簡支梁振動系統(tǒng)動態(tài)特性綜合測試方法

1、目錄一、設(shè)計題目1二、設(shè)計任務(wù)1三、所需器材1四、動態(tài)特性測量11.振動系統(tǒng)固有頻率的測量12.測量并驗證位移、速度、加速度之間的關(guān)系33.系統(tǒng)強迫振動固有頻率和阻尼的測量64.系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量75.主動隔振的測量96.被動隔振的測量137.復(fù)式動力吸振器吸振實驗18五、心得體會21六、參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計題目簡支梁振動系統(tǒng)動態(tài)特性綜合測試方法。二、設(shè)計任務(wù)1. 振動系統(tǒng)固有頻率的測量。2. 測量并驗證位移、速度、加速度之間的關(guān)系。3. 系統(tǒng)強迫振動固有頻率和阻尼的測量。4. 系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量。5. 主動隔振的測量。6. 被動隔振的測量。7. 復(fù)

2、式動力吸振器吸振實驗。三、所需器材 振動實驗臺、激振器、加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、力傳感器、掃描信號源、動態(tài)分析儀、力錘、質(zhì)量塊、可調(diào)速電機、空氣阻尼器、復(fù)式吸振器。四、動態(tài)特性測量1.振動系統(tǒng)固有頻率的測量（1）實驗裝置框圖：見（圖1-1）（2）實驗原理：對于振動系統(tǒng)測定其固有頻率，常用簡諧力激振，引起系統(tǒng)共振，從而找到系統(tǒng)的各階固有頻率。在激振功率輸出不變的情況下，由低到高調(diào)節(jié)激振器的激振頻率，通過振動曲線，我們可以觀察到在某一頻率下，任一振動量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，這就是機械振動系統(tǒng)的某階固有頻率。（圖1-1實驗裝置圖）（3）實驗方法：安裝儀器 把接觸式激振器安

3、裝在支架上，調(diào)節(jié)激振器高度，讓接觸頭對簡支梁產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，使激振桿上的紅線與激振器端面平齊為宜，把激振器的信號輸入端用連接線接到DH1301掃頻信號源的輸出接口上。把加速度傳感器粘貼在簡支梁上，輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道。開機 打開儀器電源，進(jìn)入DAS2003數(shù)采分析軟件，設(shè)置采樣率，連續(xù)采集，輸入傳感器靈敏度、設(shè)置量程范圍，在打開的窗口內(nèi)選擇接入信號的測量通道。清零后開始采集數(shù)據(jù)。測量 打開DH1301掃頻信號源的電源開關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電壓，注意不要過載，手動調(diào)節(jié)輸出信號的頻率，從0開始調(diào)節(jié)，當(dāng)簡支梁產(chǎn)生振動，且振動量最大時（共振），保持該頻率一段時間，記錄下此時信號源顯示的頻率，

4、即為簡支梁振動固有頻率。繼續(xù)增大頻率可得到高階振動頻率。所得圖形及數(shù)據(jù)分析： （圖1-2：幅頻特性曲線） 由幅頻特性曲線可得到的數(shù)據(jù)： 表1-1：實驗所得數(shù)據(jù)階數(shù)一階二階三階固有頻率（Hz）58.5938183.5938386.7188幅值（mv）2.87245.60046.52252.測量并驗證位移、速度、加速度之間的關(guān)系（1）實驗裝置與儀器框圖：見（圖2-1）（2）實驗原理： 在振動測量中，有時往往不需要測量振動信號的時間歷程曲線，而只需要測量振動信號的幅值。振動信號的幅值可根據(jù)位移、速度、加速度的關(guān)系，用位移傳感器或速度傳感器、加速度傳感器來測量。設(shè)振動位移、速度、加速度分別為x、v、a

5、，其幅值分別為X、V、A：x = Bsin (t-) （式2-1）v = =Bcos (t-) （式2-2） （式2-3）式中：B一一位移振幅 振動角頻率 初相位X=BA=2B=(2f)2B 式(2-4) （圖2-1：實驗裝置圖） 振動信號的幅值可根據(jù)式(2-4)中位移、速度、加速度的關(guān)系，分別用位移傳感器、速度傳感器或加速度傳感器來測量。也可利用動態(tài)分析儀中的微分、積分功能來測量。（3）實驗方法：安裝激振器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓力（不要超過激振桿上的紅線標(biāo)識），用專用連接線連接激振器和DH1301掃頻信號源輸出接口。連接儀

6、器和傳感器把加速度傳感器安裝在簡支梁的中部，輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道；把位移傳感器安裝在簡支梁的中部，輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道；把速度傳感器安裝在簡支梁的中部，輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道。儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機進(jìn)入DHDAS數(shù)采分析軟件的主界面，設(shè)置采樣頻率、量程范圍，輸入加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器的靈敏度。輸入方式：壓電傳感器選AC，速度傳感器選AC，位移傳感器選SIN_DC；打開三個窗口，分別顯示三個通道的時間信號。采集并顯示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率和信號幅值，使梁產(chǎn)生明顯振動。在三個窗口中讀取當(dāng)前振動的最大值（位移、速度、

7、加速度）。（4）實驗數(shù)據(jù)： （圖2-2：位移、速度、加速度時間曲線）（5）實驗結(jié)果與分析：表2-1：實驗數(shù)據(jù)結(jié)果位移X速度V加速度 A0.04882.14163.99081.2670綜上所述，實驗結(jié)果與計算結(jié)果大致相等。3.系統(tǒng)強迫振動固有頻率和阻尼的測量（1）實驗步驟：分析軟件進(jìn)入到頻響函數(shù)分析模塊。設(shè)置信號源頻率，起始頻率：0Hz，結(jié)束頻率：100Hz，線性掃頻間隔：1Hz/s。設(shè)置分析軟件，平均方式：峰值保持；信號顯示窗口內(nèi)，選擇顯示頻響函數(shù)1-3/1-2曲線；開始采集數(shù)據(jù)，輸出掃頻信號給激振器。直到掃頻信號達(dá)到結(jié)束頻率，手動停止掃頻。（2）數(shù)據(jù)處理：頻響函數(shù)曲線類似下圖： （圖3-1：

8、頻響函數(shù)曲線） 由頻響函數(shù)圖像可知，系統(tǒng)固有頻率f0=51.8HZ，f1=50.9HZ， f2=55.4HZ阻尼比 4.系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量（1）實驗裝置框圖：（圖4-1：實驗裝置框圖）（2）實驗方法：將測試系統(tǒng)連接好將加速度傳感器布置在集中質(zhì)量附近，加速度傳感器信號接到數(shù)采儀的振動測試通道。儀器設(shè)置打開儀器電源，進(jìn)入控制分析軟件，新建一個項目（文件名自定），設(shè)置采樣頻率、量程范圍、工程單位和靈敏度等參數(shù)，在數(shù)據(jù)顯示窗口內(nèi)點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇信號，選擇時間波形，開始采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同步采集顯示在圖形窗口內(nèi)。測試和處理 用錘敲擊質(zhì)量塊使其產(chǎn)生自由衰減振動。記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減

9、振動波形，然后設(shè)定i，利用雙光標(biāo)讀出i個波經(jīng)歷的時間t，T1=t/；讀出相距i個周期的兩振幅的雙振幅2A1、2 Ai+1之值，計算出阻尼比，固有頻率。（3）實驗所得圖形如下： （圖4-2：時間曲線圖形）表4-1：加速度傳感器時間波形曲線上峰值數(shù)據(jù)時間（s）9.32819.35169.38489.41219.4160幅值（mv）109.139451.305133.322528.570326.1390表4-2：加速度傳感器時間波形曲線上峰值數(shù)據(jù)時間（s）9.44539.47279.50599.53529.5664幅值（mv）23.177117.736417.007214.540011.3836（4

10、）計算結(jié)果如下： 表4-3：數(shù)據(jù)處理結(jié)果i時間t周期T1A1Ai+1阻尼比固有頻率f090.23830.0265109.139411.38360.040037.74i=9t=t10-t1=9.5664-9.3281=0.2383（s）A1=109.1394A10=11.38365.主動隔振的測量（1）實驗裝置： （圖5-1：實驗裝置圖）（2）實驗原理：隔振設(shè)計中，常常用振動傳遞比T和隔振效率來評價隔振效果。主動隔振傳遞比等于物體傳遞到底座的振動與物體的振動比，被動隔振傳遞比等于底座傳遞到物體的振動與底座的振動之比，兩個方向的傳遞比相等。一般，由物體傳遞到底座時常用力表示，由底座傳遞到物體時則用

11、位移、振動速度或振動加速度表示，這樣便于應(yīng)用。隔振效率：傳動比T：式中D為阻尼比， 激振 頻率和共振頻率的比。只有傳遞比小于1才有隔振效果。因此T1。系統(tǒng)有放大作用；當(dāng)時，系統(tǒng)發(fā)生共振，傳遞比極大；當(dāng)時，作用有限；時，隔振能力低（2030dB）；時，隔振能力中等（3040dB）；時，隔振能力強（40dB）；（3）實驗步驟：儀器安裝把空氣阻尼器和質(zhì)量塊組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固定在底座中部，加速度傳感器放上面，接入數(shù)采儀的電荷通道，速度傳感器放在底座上，接入采集儀的應(yīng)變通道將調(diào)速電機安裝到隔振器上，電機連線接到調(diào)壓器上。開機進(jìn)入控制分析軟件，設(shè)置采樣頻率等參數(shù)，正確輸入傳感器靈敏度，設(shè)置雙通道時間和頻

12、譜示波，并將加速度通道信號積分處理，變?yōu)樗俣蕊@示。改變激振頻率（電機轉(zhuǎn)速），分別測量20Hz,40Hz,60Hz時，兩傳感器的振動幅度。根據(jù)所測幅值計算傳動比和隔振效果隔振傳動比：隔振效率：（4）實驗圖形： （圖5-2：激振頻率20HZ下幅頻特性曲線）（圖5-3：激振頻率40HZ下幅頻特性曲線）（圖5-4：激振頻率60HZ下幅頻特性曲線）（5）數(shù)據(jù)處理：表5-1：實驗所得數(shù)據(jù)激振器頻率（Hz）加速度傳感器振幅A1速度傳感器振幅A2傳動比隔振效率200.04220.13910.303469.66%400.49516.67570.074292.58%601.425666.96440.021397.

13、87%6.被動隔振的測量（1）實驗裝置： （圖6-1：實驗裝置）（2）實驗原理：防止地基的振動通過支座傳至需保護(hù)的精密儀器或儀器儀表，以減少運動的傳遞，稱為被動隔振。被動隔振傳遞比等于底座傳遞到物體的振動與底座的振動之比，由底座傳遞到物體時則用位移、振動速度或振動加速度表示。隔振效率：傳動比T：式中D為阻尼比，為激振頻率和共振頻率的比。（3）實驗步驟：隔振器安裝把小的空氣阻尼器和質(zhì)量塊組成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固定在梁中部，速度傳感器放上面，壓電加速度傳感器放在梁的下面。 安裝激振器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓力（不要超過激振桿上的紅線標(biāo)

14、識），用專用連接線連接激振器和DH1301掃頻信號源輸出接口。連接儀器和傳感器把加速度傳感器輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道1-2；把速度傳感器輸出信號接到數(shù)采分析儀的應(yīng)變測試通道1-3。儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機進(jìn)入DHDAS2003數(shù)采分析軟件的主界面，設(shè)置采樣頻率、分析點數(shù)，量程范圍，輸入加速度傳感器、速度傳感器的靈敏度。打開三個窗口，分別顯示二個通道的時間波形信號、二通道頻譜信號和頻響函數(shù)，并且加速度信號要經(jīng)積分運算變換為速度信號。采集并顯示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率，使隔振器產(chǎn)生共振。在各窗口中分別讀取當(dāng)前振動的最大值、頻率值、振幅以及第一通道的峰值和第二通道的峰

15、值。改變激振頻率，分別測量、 、時，上下傳感器的振動幅度。根據(jù)所測幅值計算傳動比和隔振效果隔振傳動比：隔振效率：（4）實驗圖形如下：（圖6-2：激振頻率40HZ下幅頻特性曲線）（圖6-3：激振頻率48HZ下幅頻特性曲線）（圖6-4：激振頻率88HZ下幅頻特性曲線）（圖6-5：激振頻率40HZ下幅頻特性曲線） （圖6-6：激振頻率320HZ下幅頻特性曲線） （圖6-7：激振頻率480HZ下幅頻特性曲線）（5）數(shù)據(jù)處理計算：表6-1：數(shù)據(jù)結(jié)果頻率范圍頻率加速度振幅A1速度振幅A2傳動比T隔振效率0.07844.19130.018798.13%0.263611.70680.022597.75%0.0

16、5311.30410.040795.93%0.30284.29520.070592.95%0.92806.20680.149585.05%0.02170.08370.259374.07%7.復(fù)式動力吸振器吸振實驗（1）實驗裝置圖：（圖7-1：實驗裝置圖）（2）實驗原理：單式動力減振采用一個附加的特殊彈簧質(zhì)量系統(tǒng)變成為兩自由度的系統(tǒng)，附加彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率等于主系統(tǒng)的固有頻率，如果外部激振頻率等于其固有頻率時，即可起到良好的減振效果。如果外部激振頻率與主系統(tǒng)的二階或更高階固有頻率相等時，單式減振器就不能發(fā)揮作用，這時可以采用復(fù)式減振器。復(fù)式減振器附加一個具有兩自由度或多自由度的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，減

17、振器的一個彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)螺母經(jīng)過調(diào)節(jié)，可以對應(yīng)系統(tǒng)中的某階固有頻率，當(dāng)外部激振力引起主系統(tǒng)某階共振時，能量就轉(zhuǎn)移到附加質(zhì)量系統(tǒng)，起到減振效果。（3）實驗步驟：安裝激振器把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓力（不要超過激振桿上的紅線標(biāo)識），用專用連接線連接激振器和DH1301掃頻信號源輸出接口。接儀器和傳感器把加速度傳感器安裝到梁中部集中質(zhì)量上，輸出信號接到數(shù)采分析儀的振動測試通道；復(fù)式動力吸振器安裝在梁中央。.儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機進(jìn)入DHDAS數(shù)采分析軟件的主界面，設(shè)置采樣率、量程范圍，輸入加速度傳感器的靈敏度。窗口分別顯示振動信號的時間波形和頻譜采集并顯示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)掃頻信號源的輸出頻率，使梁產(chǎn)生共振。在窗口中分別讀取當(dāng)前振動的幅值、頻率值。調(diào)節(jié)吸振器上的調(diào)節(jié)螺母，觀察波形，使其幅值達(dá)到最小時，停止調(diào)節(jié)，記錄其幅值及頻率。調(diào)節(jié)信號源使梁系統(tǒng)產(chǎn)生高階共振，重復(fù)步驟。（4）實驗圖形及數(shù)據(jù)： （圖7-2：調(diào)節(jié)前幅頻特性曲線）（圖7-3：調(diào)節(jié)后一階固有頻率下幅頻特性曲線）（圖7-4：調(diào)