彈性結(jié)構(gòu)頻率響應函數(shù)的測定

1、彈性結(jié)構(gòu)頻率響應函數(shù)的測定實驗目的掌握用隨機激勵激振方式，進行機械阻抗測試的儀器組合及使用方法。了解隨機激振時的數(shù)據(jù)處理方法。測出懸臂梁的頻響函數(shù)。實驗原理及方法激勵信號可用以用以下幾種方式：一是快速正弦掃頻法。將正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號，在幅值保持不變的條件下，由低頻很快地連續(xù)變化到高頻。從頻譜上看，該情況下，信號的頻譜已不具備單一正弦信號的特性，而是在一定的頻率范圍內(nèi)接近隨機信號。二是脈沖激勵。用脈沖錘敲擊試件，產(chǎn)生近似于半正弦的脈沖信號。信號的有效頻率取決于脈沖持續(xù)時間t,t越小則頻率范圍越大。用脈沖錘進行脈沖激振是一種用得較多的瞬態(tài)激振方法，它所需要的設(shè)備較少，信號發(fā)生器、功率放大

2、器、激振器等都可以省掉,并且可以在更接近于實際工作的條件下來測定試件的頻率響應函數(shù)。三是寬白噪聲激勵。白噪聲信號和白色光含有同一比率的所有波長的成分相同,在一切頻帶區(qū)域,也具有相等功率成分的那種不規(guī)則信號。從而保證了在所分析的頻段內(nèi)的激勵信號存在頻率。頻率響應函數(shù)表明了系統(tǒng)的動態(tài)特性,在機械結(jié)構(gòu)中頻率響應函數(shù)是對結(jié)構(gòu)振動特性的描述,又稱為機械阻抗。它可以理論計算也可以通過實驗測定。工程上很多問題即便有了計算值往往也離不開實驗的方法校核,特別是對于大型復雜結(jié)構(gòu),實驗的方法更顯得更重要。實驗裝置參見圖2試驗件為長640mm寬56mm厚8mm懸臂梁,前四階參考頻率為：階次1234頻率Hz15.999

3、.8279.5547.7在結(jié)構(gòu)振動實驗分析中，通常把一連續(xù)彈性系統(tǒng)簡化成離散的多自由度系統(tǒng)上述懸臂梁被等分的劃成n個單元體，近似的認為每個單元體的質(zhì)量只集中在結(jié)點上，各結(jié)點之間均為彈性連接，激勵點和測量點被布置在結(jié)點上。針對每一個測點系統(tǒng)被簡化為單自由度常系數(shù)線性系統(tǒng)。若只考慮在輸出端加有輸入信號線性不相關(guān)的噪聲干擾時，此系統(tǒng)振動方程在頻域表示為：Y(f)二H(f)X(f)+N(f)上式乘以輸入信號付氏變換的共軛X*(f)，在樣本足夠大的情況下，應用統(tǒng)計平均做上式的期望值的運算，可以得到：九(f)=H(f心(f)即h(f)=GXX(f)式中：GYX(f)為輸入輸出的互譜GXX(f)為輸入信號的

4、自譜H(f)為系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)實驗步驟CF-7200、加速度傳感器、信號調(diào)理設(shè)備、激振器等實驗設(shè)備連線和實驗的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。CP-72O0FFTMRGA-YEKI.07r|.-YD-IIA一一竝頭L154MJ電話咸秋打控制綜合、1：Jj62HYIJ率圖3.1頻率響應函數(shù)的測定實驗示意圖激勵點已連接上，將CF-7200傅里葉分析儀的輸出信號到功率放大器，調(diào)節(jié)功率放大器的電流輸出旋鈕，使加速度傳感器感應到信號。操作CF-7200頻響函數(shù)的功能鍵，觀察頻響函數(shù)的分析結(jié)果。逐次改變測點的位置，求出系統(tǒng)的一列頻率響應函數(shù)H(f),由CF-7200上打印出H的實虛部值。實驗結(jié)果及分析1相干函數(shù)（未

5、平均）分辨率800HZ窗口長度8192圖4.12相干函數(shù)（平均）分辨率800HZ窗口長度8192圖4.2觀察圖4.1與圖4.2，可以發(fā)現(xiàn)相干函數(shù)在未平均時相干性良好，幾乎為1；平均過后就看不出相干性了。關(guān)于相干函數(shù)平均后不為1的原因可能有以下幾點在平均處理中，譜估計有分辨率偏差；測量過程中，可能會有外界噪聲。3幅頻響應（平均）分辨率800HZ窗口長度8192圖4.3觀察圖4.3，并在表4.1記錄出前四階測量頻率，由此可以得出如下結(jié)論。階次1234參考頻率15.999.8279.5547.7測量頻率15.7596.75260.75529.25表4.1從表4.1中可以看到各階次頻率都比參考頻率小。

6、由于加速度傳感器的有一定重量，所以忽略加速傳感器質(zhì)量來看，總體相差不大。根據(jù)頻響函數(shù)圖我們可以找到懸臂梁的14階的固有頻率。4相頻響應（平均）分辨率800HZ窗口長度8192圖4.45振動實部函數(shù)圖分辨率800HZ窗口長度8192p(Hz)|yo-4OG5C+)o(O-1+G749G+750O-3+378260t7500l+037529+E500:a1+1+*+-*+-J+-J+-i+ri+rr+r4+*ri+ri+r1+1+4+b4+b1+1+1+1+4+b4+b1+1+1+1+J+-J+-*+-*+-圖4.5從圖4.5可知各階頻率下的懸臂梁測試點的振幅大小。6振動虛部函數(shù)圖分辨率800HZ

7、窗口長度8192圖4.6從圖4.6可知當前各階頻率下的懸臂梁測試點振動的方向。五回答問題隨機激勵特點是什么？隨機激勵激振還可以用于那些方面？答：隨機激勵即Randomexcitation，最早使用的激勵技術(shù)之一，因為它很容易生成。隨機激勵在FFT測量的采樣時間段內(nèi)信號永遠不是周期的，需要一個窗函數(shù)（通常是漢寧窗）來減輕泄漏的影響。即使加了窗函數(shù)，在測量結(jié)果的共振峰上，頻響測量結(jié)果仍然受到泄漏的影響。在本實驗中，隨機激勵是給懸臂梁施加的脈沖力，在激振力的作用下產(chǎn)生自由振動，激振頻率包含一定頻率以下的所有頻率。因此，可以看到懸臂梁在不同頻率下的振動狀態(tài)。隨機激勵激振可用于飛行器結(jié)構(gòu)顫振損傷檢測、火箭推進工具有效負載可靠性分析、發(fā)動機葉片固有頻率的測定等多個方面。對于大型工件如車床床身、汽輪機軸等能否采用隨機激勵？答：不可以，一般大型器件固有頻率都比較小，而且激振時所需要的激振力比較大，隨機激振器產(chǎn)生的激振力有限。對于大型器件常采用脈沖激振，時間短，激振力大，瞬時產(chǎn)生能量足以讓系統(tǒng)產(chǎn)生響應。例如，車床振動模態(tài)試驗，需要用專門的激振器對車床進行激振。在實際的工程測試中，怎樣消除環(huán)境帶來的低頻或高頻振動的影響？答：（1）在實驗環(huán)境實施電磁屏蔽保護措施，切斷干擾源通過耦合途徑對敏感設(shè)備進行干擾。如屏蔽導線連接，合理