譜分析的工程與應(yīng)用

二、譜分析的工程應(yīng)用近年來譜分析技術(shù)有了飛速的發(fā)展，越來越廣泛地應(yīng)用在各個工程領(lǐng)域中。下面介紹譜分析技術(shù)的應(yīng)用情況1.各階固有頻率的識別通過對結(jié)構(gòu)物激振、沖擊或工作狀態(tài)測得的結(jié)構(gòu)振動信號，經(jīng)過功率譜或幅值譜分析，由譜圖中的尖峰分量鑒別分析，可以求得結(jié)構(gòu)自振頻率。在此，以橋梁振動為例，通過對梁和墩臺的測試分析，說明其自振頻率的識別方法。圖示橋梁墩臺的測試分析單時橫鋼

車過的咖

火通得振單時橫鋼

車過的咖

火通得振對其作功率譜和幅值譜從譜分析圖中可以明顯君出由幾個主妥高峰，即梁的枇向水平振動自振頻率從譜分析圖中可以明顯君出由幾個主妥高峰，即梁的枇向水平振動自振頻率1.56Hz,梁的扭轉(zhuǎn)振動頻瘁3.42Hz,火車輪對的強迫振動頻率2.68Hz,哦臺的橫向水平自振頻率4.39HZc功率譜振型分析求結(jié)構(gòu)振型時，首先要在結(jié)構(gòu)上合理地布置測點，然后通過對各測點振動位移的幅值譜，或功率譜和互譜分析，可獲得結(jié)構(gòu)振動的各階振型。幅值譜或功率譜可以給出每個測點在各頻率點上相應(yīng)的幅值大小，而通過互譜則可建立起各測點與某特定參考點間相對的相位關(guān)系（也是各測點間的相對相位關(guān)系），這樣就確定了結(jié)構(gòu)在各階振動頻率下的振型，即各階振型。圖示機械系統(tǒng)和基礎(chǔ)振動傳遞特性的分析通過對機械系統(tǒng)或支承基礎(chǔ)的幅、相頻特性以及輸入輸出的相關(guān)函數(shù)分析，可以得到機械系統(tǒng)或支撐基礎(chǔ)振動的傳遞特性，評定它們減振性能，為結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析提供依據(jù)。旋轉(zhuǎn)機械，如紙漿機，要求其基礎(chǔ)必須有較好的減振作用，不使振動傳給地面。通過傳遞函數(shù)分析，就可找出紙漿機工作時，由于基礎(chǔ)的衰減作用，紙漿機各種頻率的振動被基礎(chǔ)衰減的程度。圖示振動幅值在33Hz附近衰減了23dB,50-70Hz頻帶中，最大衰減為25dB,—般情況下的衰減量均在8dB以上；相位只在頻率較高時才出現(xiàn)紊亂的狀態(tài)。在8Hz以上的頻帶內(nèi)有85%以上的相關(guān)性。所以，可以認為傳遞函數(shù)具有較高的可靠性。4.結(jié)構(gòu)與設(shè)備的振動監(jiān)測與故障診斷利用譜分析技術(shù)，可以對各種結(jié)構(gòu)和設(shè)備的振動進行狀態(tài)監(jiān)測與控制，并對設(shè)備進行故障診斷，實現(xiàn)無損檢測。在此，我們主要列舉以下幾個例子a.查找電機噪聲源圖示查找電機噪聲源電荷放火器X-Y記錄儀電機的極數(shù)為14級，電源頻率為50Hz,電機轉(zhuǎn)速為512r/min?聲級計拾取電機噪聲信號，用壓電加速度計9合取&機夕E殼的振動加速度信號.噪聲功率譜加速度功率譜噪聲功率譜中l(wèi)OOllz處的峰值，正好是電源頻率的兩倍，判斷該噪聲是由定子中磁致伸縮作用引起的；490IIz處的峰值頻率則與電機轉(zhuǎn)速和滾珠軸承的滾珠數(shù)及其直徑有關(guān)，可判斷該噪聲是由滾珠軸承的傷痕產(chǎn)生；1370Hz的峰值的噪聲由交變磁場作用于定子和轉(zhuǎn)子，從而產(chǎn)生周期性的交變另所引起的振動所產(chǎn)生。由此可采取相應(yīng)措施減噪。b.監(jiān)視機器的工作狀態(tài)或作故障診斷通過譜分析，可以對各種結(jié)構(gòu)和設(shè)備的振動進行監(jiān)視和控制，并對設(shè)備進行故障診斷（無損檢測）。圖示對干一定的砂輪轉(zhuǎn)速，砂輪不平衡的離心慣性力所引起的機床振動的頻率成分在頻譜圖上的位置是一定的,根據(jù)這一位置上譜線幅值的變化，可查知砂輪的平衡狀態(tài)變化情況O汽車變速箱在不同負載下具有不同的功率譜圖.，上圖為變速箱正常工作時的振動加速度功率譜，下圖為變速箱不正常工作時的譜圖，該圖增加T9.2Hz和18.4Hz兩個額外譜峰。5.查找各種振動源和噪聲源圖示查找各種振動源和噪聲源船用柴油機潤滑油泵壓油管振動和壓力脈動間的相干分析，潤滑油泵轉(zhuǎn)速n=781r/min,油泵齒輪的齒數(shù)z=14,則壓油管壓力脈動的基頻為二芯/60=18Z24旺壓力脈動信號x（t）與壓油管振動信號y（t）,其自譜函數(shù)分別如圖所示f=f0=182.24位時，0.9f=2f0^361A2Hz時，灣偵）a0.37f=3fQa546.54&時,f=4f0?722.24Hz時,片（y）"75由齒輪引起的各次諧頻對應(yīng)的，沮）值都比較大，而其它crxti很小?？梢姡嘘P(guān)的振動主要是由油壓脈動引起的。6.譜分析技術(shù)在系統(tǒng)分析和響應(yīng)計算中的應(yīng)用用系統(tǒng)輸入與輸出的互譜％（力和輸入自譜馬（「之比可得到系統(tǒng)的頻率特性。輸入爪⑥經(jīng)FFT分析可得到輸入譜，用系統(tǒng)頻率特性與輸入譜相乘就得到輸出響應(yīng)譜，再經(jīng)IFFT還可求得系統(tǒng)的時間響應(yīng)。同樣，系統(tǒng)的頻率特性瑚力經(jīng)IFFT得到脈沖響應(yīng)函數(shù)龍⑴，將龍⑴與輸入信號工?作卷積計算，即求得輸出函