隨機(jī)振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)ppt課件

1、Random Vibration,1,隨機(jī)振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn),Random Vibration,2,我們知道有這樣一類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lái)發(fā)生的記錄是不會(huì)和過(guò)去的記錄一樣的.這樣,我們不能知道將來(lái)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(wèn)題.如果結(jié)構(gòu)本身的參

2、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(wèn)題.,1.1 工程系統(tǒng)中的隨機(jī)性,Random Vibration,3,按隨機(jī)性的來(lái)源分:一個(gè)是激勵(lì)過(guò)程的隨機(jī)性,這是隨機(jī)振動(dòng)理論主要解決的問(wèn)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(wèn)題和反問(wèn)題:已知輸入和系統(tǒng)求輸出這是正問(wèn)題,稱為響應(yīng)確定問(wèn)題; 已知輸入和輸出求系統(tǒng)的參數(shù)這是反問(wèn)題,稱為系統(tǒng)識(shí)別問(wèn)題,我們這門(mén)課程不涉及,有專門(mén)課程. 非線性的來(lái)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(lái)說(shuō),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(wèn)題的分類(lèi),Ra

3、ndom Vibration,4,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,5,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,6,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,7,2.1 傅里葉變換,Random Vibration,8,2.2 功率譜密度,Random Vibration,9,2.2 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 ,Random Vibration,10,2.2 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48HZ,水平是2HZ以下； 時(shí)間越長(zhǎng)人體能夠不疲勞地承受的加速度

4、均方根值就越小,Random Vibration,11,2.2 功率譜密度,均方根值(Root Mean SquareRMS)，又稱有效值：,標(biāo)準(zhǔn)差(Standard Deviation),Random Vibration,12,3.1 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，1g2/Hz，20-30Hz，0.1g2/Hz 環(huán)境2：10-20Hz，0.1g2/Hz ，20-30Hz，1g2/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、：5.9g和15.8g，相差巨大。,Random Vibration,13,3.1 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，1g2/Hz，20-30Hz，0.1g2/Hz 環(huán)境2：10-20Hz，0.1g2/Hz ，20-30Hz，1g2/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。,Random Vibration,14,3.2 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(lèi)、板殼類(lèi)

6、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。,Random Vibration,15,3.2 振動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)與要求,Random Vibration,16,3.2 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(cè)幅值誤差不得超過(guò)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)，

7、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(guò)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(guò)300Hz內(nèi)超出以上限制。,Random Vibration,17,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,Random Vibration,18,電液式：低

8、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(chē)輛道路模擬試驗(yàn)臺(tái) （MTSTM公司329型6自由度車(chē)輛試驗(yàn)臺(tái)）,4.2 振動(dòng)臺(tái),Random Vibration,19,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、GJB150,4.2 振動(dòng)臺(tái)（續(xù)）,Random Vibration,20,試驗(yàn)基本方法：通過(guò)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,Random Vibration,21,倍頻程octave,分貝decibe

9、l,4.3 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜（續(xù)）,Random Vibration,22,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)）,Random Vibration,23,4.3 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜（續(xù)）,Random Vibration,24,4.4 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：例題,Random Vibration,25,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,Random Vibration,26,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)）,Random Vibration,27

10、,4.5 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：總均方根值計(jì)算（續(xù)）,Random Vibration,28,4.5 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參考譜：總均方根值計(jì)算（續(xù)）,Random Vibration,29,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,Random Vibration,30,Cholesky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(cè)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)）,Random Vibration,31,差分控制算

11、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,Random Vibration,32,4.7 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,33,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)）,Random Vibration,34,令,4.7 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,35,4.7 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,36,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)）,Random Vibration,37,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,Random Vibration,38,經(jīng)過(guò)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)）,Random Vibration,39,窗函數(shù) W(t) :,半正弦窗 Kaiser 窗 Hanning 窗,通過(guò)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)）,Random Vibration,40,4.9 應(yīng)用實(shí)例(I) 雙振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)控制,參考譜及其參數(shù),雙振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)控制效果,4.9