振動(dòng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)測(cè)量課件

1、第一部分振動(dòng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)測(cè)量振動(dòng)理論振動(dòng)幅值的測(cè)量位移幅值速度幅值加速度幅值力的幅值機(jī)械法光測(cè)法電測(cè)法簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移幅值的測(cè)量1、測(cè)幅尺是在一小塊白色金屬片上，畫(huà)上帶有刻度的三角形制成。使用時(shí)，將三角形按直角短邊平行于振動(dòng)方向粘帖在振動(dòng)物體上，當(dāng)振動(dòng)頻率較快時(shí)，標(biāo)尺上的三角形因視覺(jué)暫留效果看起來(lái)形成上下兩個(gè)灰色三角形，其重疊部分是一個(gè)白色三角形。簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移幅值的測(cè)量1、測(cè)幅尺振動(dòng)幅值與測(cè)幅尺尺寸之間的關(guān)系使用限制1、頻率不能太低 f10Hz2、振幅不能太小，A 0.1mm3、上限受測(cè)幅尺尺寸限制4、單一方向應(yīng)用：機(jī)械式和電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)篩等。特點(diǎn)：方便、簡(jiǎn)單、精度較差。簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移幅值

2、的測(cè)量2、讀數(shù)顯微鏡類型內(nèi)讀數(shù) 0.05mm(min)外讀數(shù) 0.01mm(min)當(dāng)讀數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)為k時(shí)，振動(dòng)幅值為在振動(dòng)物體上貼一反光線或細(xì)砂紙，并用燈照亮，當(dāng)結(jié)構(gòu)靜止時(shí)，調(diào)整顯微鏡位置，以清晰的看到許多亮點(diǎn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，由于視覺(jué)的暫留效果，這些亮點(diǎn)就成為許多直線。靜止時(shí)振動(dòng)時(shí)特點(diǎn)： 測(cè)量的是絕對(duì)位移測(cè)量過(guò)程：簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移幅值的測(cè)量3、 激光位移傳感器一般激光位移計(jì)包含一發(fā)光組件及一位置傳感器（PSD)，利用入射及反射光間三角函數(shù)的關(guān)系來(lái)得到待測(cè)位移的。半導(dǎo)體激光的光源經(jīng)過(guò)透鏡將光束聚焦在待測(cè)物體上，待測(cè)物反射光經(jīng)接收透鏡聚焦于位置傳感器上形成一光點(diǎn)，此光點(diǎn)位置隨待測(cè)物位置改變而改

3、變。感測(cè)頭有兩種，鏡面反射式與散光式。一般鏡面反射式用于反光良好或量測(cè)距離較近的待測(cè)物上，因?yàn)檫@種情況下入射角與反射角相等。散射式則用于距離較遠(yuǎn)或較粗燥的量測(cè)面上。傳統(tǒng)的PSD是測(cè)量投射到光點(diǎn)的位置，取其中心點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)，但由于光點(diǎn)的亮度分布并不是均勻的，取中心點(diǎn)的演算結(jié)果與實(shí)際位移誤差較大，因此，現(xiàn)在新型的CCD傳感器采用光點(diǎn)中最亮的點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)，其測(cè)量精度較傳統(tǒng)的PSD要高。簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移幅值的測(cè)量4、電渦流位移傳感器5、速度傳感器6、加速度傳感器振動(dòng)物體傳感器前置放大器測(cè)振儀已知靈敏度如則振動(dòng)位移為振動(dòng)物體傳感器放大器頻率計(jì)測(cè)量放大器積分或微分簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率測(cè)量1、頻率計(jì)（直讀法）振動(dòng)物體傳感器

4、放大器頻率計(jì)2、李莎育圖形法振動(dòng)物體傳感器放大器信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率測(cè)量3、圖形法記憶示波器振動(dòng)物體傳感器放大器示波器振動(dòng)物體傳感器放大器記錄儀信號(hào)發(fā)生器記錄儀復(fù)雜振動(dòng)頻率測(cè)量頻譜分析法振動(dòng)物體傳感器放大器分析儀分析儀的設(shè)置 頻率范圍 輸入量程與輸入耦合方式 窗函數(shù) 測(cè)量?jī)?nèi)容及坐標(biāo)結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-自由衰減法1、測(cè)量過(guò)程系統(tǒng)激勵(lì)2、測(cè)量?jī)x器與測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)物體傳感器放大器記錄儀信號(hào)發(fā)生器此法的核心：記錄時(shí)間歷程曲線結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-自由衰減法3、激勵(lì)1）初位移法：加一力或一力偶，使系統(tǒng)產(chǎn)生初位移或初始轉(zhuǎn)角 后，突然卸力（一階固有頻率測(cè)量）2）敲擊法：用力錘或其它施力工具（注意頻率范圍、

5、敲擊點(diǎn)）4、響應(yīng)以單自由度系統(tǒng)為例結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-自由衰減法5、時(shí)間歷程結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-自由衰減法6、固有頻率和阻尼比測(cè)量固有頻率阻尼比：測(cè)出圖中 Ai 和 Ai+m 幅值,求減幅系數(shù)對(duì)數(shù)減幅則由于結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法1、原理與方法 通過(guò)激振器給結(jié)構(gòu)施加一簡(jiǎn)諧激振力，使其產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，然后連續(xù)改變激振力的頻率，當(dāng)激勵(lì)頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率相近時(shí)，結(jié)構(gòu)即產(chǎn)生共振（幅值出現(xiàn)極值），逐步調(diào)節(jié)激勵(lì)頻率，同時(shí)測(cè)量各頻率點(diǎn)的振動(dòng)幅值，繪出幅頻特性曲線，曲線上各峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率就是各階固有頻率。此法適用與各階固有頻率相隔較遠(yuǎn)的輕阻尼結(jié)構(gòu)。2、測(cè)量?jī)x器 激勵(lì)系統(tǒng)：正弦信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、

6、激振器 測(cè)量系統(tǒng)：傳感器、放大器、示波器、頻率計(jì)、測(cè)振儀結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法3、固有頻率的測(cè)量 固有頻率與共振頻率的區(qū)別1）固有頻率是由結(jié)構(gòu)固有參數(shù)和邊界條件決定的，與激勵(lì)方式無(wú)關(guān)。2）共振頻率指結(jié)構(gòu)共振時(shí)的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率。3）系統(tǒng)的每階固有頻率分別對(duì)應(yīng)多個(gè)共振頻率各階固有頻率位移共振頻率速度共振頻率加速度共振頻率結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法 固有頻率與共振頻率的關(guān)系以單自由度系統(tǒng)為例，當(dāng)系統(tǒng)受到作用力則令由結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法功放信號(hào)源放大器放大器放大器放大器測(cè)振儀示波器放大器頻率計(jì)激振器1、2、3 位移傳感器，4-力傳感器 固有頻率的測(cè)量共振的判別（1）幅值判別法在激振功率輸

7、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，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，而最大幅值所對(duì)應(yīng)的頻率就是結(jié)構(gòu)的某階共振頻率，在小阻尼情況下，該頻率近似等于固有頻率，但在阻尼較大的情況下，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。結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法共振的判別（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：

8、 位移信號(hào)為： 速度信號(hào)為： 加速度信號(hào)為：結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法位移信號(hào)為：共振時(shí)，=n，力信號(hào)和位移信號(hào)的相位差為/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)略大于n或略小于n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。n 將激振信號(hào)輸入到示波器的x軸，位移傳感器輸出信號(hào)輸入y軸，此時(shí)兩通道的信號(hào)分別為：激振信號(hào)為：（一）位移判別法結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法（二）速度判別法將激振信號(hào)輸入到示波器的x軸，速度傳感器輸出信號(hào)輸入到y(tǒng)軸，此時(shí)兩通道的信號(hào)分別為： 激振信號(hào)為： 速度信號(hào)為：共振時(shí)，=n，x軸信號(hào)

9、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)略大于n或略小于n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。 n結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法n（三）加速度判別法將激振信號(hào)輸入到示波器的x軸，加速度傳感器輸出信號(hào)輸入到y(tǒng)軸，此時(shí)兩通道的信號(hào)分別為： 激振信號(hào)為： 加速度信號(hào)為：共振時(shí)，=n，x軸信號(hào)和y軸信號(hào)的相位差為/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)略大于n或略小于n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。 結(jié)構(gòu)固有

10、特性參數(shù)測(cè)量-共振法4、阻尼比的測(cè)量1）半功率點(diǎn)法首先激勵(lì)系統(tǒng)使其處在共振狀態(tài)，記錄該狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)幅值 和共振頻率 ，再計(jì)算 ，分別往高和往低方向調(diào)節(jié)激勵(lì)頻率，讀取響應(yīng)幅值為 時(shí)所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)頻率 和 ，利用下面公式計(jì)算阻尼比2）自由衰減法當(dāng)系統(tǒng)處在某階共振狀態(tài)時(shí)，突然卸力，系統(tǒng)將按該階固有振動(dòng)進(jìn)行衰減，記錄衰減時(shí)間歷程曲線后，由波形參數(shù)計(jì)算阻尼比結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法3）共振頻率法在振動(dòng)系統(tǒng)上安裝位移、速度，或速度、加速度傳感器，分別測(cè)出其共振頻率，由注意：當(dāng)阻尼遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1時(shí)，此法不好用，因?yàn)槿哳l率相差不太 大，不好測(cè)準(zhǔn)，必須采用精密儀器結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法4）放大系數(shù)法在正弦

11、激勵(lì)下，系統(tǒng)的動(dòng)力放大系數(shù)為當(dāng)共振時(shí)測(cè)量方法：首先調(diào)節(jié)激勵(lì)頻率使系統(tǒng)達(dá)到共振狀態(tài)，測(cè)出系統(tǒng)響應(yīng)的最 大位移 ，再用相同力幅的靜力 作用在系統(tǒng)同一激勵(lì) 點(diǎn) 上，測(cè)出同一響應(yīng)點(diǎn)的靜變形，即可計(jì)算出阻尼比結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測(cè)量-共振法5、振型的測(cè)量當(dāng)系統(tǒng)處在共振狀態(tài)時(shí)，測(cè)量各響應(yīng)點(diǎn)的幅值（測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡可能多些），并利用李莎育圖形法測(cè)量各響應(yīng)點(diǎn)之間的相位差，畫(huà)出振型圖即可功放信號(hào)源放大器放大器放大器放大器測(cè)振儀示波器放大器頻率計(jì)激振器1、2、3 位移傳感器，4-力傳感器模態(tài)分析法理論模態(tài)分析；實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析（EMA)運(yùn)行模態(tài)分析 （OMA)；運(yùn)行變形分析 （ODS)模態(tài)分析法運(yùn)行模態(tài)分析 通過(guò)只測(cè)量響應(yīng)來(lái)決

12、定模態(tài)模型 不需要輸入力環(huán)境激勵(lì) 模態(tài)測(cè)試類似于運(yùn)行變形分析 優(yōu)點(diǎn) - 測(cè)試便宜和快速 - 無(wú)需激勵(lì)設(shè)備 - 測(cè)試不干擾結(jié)構(gòu)的正常工作 - 測(cè)試的響應(yīng)代表了結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作環(huán)境模態(tài)分析法運(yùn)行模態(tài)分析 測(cè)量能夠被一次完成（快速，數(shù)據(jù)一致性好）或多次完成 （受限于傳感器的數(shù)量） 一次測(cè)量（一個(gè)數(shù)據(jù)組），不需要參考傳感器 多次測(cè)量（多個(gè)數(shù)據(jù)組），對(duì)所有的數(shù)據(jù)組，需要一個(gè)或 多個(gè)固定的加速度傳感器作為參考-運(yùn)行變形分析確定結(jié)構(gòu)在工作條件下的振動(dòng)模式 工作條件 - 負(fù)荷，壓力，溫度，流量振動(dòng)信號(hào) - 穩(wěn)態(tài) - 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài) 速度微小變化 升/降速 - 瞬態(tài)-運(yùn)行變形分析 ODS以如下方式描述被測(cè)對(duì)象 - 幾何動(dòng)

13、畫(huà) - 加速度、速度、位移及其相位的列表 在不同的點(diǎn)和方向上進(jìn)行測(cè)量-運(yùn)行變形分析信號(hào)分析中 - 沒(méi)有線性模型的假設(shè) - 沒(méi)有輸入力的假設(shè) - 實(shí)際的工作載荷 - 真實(shí)的邊界條件ODS的類型 - 時(shí)域ODS - 頻譜域ODS(FFT或者Order) - 升/降速ODS實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析1、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析概述 用實(shí)驗(yàn)方法，來(lái)構(gòu)造結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及行為的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，來(lái)尋求結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法什么叫實(shí)模態(tài)分析？它有哪幾種情況？ 對(duì)無(wú)阻尼系統(tǒng)和比例阻尼(粘性比例阻尼和結(jié)構(gòu)比例阻尼)系統(tǒng)而言，表示系統(tǒng)主振型的模態(tài)矢量是實(shí)數(shù)矢量，稱為實(shí)模態(tài)系統(tǒng)，相應(yīng)的模態(tài)分析過(guò)程稱為實(shí)模態(tài)分析。它

14、有在無(wú)阻尼系統(tǒng)和比例阻尼系統(tǒng)中兩種情況。什么叫復(fù)模態(tài)分析？它有哪幾種情況？ 具有一般粘性阻尼和一般結(jié)構(gòu)阻尼振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)矢量是復(fù)矢量，故稱該系統(tǒng)為復(fù)模態(tài)系統(tǒng)，有關(guān)的模態(tài)分析稱為復(fù)模態(tài)分析。它有一般粘性阻尼和一般結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)兩種情況。為什么要做模態(tài)測(cè)試改進(jìn)有限元模型在原樣機(jī)上通過(guò)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證通過(guò)引入阻尼來(lái)改進(jìn)有限元模型故障診斷降低過(guò)大的振動(dòng)電平確保共振頻率遠(yuǎn)離振動(dòng)頻率仿真“假如。則”確定載荷復(fù)雜激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改結(jié)構(gòu)綜合分析- 預(yù)測(cè)組裝子部件或總裝的動(dòng)力學(xué)行為模態(tài)測(cè)試：首先應(yīng)用于飛機(jī)工業(yè)，今天也廣泛應(yīng)用于汽車及許多其他工業(yè)怎樣做模態(tài)測(cè)試建模建立幾何模型定義自由度確定測(cè)量方向測(cè)量頻率響

15、應(yīng)函數(shù)力錘或激振器激勵(lì)定義相干函數(shù)，自譜等用于驗(yàn)證曲線擬合頻率阻尼留數(shù)（模態(tài)振型）驗(yàn)證MAC（模態(tài)置信因子）相位分布模態(tài)參與因子模態(tài)置信因子激勵(lì)選擇頻率響應(yīng)函數(shù)測(cè)量試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法主要方法 最小二乘復(fù)指數(shù)法 時(shí)間序列分析法 隨機(jī)減量技術(shù) ITD方法2、模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法 1）時(shí)域法：從時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)中直接識(shí)別模態(tài)參數(shù).時(shí)域 模態(tài)參數(shù)辨識(shí)與頻域方法不同，無(wú)須將所 測(cè)得響應(yīng)與激勵(lì)的時(shí)間歷程信號(hào)變化到頻 域中去，而是直接在時(shí)域中進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法2）頻域法：在測(cè)量頻率響應(yīng)函數(shù)基礎(chǔ)上，利用最小二乘估計(jì)識(shí) 別模 態(tài)參數(shù)。有單模態(tài)識(shí)別法和多模態(tài)識(shí)別法，前者對(duì) 各模 態(tài)耦合較小的系統(tǒng)可達(dá)到滿意的識(shí)別精度

16、，而后者 則適 合于模態(tài)耦合較大的系統(tǒng)頻域法識(shí)別法最小二乘圓擬合法非線性加權(quán)最小二乘法直接偏導(dǎo)數(shù)法正交多項(xiàng)式擬合法分區(qū)模態(tài)綜合法頻域總體識(shí)別法4、機(jī)械導(dǎo)納、傳遞函數(shù)與頻響函數(shù)1）機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納： 機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納的概念來(lái)源于機(jī)電類比，在電學(xué)中，常用復(fù)數(shù)符號(hào) 和 表示線路中電壓和電流的有效值和初相位，并將它們的比值定義為阻抗，即同時(shí)將阻抗的倒數(shù)定義為導(dǎo)納 類似地，機(jī)械阻抗定義為機(jī)械系統(tǒng)受到簡(jiǎn)諧激勵(lì)時(shí)激振力的復(fù)數(shù)力幅與響應(yīng)的復(fù)數(shù)振幅之比，并將機(jī)械阻抗的倒數(shù)定義為機(jī)械導(dǎo)納。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法由于系統(tǒng)的響應(yīng)可以是位移、速度和加速度，因而機(jī)械阻抗（導(dǎo)納）有六種形式位移阻抗速度阻抗加速度阻抗位移導(dǎo)納速度

17、導(dǎo)納加速度導(dǎo)納試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法以單自由度系統(tǒng)受簡(jiǎn)諧力作用時(shí)的響應(yīng)為例，可以看出系統(tǒng)機(jī)械阻抗（或?qū)Ъ{）得知取決于系統(tǒng)的物理參數(shù)（質(zhì)量、剛度、阻尼），并且是頻率的函數(shù)，同一系統(tǒng)的六種阻抗（導(dǎo)納）是相互聯(lián)系的。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法有阻尼單自由度系統(tǒng)導(dǎo)納的五種曲線及其特點(diǎn) 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法有阻尼單自由度系統(tǒng)的位移導(dǎo)納表達(dá)式為： 由此可得到導(dǎo)納的五種曲線 1）幅頻曲線和相頻曲線a,b點(diǎn)：為半功率點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)頻率分別為： 其幅值為：d點(diǎn)：該點(diǎn)反映靜變形。在相頻曲線上，a,b,c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位分別為：-450，-1350，-900.C點(diǎn)：該點(diǎn)對(duì)應(yīng)在小阻尼時(shí)，該點(diǎn)可認(rèn)為是峰值點(diǎn)。 其對(duì)應(yīng)頻率為C點(diǎn)：共振峰點(diǎn)，位移導(dǎo)納的幅頻

18、和相頻圖試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法2）實(shí)頻曲線和虛頻曲線d點(diǎn)：在實(shí)頻曲線上， ，該點(diǎn)反映靜變形。 其對(duì)應(yīng)頻率為C點(diǎn)：共振峰點(diǎn)，C點(diǎn)：實(shí)頻曲線上在小阻尼時(shí)，虛頻曲線上該點(diǎn)可認(rèn)為是峰值點(diǎn)，且a,b點(diǎn)：實(shí)頻曲線上，其對(duì)應(yīng)頻率分別為： 其幅值為： 虛頻曲線上半峰值處所對(duì)應(yīng)的頻率為 及 。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法3）五種類型的導(dǎo)納曲線的比較三種導(dǎo)納的幅頻和相頻圖試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法3）五種類型的導(dǎo)納曲線的比較三種導(dǎo)納的實(shí)頻圖和虛頻圖試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法3）五種類型的導(dǎo)納曲線的比較三種導(dǎo)納圓試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法2）傳遞函數(shù)： 在電路或控制理論中，將輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比定義為傳遞函數(shù)。如果把機(jī)械系統(tǒng)的激振力看作輸入量，把

19、振動(dòng)的位移響應(yīng)看作輸出量，則機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法其中對(duì)于單自由度系統(tǒng)，當(dāng)初始位移和初始速度都為零時(shí)，則有在小阻尼情況下，S的解為一對(duì)共軛復(fù)根，即其中3）頻率響應(yīng)函數(shù)單自由度多單自由度試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法其中l(wèi)和p 兩點(diǎn)之間的頻響函數(shù)表示在p點(diǎn)作用單位力時(shí)，在l點(diǎn)所引起的響應(yīng)。根據(jù)模態(tài)分析原理，要測(cè)得頻響函數(shù)模態(tài)矩陣中的任一行或任一列，可采用不同的測(cè)試方法-要得到矩陣中的任一行，要求采用各點(diǎn)輪流激勵(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 系統(tǒng)輸出與輸入的傅立葉變換之比稱為頻響函數(shù)4）噪聲對(duì)頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式頻響函數(shù)的三種估算形式如下：第二

20、估算式第三估算式 在沒(méi)有噪聲污染的理想情況下，這三種估算形式是等價(jià)的。實(shí)際由于噪聲影響，三種估算形式有差異。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法4）噪聲對(duì)頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式4.1）只有響應(yīng)信號(hào)受到噪聲污染第二估算式第三估算式平均平均平均試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法4）噪聲對(duì)頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式4.2）只有激勵(lì)信號(hào)受到噪聲污染第二估算式第三估算式試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法4）噪聲對(duì)頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式4.3）激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)都受到噪聲污染第二估算式第三估算式4）噪聲對(duì)頻響函數(shù)估算形式的影響4.4）上述情況下頻響函數(shù)的三種估算式之間的關(guān)系只有響應(yīng)信號(hào)受到噪聲污染只有激勵(lì)信號(hào)受到噪聲污染響應(yīng)與激勵(lì)

21、信號(hào)受到噪聲污染試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法且有5、頻率響應(yīng)函數(shù)的測(cè)量1）結(jié)構(gòu)支承方式：2）激振器安裝方式：自由懸掛剛性安裝按實(shí)際工作狀況支承懸掛式緊固在剛性基礎(chǔ)上彈性支承在被測(cè)物體上試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法3）測(cè)點(diǎn)布置與激振點(diǎn)的選擇 測(cè)點(diǎn)布置：測(cè)點(diǎn)數(shù)目及布置情況依據(jù)具體結(jié)構(gòu)和測(cè)試目標(biāo)而 定，高階模態(tài)由于振型復(fù)雜，需要足夠的測(cè)點(diǎn)才 能清楚地識(shí)別出來(lái) 激振點(diǎn)的選擇： 1) 預(yù)先估計(jì)得到模態(tài)的節(jié)線和反節(jié)線位置，避免 放在節(jié)線附近和反節(jié)線上 2) 在自由懸掛狀態(tài)下，選擇放在結(jié)構(gòu)的端部 3 在測(cè)試過(guò)程，要變換幾次激勵(lì)點(diǎn)的位置，檢查是 否有遺漏的模態(tài)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法4）測(cè)量?jī)x器與測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法 激勵(lì)系統(tǒng)：激振器（信號(hào)發(fā)生

22、器、功率放大器），力錘 測(cè)量系統(tǒng)：傳感器、放大器 分析系統(tǒng)：信號(hào)分析儀，采集器等5）激勵(lì)方法試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法 在測(cè)量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼 剛度、響應(yīng)和模態(tài)等時(shí)，需要對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一定的外力，讓其作受迫 振動(dòng)或自由振動(dòng)，以便獲得相應(yīng)的激勵(lì)及其響應(yīng)。激勵(lì)方式如下： 步進(jìn)正弦激振法 自動(dòng)正弦慢掃頻激勵(lì) 快速掃頻正弦激勵(lì) 沖擊激勵(lì) 階躍（張弛）激勵(lì) 純隨機(jī)激勵(lì) 偽隨機(jī)激勵(lì) 猝發(fā)隨機(jī)激勵(lì) 該掃頻方式在一個(gè)測(cè)量窗口內(nèi)，提供一個(gè)頻率從指定低頻到指定高頻的按一定規(guī)律連續(xù)變化的正弦信號(hào)。掃頻一次就是一個(gè)激勵(lì)過(guò)程，可以多次重復(fù)。 快速正弦掃描激振力信號(hào)的函數(shù) 表達(dá)式為：快速正弦掃

23、描激振-瞬態(tài)激振該激勵(lì)方式能在兩極限頻率之間產(chǎn)生一平直譜，而在極限頻率之外，譜幅為零，即矩形頻譜 幅值頻譜在起始頻率 與終了頻率 處有明顯的躍遷，基本上呈矩形，頻譜曲線的平均值上疊加的小波幅與 成正比，這種激勵(lì)可以很方便地選定和準(zhǔn)確控制所需的激振頻率范圍。快速正弦掃描激振-瞬態(tài)激振其優(yōu)點(diǎn)是：可消除泄漏誤差，信噪比好，測(cè)試速度快，容易控制激勵(lì)的頻率含量等。其缺點(diǎn)是：為控制猝發(fā)時(shí)間，需特殊硬件，不能消除結(jié)構(gòu)非線性因素的影響?？焖僬覓呙杓ふ?瞬態(tài)激振 脈沖激振是用一個(gè)裝有傳感器的錘子（又稱脈沖錘）敲擊被測(cè)對(duì)象，對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)力脈沖，同時(shí)測(cè)量激勵(lì)和被測(cè)對(duì)象。脈沖的形成及有效頻率取決于脈沖的持續(xù)時(shí)

24、間。而持續(xù)時(shí)間則取決于錘端的材料，材料越硬，持續(xù)時(shí)間越小，則頻率范圍越大。其優(yōu)點(diǎn)是：脈沖錘激振設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便，對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)， 特別適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；激勵(lì)頻率成分與能量可大致控制，試驗(yàn)周期短，無(wú)泄漏。缺點(diǎn)是：信噪比 較差，特別是對(duì)大型結(jié)構(gòu)，激勵(lì)能量往往不足以激起足夠大的響應(yīng)信號(hào)。且在著力點(diǎn)位置、力的大小、方向的控制等方面，需要熟練的技巧，否則會(huì)產(chǎn)生很大的隨機(jī)誤差。沖擊激勵(lì)-瞬態(tài)激振純隨機(jī)激振 純隨機(jī)信號(hào)一般由模擬電子噪聲發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)低通濾波成為限帶白噪聲，在給定頻帶內(nèi)具有均勻連續(xù)譜，可以同時(shí)激勵(lì)該頻帶內(nèi)所有模態(tài)。白噪聲的自相關(guān)函數(shù)是一個(gè)單位脈沖函數(shù)，即除=0 處以外，自相關(guān)

25、函數(shù)等于零，在=0 時(shí)，自相關(guān)函數(shù)為無(wú)窮大，而其自功率譜密度函數(shù)幅值恒為1。實(shí)際測(cè)試中，當(dāng)白噪聲通過(guò)功放并控制激振器時(shí)，由于功放和激振 器的通頻帶是有限的，所以實(shí)際的激振力頻譜不能在整個(gè)頻率域中保持恒值，但如果在比所關(guān)心的有用頻率范圍寬得多的頻域內(nèi)具有相等的功率密度時(shí)，仍可視為白噪聲信號(hào)。純隨機(jī)激振純隨機(jī)信號(hào)優(yōu)點(diǎn)是：可以經(jīng)過(guò)多次平均消除噪聲干擾和非線性因素的影響，得到線性估算較好的頻響函數(shù)；測(cè)試速度快，可做在線識(shí)別。其缺點(diǎn)是：容易產(chǎn)生泄漏，雖然可以加窗控制，但會(huì)導(dǎo)致分辨率的降低，特別是小阻尼系統(tǒng)；激振力譜難以控制猝發(fā)隨機(jī)激振 猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)只在測(cè)量周期的初始一段時(shí)間輸出信號(hào)，其占用時(shí)間可任意調(diào)節(jié)

26、，以適應(yīng)不同阻尼的結(jié)構(gòu)。與連續(xù)隨機(jī)信號(hào)作為激勵(lì)源不同的是，猝發(fā)隨機(jī)激勵(lì)時(shí)，能保證一個(gè)測(cè)量窗的響應(yīng)信號(hào)完全由同一測(cè)量窗的激勵(lì)信號(hào)引起，輸入與輸出相干性較好。而連續(xù)隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)時(shí)，下一個(gè)測(cè)量窗的響應(yīng)信號(hào)可能有一部分是由上一個(gè)測(cè)量窗的激勵(lì)信號(hào)引起。 猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)具有周期隨機(jī)信號(hào)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，既具周期性，有具隨機(jī)性，同時(shí)有具瞬態(tài)性，測(cè)試速度較偽隨機(jī)要快，是一種優(yōu)良的激勵(lì)信號(hào)。其缺點(diǎn)是：為了控制猝發(fā)時(shí)間，需增加特殊硬件設(shè)備。在一點(diǎn)測(cè)試響應(yīng)用帶傳感器的錘頭在不同的點(diǎn)激勵(lì)計(jì)算激勵(lì)點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)確定結(jié)構(gòu)的模態(tài)FrequencyDistanceAmplitudeBeam一階模態(tài)二階模態(tài)三階模態(tài)ForceFor

27、ceForceForceForceForceForceForceForceForceForceFrequency Domain ViewForceModal Domain ViewAcceleration6、模態(tài)參數(shù)測(cè)量與識(shí)別試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法峰值法 當(dāng)結(jié)構(gòu)的阻尼很小，模態(tài)頻率不很密集時(shí)，認(rèn)為在某一階模態(tài)頻率的附近，主要是這一階的模態(tài)導(dǎo)納對(duì)頻響函數(shù)作出貢獻(xiàn)，在估計(jì)模態(tài)參數(shù)時(shí)，用一理想的單自由度頻響函數(shù)去擬合實(shí)測(cè)的頻響函數(shù)，就稱為單模態(tài)分析法，或單自由度擬合法。 當(dāng)阻尼較大，模態(tài)頻率又很密集時(shí)，對(duì)一段包含幾個(gè)峰谷的實(shí)測(cè)頻響函數(shù)，就要用多自由度頻響函數(shù)去擬合，就稱多模態(tài)分析法。頻域模態(tài)參數(shù)識(shí)別單模態(tài)分析法多模態(tài)分析法幅頻峰值法實(shí)頻、虛頻峰值法直接由實(shí)測(cè)頻響函數(shù)的峰值峰值頻率、半功率帶寬等數(shù)據(jù)確定模態(tài)參數(shù)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法H()F()X()|H()|1k H()0 90 1800 = k/m12m1cf(t)x(t)kcm1）幅頻峰值法- 單自由度系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法模態(tài)分析Frequencyf(t)x(t)k2c2m2f(t)x(t)k1c1m1x(t)f(t)k3c3m3單自由度模態(tài)系統(tǒng)1）幅頻峰值法- 多自由度系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法1）幅頻峰值法-多自由度系統(tǒng)假定：在比例粘性阻尼下，