隨機(jī)振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

隨機(jī)振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)RandomVibration1第1頁，共45頁。RandomVibration2我們知道有這樣一類載荷:作用在樓房和橋梁上的風(fēng)載荷;作用在海洋平臺(tái)和船艦上的水動(dòng)力荷載;作用在樓房和壩體上的地震荷載.這類荷載的特點(diǎn)是隨時(shí)間在強(qiáng)度和頻率含量有很大的變化.對(duì)于這類載荷中的一條記錄,它是確定的,用在以前的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的課程中知識(shí)我們可以求得數(shù)值觧.但是這樣的一個(gè)觧很少有實(shí)用價(jià)值,原因是我們用的一條記錄,那是以前發(fā)生的,將來發(fā)生的記錄是不會(huì)和過去的記錄一樣的.這樣,我們不能知道將來的精確的情況,但還要估計(jì)一個(gè)大概可能的結(jié)果.這就是隨機(jī)動(dòng)力學(xué)要解決的問題.如果結(jié)構(gòu)本身的參數(shù)也存在不確定性,這更是隨機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)要解決的問題.1.1工程系統(tǒng)中的隨機(jī)性第2頁，共45頁。RandomVibration3按隨機(jī)性的來源分:一個(gè)是激勵(lì)過程的隨機(jī)性,這是隨機(jī)振動(dòng)理論主要解決的問題;一個(gè)是振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)的隨機(jī)性,這是參數(shù)隨機(jī)振動(dòng)理論.正問題和反問題:已知輸入和系統(tǒng)求輸出這是正問題,稱為響應(yīng)確定問題;已知輸入和輸出求系統(tǒng)的參數(shù)這是反問題,稱為系統(tǒng)識(shí)別問題,我們這門課程不涉及,有專門課程.非線性的來源分:一個(gè)是振蕩系統(tǒng)的力學(xué)參數(shù)的非線性,對(duì)于地震工程來說,一般是指遲滯行為,這樣的系統(tǒng)常常顯示復(fù)雜的非線性現(xiàn)象,例如多吸引子,跳躍現(xiàn)象,分岔和混沌;1.2隨機(jī)問題的分類第3頁，共45頁。RandomVibration42.1傅里葉變換第4頁，共45頁。RandomVibration52.1傅里葉變換第5頁，共45頁。RandomVibration62.1傅里葉變換第6頁，共45頁。RandomVibration72.1傅里葉變換第7頁，共45頁。RandomVibration82.2功率譜密度第8頁，共45頁。RandomVibration92.2功率譜密度等頻帶等差關(guān)系等差數(shù)列倍頻帶等比關(guān)系等比數(shù)列1/3倍頻帶1/12倍頻帶……第9頁，共45頁。RandomVibration102.2功率譜密度人體振動(dòng)反應(yīng)對(duì)頻率敏感；

垂直振動(dòng)敏感區(qū)域4~8HZ,水平是2HZ以下；時(shí)間越長人體能夠不疲勞地承受的加速度均方根值就越小第10頁，共45頁。RandomVibration112.2功率譜密度均方根值(RootMeanSquare—RMS)，又稱有效值：標(biāo)準(zhǔn)差(StandardDeviation)第11頁，共45頁。RandomVibration123.1功率譜密度曲線與振動(dòng)夾具的影響功率譜密度曲線影響的一個(gè)極端例子：環(huán)境1：10-20Hz，1g^2/Hz，20-30Hz，0.1g^2/Hz環(huán)境2：10-20Hz，0.1g^2/Hz，20-30Hz，1g^2/Hz兩中環(huán)境的有效值均為3.3g。產(chǎn)品的共振頻率為15Hz，對(duì)20-30Hz內(nèi)的振動(dòng)放大5倍（功率譜密度放大25倍），則在兩種環(huán)境下產(chǎn)品的響應(yīng)分別為：5.9g和15.8g，相差巨大。第12頁，共45頁。RandomVibration133.1功率譜密度曲線與振動(dòng)夾具的影響功率譜密度曲線影響的一個(gè)極端例子：環(huán)境1：10-20Hz，1g^2/Hz，20-30Hz，0.1g^2/Hz環(huán)境2：10-20Hz，0.1g^2/Hz，20-30Hz，1g^2/Hz兩中環(huán)境的有效值均為3.3g。產(chǎn)品的共振頻率為15Hz，對(duì)20-30Hz內(nèi)的振動(dòng)放大5倍（功率譜密度放大25倍），則在兩種環(huán)境下產(chǎn)品的響應(yīng)分別為：5.9g和15.8g，相差巨大。第13頁，共45頁。RandomVibration143.2振動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)與要求1.盡量增加夾具的剛度：

盡量不使用梁類、板殼類結(jié)構(gòu)。

連接部位使用焊接處理。

與底板連接部部位盡量分散。2.合理增加夾具的質(zhì)量：

夾具振動(dòng)中的有效質(zhì)量最好大于產(chǎn)品的10倍。

第14頁，共45頁。RandomVibration153.2振動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)與要求第15頁，共45頁。RandomVibration163.2振動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)與要求1.在正弦振動(dòng)條件下，試件任一安裝孔位置附近（比如傳感器固定中心點(diǎn)與安裝孔中心位置之間的距離10mm以內(nèi)）的實(shí)測幅值誤差不得超過規(guī)定值的10%2.在隨機(jī)振動(dòng)條件下，試件任一安裝孔附近（比如傳感器固定中心點(diǎn)與安裝孔中心位置之間的距離10mm以內(nèi)）位置在任一頻率下其加速度功率譜密度保持在規(guī)定值的2dB到-1dB之內(nèi)，有難度時(shí)，500Hz以內(nèi)時(shí)應(yīng)在-3dB到3dB之內(nèi)，500Hz以上時(shí)應(yīng)在-6dB到3dB之內(nèi)。超過允許誤差的累積帶寬應(yīng)限制在整個(gè)試驗(yàn)頻帶范圍的5%以內(nèi)。3.在任何頻率上，相互正交并與試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)軸正交的兩個(gè)軸上的振動(dòng)加速度應(yīng)不大于試驗(yàn)軸向加速度的0.45倍（或加速度功率譜密度的0.2倍），隨機(jī)振動(dòng)時(shí)，允許在累積頻率不超過300Hz內(nèi)超出以上限制。

第16頁，共45頁。RandomVibration17隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)室利用振動(dòng)臺(tái)等振動(dòng)設(shè)備模擬結(jié)構(gòu)在實(shí)際中的隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境，對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、可靠性、壽命等進(jìn)行檢驗(yàn)和確認(rèn)。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)基本框圖：4.1隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)概況第17頁，共45頁。RandomVibration18電液式：低頻、大推力---建筑、機(jī)械地震、路面振動(dòng)模擬三維地震試驗(yàn)臺(tái)（日本名古屋工業(yè)大學(xué)）車輛道路模擬試驗(yàn)臺(tái)（MTSTM公司329型6自由度車輛試驗(yàn)臺(tái)）4.2振動(dòng)臺(tái)第18頁，共45頁。RandomVibration19電動(dòng)式：寬頻帶、大加速度飛行器與機(jī)載設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：MIL-STD-810、GJB1504.2振動(dòng)臺(tái)（續(xù)）第19頁，共45頁。RandomVibration20試驗(yàn)基本方法：通過控制器（計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集與發(fā)送系統(tǒng)）使振動(dòng)臺(tái)面產(chǎn)生滿足設(shè)定的參考譜要求的隨機(jī)振動(dòng)。典型加速度參考譜：4.3隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜第20頁，共45頁。RandomVibration21倍頻程octave分貝decibel4.3隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜（續(xù)）第21頁，共45頁。RandomVibration22采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)時(shí)，兩點(diǎn)間連線的傾角為：4.3隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜（續(xù)）第22頁，共45頁。RandomVibration234.3隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜（續(xù)）第23頁，共45頁。RandomVibration244.4隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：例題第24頁，共45頁。RandomVibration25梯形譜總均方根值計(jì)算4.5隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：總均方根值計(jì)算第25頁，共45頁。RandomVibration26上升段：平直段：下降段：當(dāng)m2=-1時(shí)，應(yīng)用羅比達(dá)法則可得4.5隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：總均方根值計(jì)算（續(xù)）第26頁，共45頁。RandomVibration274.5隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：總均方根值計(jì)算（續(xù)）第27頁，共45頁。RandomVibration284.5隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：總均方根值計(jì)算（續(xù)）第28頁，共45頁。RandomVibration29隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成多輸入多輸出隨機(jī)振動(dòng)控制的目標(biāo)是使控制譜和參考譜一致4.6隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成第29頁，共45頁。RandomVibration30Cholesky分解補(bǔ)充隨機(jī)相位在實(shí)際的試驗(yàn)系統(tǒng)中，由于頻響函數(shù)測量誤差、系統(tǒng)非線性和輸入輸出噪聲等的影響導(dǎo)致必須在控制系統(tǒng)中加入反饋修正環(huán)節(jié)，進(jìn)行逐次迭代修正4.6隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成（續(xù)）第30頁，共45頁。RandomVibration31差分控制算法令省略二次高階小量4.7隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法第31頁，共45頁。RandomVibration324.7隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）第32頁，共45頁。RandomVibration33比例均方根控制算法（不考慮互譜）4.7隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）第33頁，共45頁。RandomVibration34令4.7隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）第34頁，共45頁。RandomVibration354.7隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）第35頁，共45頁。RandomVibration36比例均方根控制算法框圖4.7隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）第36頁，共45頁。RandomVibration37驅(qū)動(dòng)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)是隨機(jī)相位矩陣均勻分布做逆傅里葉變換就可以得到一幀偽隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)4.8隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)域隨機(jī)化第37頁，共45頁。RandomVibration38經(jīng)過時(shí)域隨機(jī)化處理后得到真隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)4.8隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)域隨機(jī)化（續(xù)）第38頁，共45頁。RandomVibration39窗函數(shù)W(t):

半正弦窗

Kaiser窗

Hanning窗通過加窗、疊加，由偽隨機(jī)信號(hào)生成連續(xù)平穩(wěn)隨機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)4.8隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)域隨機(jī)化（續(xù)）第39頁，共45頁。RandomVibration404.9應(yīng)用實(shí)例(I)——雙振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制頻率拐點(diǎn)(Hz)功率譜密度（g2/Hz）均方根值RMS（g）參考譜110－1780.00020.74300－10000.00041000－2000-6dB/Oct下降參考譜210－10000.00040.771000－2000-6dB/Oct下降參考譜及其參數(shù)第40頁，共45頁。RandomVibration41RMS（g）RMS誤差（%）±3dB容差（%）±6dB容差（%）控制譜10.739-0.41.30.0控制譜20.7892.18.30.8雙振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)控制效果4.9應(yīng)用實(shí)例(I)——雙振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制（續(xù)）第41頁，共45頁。RandomVibration424.9應(yīng)用實(shí)例(II)——三軸向隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制試驗(yàn)裝置第42頁，共45頁。RandomVibration431000Hz400線

聯(lián)臺(tái)控制1234.9應(yīng)用實(shí)例(II)——三軸向隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制（續(xù)）第43頁，共45頁。RandomVibration444.9應(yīng)用實(shí)例(III)——三軸向振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制第44頁，共45頁。內(nèi)容梗概隨機(jī)振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)。我們知道有這樣一類載荷:作用在樓房和橋梁上的風(fēng)載荷。正問題和反問題:已知輸入和系統(tǒng)求輸出這是正問題,稱為響應(yīng)確定問題。已知輸入和輸出求系統(tǒng)的參數(shù)這是反問題,稱為系統(tǒng)識(shí)別問題,我們這門課程不涉及,有專門課程.。1.2隨機(jī)問題的分類。2.1傅里葉變換。均方根值(RootMeanSquare—RMS)，又稱有效值：。夾具振動(dòng)中的有效質(zhì)量最好大于產(chǎn)品的10倍。超過允許誤差的累積帶寬應(yīng)限制在整個(gè)試驗(yàn)頻帶范圍的5%以內(nèi)。4.1隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)概況。4.2振動(dòng)臺(tái)。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：MIL-STD-8