兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定兩層剛架結(jié)構(gòu)的前二階頻率，振型及阻尼比。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容觀察兩層剛架結(jié)構(gòu)的共振現(xiàn)象。了解掌握結(jié)構(gòu)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)儀器設(shè)備，熟悉各種儀器的操作方法。掌握用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的常用方法。兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

理論回顧雙自由度系統(tǒng)存在兩個(gè)頻率、振型和阻尼比——結(jié)構(gòu)體系的固有動(dòng)力特性。橫梁為無限剛性的兩層剛架可簡化為兩個(gè)集中質(zhì)量點(diǎn)的雙自由度體系。121212第一主振型第二主振型兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)第一振型第二振型兩層剛架振型兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)通常測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的方法有自由振動(dòng)法和強(qiáng)迫振動(dòng)法。結(jié)構(gòu)在共振情況下，阻尼的影響不能忽略。頻率振幅兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)常用測(cè)定結(jié)構(gòu)阻尼比的方法有自由振動(dòng)衰減法和半功率法（見下圖）。——第一階頻率和阻尼比——對(duì)應(yīng)倍振幅極大值處對(duì)應(yīng)的頻率值。

第二階頻率和阻尼比同理。當(dāng)激振力頻率與結(jié)構(gòu)某階固有頻率相等時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生共振，此時(shí)振動(dòng)幅值達(dá)到極大值；找出幅頻曲線中的某個(gè)振幅極大值對(duì)應(yīng)的頻率，即為結(jié)構(gòu)的某階固有頻率；此時(shí)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)形式歸一化后即為此階結(jié)構(gòu)振型。

實(shí)驗(yàn)原理——強(qiáng)迫振動(dòng)法用激振器對(duì)剛架結(jié)構(gòu)施加頻率變化的激振力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，通過測(cè)量結(jié)構(gòu)的頻率和位移做出幅頻曲線，并得出結(jié)構(gòu)振動(dòng)的波形圖。阻尼比確定的半功率法——由固有頻率附近的頻率值用公式來確定系統(tǒng)的阻尼比。由4個(gè)水平布置在剛架豎桿上的加速度計(jì)，來測(cè)量頻率和加速度，并通過對(duì)加速度積分后得到剛架結(jié)構(gòu)的位移。兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集器實(shí)驗(yàn)設(shè)備低頻掃頻信號(hào)發(fā)生器、激振器計(jì)算機(jī)、打印機(jī)兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀袡C(jī)玻璃和配重鐵塊制成的雙層剛架，并沿剛架的豎直桿水平布置4個(gè)加速度計(jì)。兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

思考：

本實(shí)驗(yàn)兩層剛架模型與理論上簡化的兩個(gè)自由度模型有什么差異？

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

①信號(hào)發(fā)生器功率輸出已由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師設(shè)置完成，學(xué)生不得進(jìn)行重新調(diào)整。②電荷放大器的量程及靈敏度由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師設(shè)置完成，學(xué)生不得進(jìn)行重新調(diào)整。③學(xué)生不得使用自帶的磁盤進(jìn)入計(jì)算機(jī)，不得刪除、修改文件。④不得在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行任何與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的操作。兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟

①依此打開低頻掃頻信號(hào)發(fā)生器、電荷放大器、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)的電源。②點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)桌面上的剛架動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)圖標(biāo)進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

③點(diǎn)擊登記,進(jìn)行學(xué)生情況登記,登記完成后,點(diǎn)擊存盤退出。

。

一．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟

①點(diǎn)擊采樣進(jìn)入計(jì)算機(jī)監(jiān)視狀態(tài),在此界面點(diǎn)擊示波進(jìn)入示波狀態(tài)

。②使用信號(hào)發(fā)生器的手動(dòng)及微調(diào)旋扭調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，同時(shí)觀察顯示器上各測(cè)點(diǎn)波形的幅值及頻率變化現(xiàn)象，并用手輕輕觸摸結(jié)構(gòu)進(jìn)行體驗(yàn)。⑤

在某一固有頻率點(diǎn)處觀察振動(dòng)波形,點(diǎn)擊停止及采樣，自動(dòng)進(jìn)入計(jì)算機(jī)仿真狀態(tài)

。

⑥在仿真狀態(tài)下觀看兩層剛架對(duì)應(yīng)的振型規(guī)律，并將結(jié)果打印

。二．頻率測(cè)試及振型觀測(cè)⑦重復(fù)上述⑤

-⑥的過程進(jìn)行另一振型的測(cè)試。

③

由測(cè)量數(shù)據(jù)可以繪制出幅頻曲線(計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制)

。④

根據(jù)幅頻曲線確定兩階固有頻率

。兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟

②分別在兩個(gè)固有頻率附近，使用信號(hào)發(fā)生器的手動(dòng)及微調(diào)旋扭調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，記錄10-20組激振頻率及相應(yīng)的剛架結(jié)構(gòu)振幅測(cè)量數(shù)據(jù)。

①

根據(jù)幅頻曲線記錄兩階固有頻率

。

三．阻尼比測(cè)試

④使用公式計(jì)算出各階振型的阻尼比。

③使用插值方法得出對(duì)應(yīng)倍振幅極大值處對(duì)應(yīng)的頻率值。

兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟

①點(diǎn)擊菜單中的理論模擬，隨即彈出一個(gè)窗口。②在彈出窗口中點(diǎn)擊菜單中的2個(gè)自由度，出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單。③根據(jù)測(cè)量的振型圖選取下拉菜單中對(duì)應(yīng)的振型。

④調(diào)整好理論振型窗口的位置，仔細(xì)觀察理論與實(shí)測(cè)結(jié)果的異同。四．實(shí)驗(yàn)結(jié)果的初步分析

⑤做好記錄，回去進(jìn)行分析，找出理論與實(shí)測(cè)結(jié)果差異的原因。

兩層剛架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理

①認(rèn)真記錄好所提供的結(jié)構(gòu)參數(shù)，及實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的現(xiàn)象；并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)作出適當(dāng)?shù)慕忉?。②確定共振頻率和振型，根據(jù)提供的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行振型計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，找出誤差分析原因。③繪制出實(shí)驗(yàn)裝置圖，解釋各設(shè)備在本實(shí)驗(yàn)中的作用。

④對(duì)本實(shí)驗(yàn)有何建議、看法在報(bào)告中指出。

⑤

有關(guān)參數(shù)：剛架總高度405mm，寬度：200mm

橫梁截面尺寸