qū)域稱為隔振區(qū)。1、當(dāng)f<fJ:2f0時(shí)，T>1。系統(tǒng)有放大作用;°00.511.522.53頻率比八兀54.5453525321圖4-2隔振系統(tǒng)圖2、當(dāng)f=f0時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生共振，傳遞比極大;3、當(dāng)2fo<f<3fo時(shí)，作用有限4、3fo<f<

22、;6fo時(shí)，隔振能力低（2030dB）；5、6fo<f<10fo時(shí)，隔振能力中等（3040dB）；6、f>10fo時(shí)，隔振能力強(qiáng)（>40dB）;7、阻尼比D對(duì)T的影響。1）雖然在f/fo忑的范圍內(nèi)，阻尼比的增大有效地降低共振時(shí)的位移振幅，但對(duì)f/fo<遼的隔振區(qū)，卻反而使傳遞比增高，對(duì)隔振不利。2）在f/fo>v2時(shí)，阻尼比D在此范圍內(nèi)變化時(shí)，T值的差異不大。因?yàn)橹鲃?dòng)隔振傳遞到底座的振動(dòng)會(huì)被底座吸收，所以衡量主動(dòng)隔振效果常用力的傳遞比，本實(shí)驗(yàn)仍用振動(dòng)加速度來(lái)計(jì)算，所以只是主觀判斷有無(wú)隔振效果即可，具體傳遞比和隔振效果計(jì)算見(jiàn)被動(dòng)隔振試驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、儀器安

23、裝把空氣阻尼器和質(zhì)量塊組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固定在底座中部，加速度傳感器放上面，接入數(shù)采儀的電荷通道，速度傳感器放在底座上，接入采集儀的應(yīng)變通道將調(diào)速電機(jī)安裝到隔振器上，電機(jī)連線接到調(diào)壓器上。2、開(kāi)機(jī)進(jìn)入控制分析軟件，設(shè)置采樣頻率等參數(shù)，正確輸入傳感器靈敏度，設(shè)置雙通道時(shí)間和頻譜示波，并將加速度通道信號(hào)積分處理，變?yōu)樗俣蕊@示。3、改變激振頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速），分別測(cè)量20Hz,40Hz,60Hz時(shí)，兩傳感器的振動(dòng)幅度。4、根據(jù)所測(cè)幅值計(jì)算傳動(dòng)比和隔振效果隔振傳動(dòng)比：t-A2隔振效率："T）xI00%五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析1kg空氣阻尼器隔振器被動(dòng)隔振測(cè)試結(jié)果頻率f第一通道振幅£第二通道

24、振幅A2傳動(dòng)比T隔振效率201.01.80.5644%400.10.90.1189%601.10.71.57-57%由上表可知，在頻率為20Hz和40Hz，時(shí)起到隔振作用。在頻率為60Hz，反而起到增振效果。實(shí)驗(yàn)4簡(jiǎn)支梁模態(tài)測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)測(cè)力法模態(tài)分析原理；2、學(xué)習(xí)測(cè)力法（錘擊法）模態(tài)測(cè)試及分析方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器安裝示意圖圖2-1實(shí)驗(yàn)裝置框圖三、實(shí)驗(yàn)原理1、模態(tài)分析方法及其應(yīng)用模態(tài)分析方法是把復(fù)雜的實(shí)際結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成模態(tài)模型，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)識(shí)別（系統(tǒng)識(shí)別），從而大大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)際響應(yīng)來(lái)尋求相應(yīng)的模型或調(diào)整預(yù)想的模型參數(shù)，使其成為實(shí)際結(jié)構(gòu)的最佳描述。主要應(yīng)用有：用

25、于振動(dòng)測(cè)量和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析。可測(cè)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)實(shí)驗(yàn)結(jié)果去指導(dǎo)有限元理論模型的修正，使計(jì)算機(jī)模型更趨于完善和合理。用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改、靈敏度分析和反問(wèn)題的計(jì)算。用來(lái)進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算和載荷識(shí)別。2、模態(tài)分析基本原理工程實(shí)際中的振動(dòng)系統(tǒng)都是連續(xù)彈性體，其質(zhì)量與剛度具有分析的性質(zhì)，只有掌握無(wú)限多個(gè)點(diǎn)在每瞬間時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，才能全面描述系統(tǒng)的振動(dòng)。因此，理論上它們都屬于無(wú)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(shí)際上不可能這樣做，通常采用簡(jiǎn)化的方法，歸結(jié)為有限個(gè)自由度的模型來(lái)進(jìn)行分析，即將系統(tǒng)抽象為由一些集中質(zhì)量塊和彈性元件組成的模型。如果簡(jiǎn)

26、化的系統(tǒng)模型中有n個(gè)集中質(zhì)量，一般它便是一個(gè)n自由度的系統(tǒng)，需要n個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程是n個(gè)二階互相耦合(聯(lián)立)的常微分方程。模態(tài)分析是在承認(rèn)實(shí)際結(jié)構(gòu)可以運(yùn)用所謂“模態(tài)模型”來(lái)描述其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)別的方法。模態(tài)分析的實(shí)質(zhì)，是一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。其目的在于把原在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中描述的響應(yīng)向量,放到所謂“模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)”中來(lái)描述。這一坐標(biāo)系統(tǒng)的每一個(gè)基向量恰是振動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)特征向量。也就是說(shuō)在這個(gè)坐標(biāo)下，振動(dòng)方程是一組互無(wú)耦合的方程，分別描述振動(dòng)系統(tǒng)的各階振動(dòng)形式，每個(gè)坐標(biāo)均可單獨(dú)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

27、，一個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可由N階矩陣微分方程描述:Mx+Cx+Kx二fC)式中幷t丿為N維激振向量；x,x，x分別為N維位移、速度和加速度響應(yīng)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(shí)對(duì)稱N階矩陣。量的矩陣代數(shù)方程設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零，對(duì)方程式CL)兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換，可以得到以復(fù)數(shù)s為變Ms2+Cs+K1(s)=F(s)式中的矩陣Z(s)=Ms2+Cs+K反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，稱為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣或廣義阻抗矩陣。其逆矩陣H(s)=Ms2+Cs+K1稱為廣義導(dǎo)納矩陣，也就是傳遞函數(shù)矩陣。由式(2)可知X(s)=H(s)F(s)在上式中令sj，即可得到系統(tǒng)在頻域中輸出(響應(yīng)向量*)和輸入

28、*的關(guān)系式x6)=h6)f6)式中HG)為頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣。HG)矩陣中第i行第j列的元素H仏叱jFko丿j等于僅在j坐標(biāo)激振(其余坐標(biāo)激振為零)時(shí)，i坐標(biāo)響應(yīng)與激振力之比。在(3)式中令s=jo可得阻抗矩陣z6)=。一2M)+joC利用實(shí)際對(duì)稱矩陣的加權(quán)正交性，有tM=mrtK=kr叮,%1稱為振型矩陣，假設(shè)阻尼矩陣C也滿足振型正交性關(guān)系其中矩陣二tCO=代入(8)式得到Z(o)=-T式中Zr=1一2m)+jocrrrh6)=z6)-i=因此上式中,00ri)rj2-o2丿+j2EoorrrH6)=蘭一ijmr=1rk匕cO2=,E=rrmr2morrr，分別為第r階模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度(又稱

29、為廣義質(zhì)量和廣義剛度)。mr(10)m、krr分別為第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(yīng)，等于N個(gè)單自由度系統(tǒng)頻率響應(yīng)的線形疊加。為了確定全部模態(tài)參數(shù),m、E、0,(r=1,2,N)實(shí)際上只需測(cè)量頻率響應(yīng)矩陣的rrr一列(對(duì)應(yīng)一點(diǎn)激振，各點(diǎn)測(cè)量的H(°)或一行(對(duì)應(yīng)依次各點(diǎn)激振，一點(diǎn)測(cè)量的h(oh)就夠了。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析或模態(tài)參數(shù)識(shí)別的任務(wù)就是由一定頻段內(nèi)的實(shí)測(cè)頻率響應(yīng)函數(shù)數(shù)據(jù)，確定3、統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)模態(tài)頻率or=匕，0r2,0rN模態(tài)分析方法和測(cè)試過(guò)程模態(tài)阻尼比Er和振型,r=1,2,3,n(門為系統(tǒng)在測(cè)試頻段內(nèi)的模態(tài)數(shù))。(1) 激勵(lì)方法為進(jìn)行模態(tài)分

30、析，首先要測(cè)得激振力及相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)行傳遞函數(shù)分析。傳遞函數(shù)分析實(shí)質(zhì)上就是機(jī)械導(dǎo)納，j和j兩點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)表示在j點(diǎn)作用單位力時(shí)，在/點(diǎn)所引起的響應(yīng)。要得到/和j點(diǎn)之間的傳遞導(dǎo)納，只要在j點(diǎn)加一個(gè)頻率為3的正弦的力信號(hào)激振，而在/點(diǎn)測(cè)量其引起的響應(yīng)，就可得到計(jì)算傳遞函數(shù)曲線上的一個(gè)點(diǎn)。如捋是連續(xù)變化的，分別測(cè)得其相應(yīng)的響應(yīng)，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(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行模態(tài)擬合，得到各階模態(tài)參數(shù)和相應(yīng)的模態(tài)振型動(dòng)畫，形象地描述出系統(tǒng)的振動(dòng)型態(tài)。根據(jù)模態(tài)分析的原理，我們要測(cè)得傳遞函數(shù)模態(tài)矩陣中的任一行或任一列，由此可采用不同的測(cè)試方法。要得到矩陣中的任一行，要求釆用各點(diǎn)輪流激

31、勵(lì)，一點(diǎn)響應(yīng)的方法；要得到矩陣中任一列，采用一點(diǎn)激勵(lì)，多點(diǎn)測(cè)量響應(yīng)的方法。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，單擊拾振法，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(duì)于笨重、大型及阻尼較大的系統(tǒng)，貝帰用固定點(diǎn)激振的方法，用激振器激勵(lì)，以提供足夠的能量。力錘頭的選擇:橡膠頭尼絨頭鋁頭剛頭0800Hz02000Hz03000Hz03000Hz以上還有一點(diǎn)是用單點(diǎn)拾振法，當(dāng)結(jié)構(gòu)常因過(guò)于巨大和笨重，以至于采用單點(diǎn)激振時(shí)不能提供足夠的能量，把我們感興趣的模態(tài)激勵(lì)出來(lái)?；蛘呤窃诮Y(jié)構(gòu)同一頻率時(shí)可能有多個(gè)模態(tài),這樣單點(diǎn)激振就不能把它們分離出來(lái)，這時(shí)就需要采用多點(diǎn)激振的方法，采用兩個(gè)甚至更多的激勵(lì)來(lái)激發(fā)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。(1)結(jié)構(gòu)安

32、裝方式在測(cè)試中使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)處于什么狀態(tài)，是試驗(yàn)準(zhǔn)備工作的一個(gè)重要方面。一種經(jīng)常采用的狀態(tài)是自由狀態(tài)。即使試驗(yàn)對(duì)象在任一坐標(biāo)上都不與地面相連接，自由地懸浮在空中。如放在很軟的泡沫塑料上；或用很長(zhǎng)的柔索將結(jié)構(gòu)吊起而在水平方向激振,可認(rèn)為在水平方向處于自由狀態(tài)。另一種是地面支承狀態(tài)，結(jié)構(gòu)上有一點(diǎn)或若干點(diǎn)與地面固結(jié)。如果在我們所關(guān)心的是實(shí)際情況支承條件下的模態(tài)，這時(shí)，可在實(shí)際支承條件下進(jìn)行試驗(yàn)。但最好還是自由支承為佳。因?yàn)樽杂蔂顟B(tài)具有更多的自由度。四、實(shí)驗(yàn)步驟有一根梁如圖2-2所示，長(zhǎng)(x向)500mm,寬(y向)50mm,欲使用多點(diǎn)敲擊、單點(diǎn)響應(yīng)方法做其z方向的振動(dòng)模態(tài)，可按以下步驟進(jìn)行。圖2-2梁的

33、結(jié)構(gòu)示意圖和測(cè)點(diǎn)分布示意圖（1）測(cè)點(diǎn)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(jiǎn)化為桿件，所以只需在x方向順序布置若干敲擊點(diǎn)即可（本例采用多點(diǎn)敲擊、單點(diǎn)響應(yīng)方法），敲擊點(diǎn)的數(shù)目視要得到的模態(tài)的階數(shù)而定，敲擊點(diǎn)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X方向把梁分成十六等份，即可布十七個(gè)測(cè)點(diǎn)。選取拾振點(diǎn)時(shí)要盡量避免使拾振點(diǎn)在模態(tài)振型的節(jié)點(diǎn)上，此處取拾振點(diǎn)在六號(hào)點(diǎn)處。（2）儀器連接壓電加速度傳感路儀器連接如圖2-3所示，其中力錘上的力傳感器接動(dòng)態(tài)采集分析儀的第一通道（即振動(dòng)測(cè)量通道），壓電加速度傳感器接第二通道（振動(dòng)測(cè)試通道）。5091011121314151617抬振

34、點(diǎn)圖2-3儀器連接及傳感器分布示意圖1（3）打開(kāi)儀器電源，啟動(dòng)DHDAS2003控制分析軟件，選擇分析/頻響函數(shù)分析功能。在新建的四個(gè)窗口內(nèi)，分別顯示頻響函數(shù)數(shù)據(jù)、1-1通道的時(shí)間波形、相干函數(shù)和1-2通道的時(shí)間波形。（4）參數(shù)設(shè)置打開(kāi)動(dòng)態(tài)采集分析儀電源，啟動(dòng)DHDAS2003軟件，選擇分析/頻響函數(shù)分析，打開(kāi)新窗口，點(diǎn)擊右鍵，信號(hào)選擇/選擇頻響函數(shù)。分析參數(shù)設(shè)置 采樣率：1.28KHZ（分析頻率取整） 采樣方式：瞬態(tài) 觸發(fā)方式：信號(hào)觸發(fā) 延遲點(diǎn)數(shù)：-200 平均方式：線性平均 平均次數(shù)：4 時(shí)域點(diǎn)數(shù):1024或2048 預(yù)覽平均：丁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 參考通道：1-1 工程單位和靈敏度：將兩個(gè)傳感

35、器靈敏度輸入相應(yīng)的通道的靈敏度設(shè)置欄內(nèi)。傳感器靈敏度為Kch（PC/EU）表示每個(gè)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(shè)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(shè)為m/s2,則此處為PC/m/s2 量程范圍：調(diào)整量程范圍，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)到較好的信噪比。調(diào)整原則：不要使儀器過(guò)載，也不要使得信號(hào)過(guò)小。 模態(tài)參數(shù)：編寫測(cè)點(diǎn)號(hào)和方向。采用單點(diǎn)拾振法時(shí)，如果測(cè)量1號(hào)點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)，在1-1通道（力錘信號(hào)）的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)輸入1,測(cè)量方向輸入+Z；響應(yīng)通道（加速度傳感器信號(hào)）內(nèi)輸入傳感器放置的測(cè)點(diǎn)號(hào)，方向?yàn)?Z。注意： 移動(dòng)敲擊時(shí)，當(dāng)力錘移動(dòng)到其他點(diǎn)進(jìn)行敲擊測(cè)量

36、時(shí)，就必須相應(yīng)的修改力錘通道的模態(tài)信息/節(jié)點(diǎn)欄內(nèi)的測(cè)點(diǎn)編號(hào)。每次移動(dòng)力錘后都要新建文件。 用力錘敲擊各個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀察有無(wú)波形，如果有一個(gè)或兩個(gè)通道無(wú)波形或波形不正常，就要檢查儀器是否連接正確、導(dǎo)線是否接通、傳感器、儀器的工作是否正常等等，直至波形正確為止。使用適當(dāng)?shù)那脫袅η脫舾鳒y(cè)點(diǎn)，調(diào)節(jié)量程范圍，直到力的波形和響應(yīng)的波形既不過(guò)載也不過(guò)小。預(yù)覽平均方式打開(kāi)后，軟件在每次敲擊采集數(shù)據(jù)后，提示是否保存該次試驗(yàn)數(shù)據(jù)。需要學(xué)生判斷敲擊信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)的質(zhì)量，判斷原則為：力錘信號(hào)無(wú)連擊，信號(hào)無(wú)過(guò)載。(5) 數(shù)據(jù)預(yù)處理 調(diào)節(jié)采樣數(shù)據(jù)采樣完成后，對(duì)采樣數(shù)據(jù)重新檢查并再次回放計(jì)算頻響函數(shù)數(shù)據(jù)。一通道的力信號(hào)加力窗，

37、在力窗窗寬調(diào)整合適。對(duì)響應(yīng)信號(hào)加指數(shù)窗。 設(shè)置完成后，回放數(shù)據(jù)重新計(jì)算頻響函數(shù)數(shù)據(jù)。(6) 模態(tài)分析 幾何建模：自動(dòng)創(chuàng)建矩形模型，輸入模型的長(zhǎng)寬參數(shù)以及分段數(shù)；打開(kāi)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)欄，編寫測(cè)點(diǎn)號(hào)； 導(dǎo)入頻響函數(shù)數(shù)據(jù)：從上述實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)文件內(nèi)，將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)數(shù)據(jù)讀入模態(tài)軟件，注意選擇測(cè)量類型：?jiǎn)吸c(diǎn)拾振測(cè)量方式 參數(shù)識(shí)別：首先光標(biāo)選擇一個(gè)頻段的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊參數(shù)識(shí)別按鈕，搜索峰值，計(jì)算頻率阻尼及留數(shù)(振型)。(7) 振型編輯(8) 動(dòng)畫顯示打開(kāi)振型表文件和幾何模型窗口，在振型表文件窗口內(nèi)，按數(shù)據(jù)匹配命令，將模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)分配給幾何模型的測(cè)點(diǎn)。進(jìn)入到幾何模型窗口，點(diǎn)擊動(dòng)畫顯示按鈕，幾何模型將相應(yīng)模態(tài)頻率的振

38、型以動(dòng)畫顯示出來(lái)。在振型表文件內(nèi)鼠標(biāo)選擇不同的模態(tài)頻率，幾何模型上就相應(yīng)的將其對(duì)應(yīng)的振型顯示出來(lái)，如圖12-4為簡(jiǎn)支梁的前四階振型的彩色動(dòng)畫顯示。在幾何模型窗口內(nèi)，使用相應(yīng)按鈕可以動(dòng)畫進(jìn)行控制，如更換在視圖選擇中選取顯示方式：?jiǎn)我晥D、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。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析1、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39.12120.25186.92246.63313.16阻尼比0.130.661.220.110.162、打印出各階模態(tài)振型圖朋模態(tài)分析-鹹文件-繃農(nóng)件.Stf1=1®1&文件（E分桁方法（Q查看GO窗口

39、酗罄助®_fi>X工具面板¥x|文件（E模型稠叵1顯示弱©動(dòng)畫凹幫助凹一階模態(tài)曰甸工程名:新工程-prj曰窗結(jié)構(gòu)文件:丄結(jié)構(gòu)文件.stfa數(shù)扌居文件L*數(shù)據(jù)文件.daf日口模態(tài)參數(shù)文件：圜新模態(tài)參數(shù)文件.口團(tuán)像文件操體文件SS®t.8a亡錢代©塹堅(jiān)|制馨錨攻件.mdf二|遂網(wǎng)FrequencyDamping38.66Hz0.12%一心F,tL囚眾>圓卷煤引忑工具面板|£3結(jié)構(gòu)文件-結(jié)構(gòu)文件出數(shù)振文件-加文件.daf|©模態(tài)參數(shù)文件-新模態(tài)參數(shù)文件而I二階模態(tài)般模態(tài)分析-結(jié)構(gòu)文件-結(jié)構(gòu)文件.時(shí)L=1刨一M£3文件（E分桁方法g