一振動參數(shù)及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)測量演示文稿

一振動參數(shù)及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)測量演示文稿當(dāng)前第1頁\共有79頁\編于星期一\23點一振動參數(shù)及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)測量當(dāng)前第2頁\共有79頁\編于星期一\23點振動幅值的測量位移幅值速度幅值加速度幅值力的幅值機(jī)械法光測法電測法當(dāng)前第3頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動位移幅值的測量1、測幅尺是在一小塊白色金屬片上，畫上帶有刻度的三角形制成。使用時，將三角形按直角短邊平行于振動方向粘帖在振動物體上，當(dāng)振動頻率較快時，標(biāo)尺上的三角形因視覺暫留效果看起來形成上下兩個灰色三角形，其重疊部分是一個白色三角形。當(dāng)前第4頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動位移幅值的測量1、測幅尺振動幅值與測幅尺尺寸之間的關(guān)系使用限制1、頻率不能太低f＞10Hz2、振幅不能太小，A＞0.1mm3、上限受測幅尺尺寸限制4、單一方向應(yīng)用：機(jī)械式和電動式振動臺，振動篩等。特點：方便、簡單、精度較差。當(dāng)前第5頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動位移幅值的測量2、讀數(shù)顯微鏡類型內(nèi)讀數(shù)0.05mm(min)外讀數(shù)0.01mm(min)當(dāng)讀數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)為k時，振動幅值為在振動物體上貼一反光線或細(xì)砂紙，并用燈照亮，當(dāng)結(jié)構(gòu)靜止時，調(diào)整顯微鏡位置，以清晰的看到許多亮點，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，由于視覺的暫留效果，這些亮點就成為許多直線。靜止時振動時特點：測量的是絕對位移測量過程：當(dāng)前第6頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動位移幅值的測量3、激光位移傳感器一般激光位移計包含一發(fā)光組件及一位置傳感器（PSD)，利用入射及反射光間三角函數(shù)的關(guān)系來得到待測位移的。半導(dǎo)體激光的光源經(jīng)過透鏡將光束聚焦在待測物體上，待測物反射光經(jīng)接收透鏡聚焦于位置傳感器上形成一光點，此光點位置隨待測物位置改變而改變。感測頭有兩種，鏡面反射式與散光式。一般鏡面反射式用于反光良好或量測距離較近的待測物上，因為這種情況下入射角與反射角相等。散射式則用于距離較遠(yuǎn)或較粗燥的量測面上。傳統(tǒng)的PSD是測量投射到光點的位置，取其中心點為測量點，但由于光點的亮度分布并不是均勻的，取中心點的演算結(jié)果與實際位移誤差較大，因此，現(xiàn)在新型的CCD傳感器采用光點中最亮的點為測量點，其測量精度較傳統(tǒng)的PSD要高。當(dāng)前第7頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動位移幅值的測量4、電渦流位移傳感器5、速度傳感器6、加速度傳感器振動物體傳感器前置放大器測振儀已知靈敏度如則振動位移為振動物體傳感器放大器頻率計測量放大器積分或微分當(dāng)前第8頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動頻率測量1、頻率計（直讀法）振動物體傳感器放大器頻率計2、李莎育圖形法振動物體傳感器放大器信號發(fā)生器當(dāng)前第9頁\共有79頁\編于星期一\23點簡諧振動頻率測量3、圖形法記憶示波器振動物體傳感器放大器示波器振動物體傳感器放大器記錄儀信號發(fā)生器記錄儀當(dāng)前第10頁\共有79頁\編于星期一\23點復(fù)雜振動頻率測量頻譜分析法振動物體傳感器放大器分析儀分析儀的設(shè)置

頻率范圍輸入量程與輸入耦合方式窗函數(shù)測量內(nèi)容及坐標(biāo)當(dāng)前第11頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-自由衰減法1、測量過程系統(tǒng)激勵2、測量儀器與測量系統(tǒng)振動物體傳感器放大器記錄儀信號發(fā)生器此法的核心：記錄時間歷程曲線當(dāng)前第12頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-自由衰減法3、激勵1）初位移法：加一力或一力偶，使系統(tǒng)產(chǎn)生初位移或初始轉(zhuǎn)角后，突然卸力（一階固有頻率測量）2）敲擊法：用力錘或其它施力工具（注意頻率范圍、敲擊點）4、響應(yīng)以單自由度系統(tǒng)為例當(dāng)前第13頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-自由衰減法5、時間歷程當(dāng)前第14頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-自由衰減法6、固有頻率和阻尼比測量固有頻率阻尼比：測出圖中Ai和Ai+m幅值,求減幅系數(shù)對數(shù)減幅則由于當(dāng)前第15頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法1、原理與方法

通過激振器給結(jié)構(gòu)施加一簡諧激振力，使其產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，然后連續(xù)改變激振力的頻率，當(dāng)激勵頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率相近時，結(jié)構(gòu)即產(chǎn)生共振（幅值出現(xiàn)極值），逐步調(diào)節(jié)激勵頻率，同時測量各頻率點的振動幅值，繪出幅頻特性曲線，曲線上各峰值點所對應(yīng)的頻率就是各階固有頻率。此法適用與各階固有頻率相隔較遠(yuǎn)的輕阻尼結(jié)構(gòu)。2、測量儀器

激勵系統(tǒng)：正弦信號發(fā)生器、功率放大器、激振器測量系統(tǒng)：傳感器、放大器、示波器、頻率計、測振儀當(dāng)前第16頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法3、固有頻率的測量☆固有頻率與共振頻率的區(qū)別1）固有頻率是由結(jié)構(gòu)固有參數(shù)和邊界條件決定的，與激勵方式無關(guān)。2）共振頻率指結(jié)構(gòu)共振時的強(qiáng)迫振動頻率。3）系統(tǒng)的每階固有頻率分別對應(yīng)多個共振頻率各階固有頻率位移共振頻率速度共振頻率加速度共振頻率當(dāng)前第17頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法☆固有頻率與共振頻率的關(guān)系以單自由度系統(tǒng)為例，當(dāng)系統(tǒng)受到作用力則令由當(dāng)前第18頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法功放信號源放大器放大器放大器放大器測振儀示波器放大器頻率計激振器1、2、3位移傳感器，4-力傳感器☆固有頻率的測量共振的判別（1）幅值判別法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，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，而最大幅值所對應(yīng)的頻率就是結(jié)構(gòu)的某階共振頻率，在小阻尼情況下，該頻率近似等于固有頻率，但在阻尼較大的情況下，不同的測量方法測量出的共振頻率稍有差別，不同類型的振動量對振幅變化敏感程度不一樣。當(dāng)前第19頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法共振的判別（2）相位判別法相位判別是根據(jù)共振時特殊的相位值以及共振前后相位變化規(guī)律所提出來的一種共振判別法。在簡諧力激振的情況下，用相位法來判定共振是一種較為敏感的方法，而且共振時的頻率就是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率，可以排除阻尼因素的影響。激振信號為：位移信號為：速度信號為：加速度信號為：當(dāng)前第20頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法位移信號為：共振時，ω=ωn，力信號和位移信號的相位差為π/2，根據(jù)利薩如圖原理可知，屏幕上的圖象將是一個正橢圓。當(dāng)ω略大于ωn或略小于ωn時，圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，其變化過程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動體的固有頻率。ω<ωn

ω=ωnω>ωn

將激振信號輸入到示波器的x軸，位移傳感器輸出信號輸入y軸，此時兩通道的信號分別為：激振信號為：（一）位移判別法當(dāng)前第21頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法（二）速度判別法將激振信號輸入到示波器的x軸，速度傳感器輸出信號輸入到y(tǒng)軸，此時兩通道的信號分別為：激振信號為：速度信號為：共振時，ω=ωn，x軸信號和y軸信號的相位差為0，根據(jù)利薩如圖原理可知，屏幕上的圖象將是一條直線。當(dāng)ω略大于ωn或略小于ωn時，圖象都將由直線變?yōu)樾睓E圓，其變化過程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)橹本€的頻率就是振動體的固有頻率。ω<ωnω=ωnω>ωn當(dāng)前第22頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法ω<ωn

ω=ωn

ω>ωn（三）加速度判別法將激振信號輸入到示波器的x軸，加速度傳感器輸出信號輸入到y(tǒng)軸，此時兩通道的信號分別為：激振信號為： 加速度信號為：共振時，ω=ωn，x軸信號和y軸信號的相位差為π/2，根據(jù)利薩如圖原理可知，屏幕上的圖象將是一個正橢圓。當(dāng)ω略大于ωn或略小于ωn時，圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，其變化過程如下圖所示。因此圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動體的固有頻率。

當(dāng)前第23頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法4、阻尼比的測量1）半功率點法首先激勵系統(tǒng)使其處在共振狀態(tài)，記錄該狀態(tài)時的振動幅值和共振頻率，再計算，分別往高和往低方向調(diào)節(jié)激勵頻率，讀取響應(yīng)幅值為時所對應(yīng)的激勵頻率和，利用下面公式計算阻尼比2）自由衰減法當(dāng)系統(tǒng)處在某階共振狀態(tài)時，突然卸力，系統(tǒng)將按該階固有振動進(jìn)行衰減，記錄衰減時間歷程曲線后，由波形參數(shù)計算阻尼比當(dāng)前第24頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法3）共振頻率法在振動系統(tǒng)上安裝位移、速度，或速度、加速度傳感器，分別測出其共振頻率，由注意：當(dāng)阻尼遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1時，此法不好用，因為三者頻率相差不太大，不好測準(zhǔn)，必須采用精密儀器當(dāng)前第25頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法4）放大系數(shù)法在正弦激勵下，系統(tǒng)的動力放大系數(shù)為當(dāng)共振時測量方法：首先調(diào)節(jié)激勵頻率使系統(tǒng)達(dá)到共振狀態(tài)，測出系統(tǒng)響應(yīng)的最大位移，再用相同力幅的靜力作用在系統(tǒng)同一激勵點上，測出同一響應(yīng)點的靜變形，即可計算出阻尼比當(dāng)前第26頁\共有79頁\編于星期一\23點結(jié)構(gòu)固有特性參數(shù)測量-共振法5、振型的測量當(dāng)系統(tǒng)處在共振狀態(tài)時，測量各響應(yīng)點的幅值（測量點應(yīng)盡可能多些），并利用李莎育圖形法測量各響應(yīng)點之間的相位差，畫出振型圖即可功放信號源放大器放大器放大器放大器測振儀示波器放大器頻率計激振器1、2、3位移傳感器，4-力傳感器當(dāng)前第27頁\共有79頁\編于星期一\23點模態(tài)分析法理論模態(tài)分析；實驗?zāi)B(tài)分析（EMA)運行模態(tài)分析（OMA)；運行變形分析（ODS)當(dāng)前第28頁\共有79頁\編于星期一\23點模態(tài)分析法運行模態(tài)分析

◆通過只測量響應(yīng)來決定模態(tài)模型

◆不需要輸入力—環(huán)境激勵

◆模態(tài)測試類似于運行變形分析

◆

優(yōu)點--測試便宜和快速--無需激勵設(shè)備--測試不干擾結(jié)構(gòu)的正常工作--測試的響應(yīng)代表了結(jié)構(gòu)的真實工作環(huán)境當(dāng)前第29頁\共有79頁\編于星期一\23點模態(tài)分析法運行模態(tài)分析◆

測量能夠被一次完成（快速，數(shù)據(jù)一致性好）或多次完成

（受限于傳感器的數(shù)量）◆一次測量（一個數(shù)據(jù)組），不需要參考傳感器◆多次測量（多個數(shù)據(jù)組），對所有的數(shù)據(jù)組，需要一個或

多個固定的加速度傳感器作為參考當(dāng)前第30頁\共有79頁\編于星期一\23點--運行變形分析確定結(jié)構(gòu)在工作條件下的振動模式◆工作條件

--負(fù)荷，壓力，溫度，流量◆振動信號

--穩(wěn)態(tài)--準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)→速度微小變化→升/降速--瞬態(tài)當(dāng)前第31頁\共有79頁\編于星期一\23點--運行變形分析◆ODS以如下方式描述被測對象

--幾何動畫--加速度、速度、位移及其相位的列表

在不同的點和方向上進(jìn)行測量當(dāng)前第32頁\共有79頁\編于星期一\23點--運行變形分析◆信號分析中

--沒有線性模型的假設(shè)--沒有輸入力的假設(shè)--實際的工作載荷--真實的邊界條件◆ODS的類型

--時域ODS--頻譜域ODS(FFT或者Order)--升/降速ODS當(dāng)前第33頁\共有79頁\編于星期一\23點實驗?zāi)B(tài)分析1、實驗?zāi)B(tài)分析概述用實驗方法，來構(gòu)造結(jié)構(gòu)振動特性及行為的數(shù)學(xué)模型。通過實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，來尋求結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。當(dāng)前第34頁\共有79頁\編于星期一\23點試驗?zāi)B(tài)分析法什么叫實模態(tài)分析？它有哪幾種情況？

對無阻尼系統(tǒng)和比例阻尼(粘性比例阻尼和結(jié)構(gòu)比例阻尼)系統(tǒng)而言，表示系統(tǒng)主振型的模態(tài)矢量是實數(shù)矢量，稱為實模態(tài)系統(tǒng)，相應(yīng)的模態(tài)分析過程稱為實模態(tài)分析。它有在無阻尼系統(tǒng)和比例阻尼系統(tǒng)中兩種情況。什么叫復(fù)模態(tài)分析？它有哪幾種情況？具有一般粘性阻尼和一般結(jié)構(gòu)阻尼振動系統(tǒng)的模態(tài)矢量是復(fù)矢量，故稱該系統(tǒng)為復(fù)模態(tài)系統(tǒng)，有關(guān)的模態(tài)分析稱為復(fù)模態(tài)分析。它有一般粘性阻尼和一般結(jié)構(gòu)阻尼系統(tǒng)兩種情況。當(dāng)前第35頁\共有79頁\編于星期一\23點為什么要做模態(tài)測試◆改進(jìn)有限元模型在原樣機(jī)上通過測試進(jìn)行驗證通過引入阻尼來改進(jìn)有限元模型◆故障診斷降低過大的振動電平確保共振頻率遠(yuǎn)離振動頻率◆仿真“假如。則”確定載荷復(fù)雜激勵下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改◆結(jié)構(gòu)綜合分析-預(yù)測組裝子部件或總裝的動力學(xué)行為模態(tài)測試：首先應(yīng)用于飛機(jī)工業(yè)，今天也廣泛應(yīng)用于汽車及許多其他工業(yè)當(dāng)前第36頁\共有79頁\編于星期一\23點怎樣做模態(tài)測試建模建立幾何模型定義自由度確定測量方向測量頻率響應(yīng)函數(shù)力錘或激振器激勵定義相干函數(shù)，自譜等用于驗證曲線擬合頻率阻尼留數(shù)（模態(tài)振型）驗證MAC（模態(tài)置信因子）相位分布模態(tài)參與因子模態(tài)置信因子當(dāng)前第37頁\共有79頁\編于星期一\23點激勵選擇當(dāng)前第38頁\共有79頁\編于星期一\23點頻率響應(yīng)函數(shù)測量當(dāng)前第39頁\共有79頁\編于星期一\23點試驗?zāi)B(tài)分析法主要方法

最小二乘復(fù)指數(shù)法時間序列分析法隨機(jī)減量技術(shù)

ITD方法2、模態(tài)參數(shù)識別方法

1）時域法：從時域響應(yīng)數(shù)據(jù)中直接識別模態(tài)參數(shù).時域模態(tài)參數(shù)辨識與頻域方法不同，無須將所測得響應(yīng)與激勵的時間歷程信號變化到頻域中去，而是直接在時域中進(jìn)行參數(shù)辨識。當(dāng)前第40頁\共有79頁\編于星期一\23點試驗?zāi)B(tài)分析法2）頻域法：在測量頻率響應(yīng)函數(shù)基礎(chǔ)上，利用最小二乘估計識別模態(tài)參數(shù)。有單模態(tài)識別法和多模態(tài)識別法，前者對各模態(tài)耦合較小的系統(tǒng)可達(dá)到滿意的識別精度，而后者則適合于模態(tài)耦合較大的系統(tǒng)頻域法識別法最小二乘圓擬合法非線性加權(quán)最小二乘法直接偏導(dǎo)數(shù)法正交多項式擬合法分區(qū)模態(tài)綜合法頻域總體識別法當(dāng)前第41頁\共有79頁\編于星期一\23點4、機(jī)械導(dǎo)納、傳遞函數(shù)與頻響函數(shù)1）機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納：機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納的概念來源于機(jī)電類比，在電學(xué)中，常用復(fù)數(shù)符號和表示線路中電壓和電流的有效值和初相位，并將它們的比值定義為阻抗，即同時將阻抗的倒數(shù)定義為導(dǎo)納

類似地，機(jī)械阻抗定義為機(jī)械系統(tǒng)受到簡諧激勵時激振力的復(fù)數(shù)力幅與響應(yīng)的復(fù)數(shù)振幅之比，并將機(jī)械阻抗的倒數(shù)定義為機(jī)械導(dǎo)納。試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第42頁\共有79頁\編于星期一\23點由于系統(tǒng)的響應(yīng)可以是位移、速度和加速度，因而機(jī)械阻抗（導(dǎo)納）有六種形式位移阻抗速度阻抗加速度阻抗位移導(dǎo)納速度導(dǎo)納加速度導(dǎo)納試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第43頁\共有79頁\編于星期一\23點以單自由度系統(tǒng)受簡諧力作用時的響應(yīng)為例，可以看出系統(tǒng)機(jī)械阻抗（或?qū)Ъ{）得知取決于系統(tǒng)的物理參數(shù)（質(zhì)量、剛度、阻尼），并且是頻率的函數(shù)，同一系統(tǒng)的六種阻抗（導(dǎo)納）是相互聯(lián)系的。試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第44頁\共有79頁\編于星期一\23點有阻尼單自由度系統(tǒng)導(dǎo)納的五種曲線及其特點試驗?zāi)B(tài)分析法有阻尼單自由度系統(tǒng)的位移導(dǎo)納表達(dá)式為：由此可得到導(dǎo)納的五種曲線當(dāng)前第45頁\共有79頁\編于星期一\23點1）幅頻曲線和相頻曲線a,b點：為半功率點，其對應(yīng)頻率分別為：

其幅值為：d點：該點反映靜變形。在相頻曲線上，a,b,c點對應(yīng)的相位分別為：-450，-1350，-900.C點：該點對應(yīng)在小阻尼時，該點可認(rèn)為是峰值點。

其對應(yīng)頻率為C‘點：共振峰點，位移導(dǎo)納的幅頻和相頻圖試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第46頁\共有79頁\編于星期一\23點2）實頻曲線和虛頻曲線d點：在實頻曲線上，，該點反映靜變形。

其對應(yīng)頻率為C‘點：共振峰點，C點：實頻曲線上在小阻尼時，虛頻曲線上該點可認(rèn)為是峰值點，且a,b點：實頻曲線上，其對應(yīng)頻率分別為：

其幅值為：

虛頻曲線上半峰值處所對應(yīng)的頻率為及。試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第47頁\共有79頁\編于星期一\23點3）五種類型的導(dǎo)納曲線的比較三種導(dǎo)納的幅頻和相頻圖試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第48頁\共有79頁\編于星期一\23點3）五種類型的導(dǎo)納曲線的比較三種導(dǎo)納的實頻圖和虛頻圖試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第49頁\共有79頁\編于星期一\23點3）五種類型的導(dǎo)納曲線的比較三種導(dǎo)納圓試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第50頁\共有79頁\編于星期一\23點2）傳遞函數(shù)：

在電路或控制理論中，將輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比定義為傳遞函數(shù)。如果把機(jī)械系統(tǒng)的激振力看作輸入量，把振動的位移響應(yīng)看作輸出量，則機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為試驗?zāi)B(tài)分析法其中對于單自由度系統(tǒng)，當(dāng)初始位移和初始速度都為零時，則有在小阻尼情況下，S的解為一對共軛復(fù)根，即其中當(dāng)前第51頁\共有79頁\編于星期一\23點3）頻率響應(yīng)函數(shù)單自由度多單自由度試驗?zāi)B(tài)分析法其中l(wèi)和p

兩點之間的頻響函數(shù)表示在p點作用單位力時，在l點所引起的響應(yīng)。根據(jù)模態(tài)分析原理，要測得頻響函數(shù)模態(tài)矩陣中的任一行或任一列，可采用不同的測試方法--要得到矩陣中的任一行，要求采用各點輪流激勵，一點響應(yīng)的方法；要得到矩陣中任一列，采用一點激勵，多點測量響應(yīng)的方法系統(tǒng)輸出與輸入的傅立葉變換之比稱為頻響函數(shù)當(dāng)前第52頁\共有79頁\編于星期一\23點4）噪聲對頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式頻響函數(shù)的三種估算形式如下：第二估算式第三估算式

在沒有噪聲污染的理想情況下，這三種估算形式是等價的。實際由于噪聲影響，三種估算形式有差異。試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第53頁\共有79頁\編于星期一\23點試驗?zāi)B(tài)分析法4）噪聲對頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式4.1）只有響應(yīng)信號受到噪聲污染第二估算式第三估算式平均平均平均當(dāng)前第54頁\共有79頁\編于星期一\23點試驗?zāi)B(tài)分析法4）噪聲對頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式4.2）只有激勵信號受到噪聲污染第二估算式第三估算式當(dāng)前第55頁\共有79頁\編于星期一\23點試驗?zāi)B(tài)分析法4）噪聲對頻響函數(shù)估算形式的影響第一估算式4.3）激勵和響應(yīng)信號都受到噪聲污染第二估算式第三估算式當(dāng)前第56頁\共有79頁\編于星期一\23點4）噪聲對頻響函數(shù)估算形式的影響4.4）上述情況下頻響函數(shù)的三種估算式之間的關(guān)系只有響應(yīng)信號受到噪聲污染只有激勵信號受到噪聲污染響應(yīng)與激勵信號受到噪聲污染試驗?zāi)B(tài)分析法且有當(dāng)前第57頁\共有79頁\編于星期一\23點5、頻率響應(yīng)函數(shù)的測量1）結(jié)構(gòu)支承方式：2）激振器安裝方式：自由懸掛剛性安裝按實際工作狀況支承懸掛式緊固在剛性基礎(chǔ)上彈性支承在被測物體上試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第58頁\共有79頁\編于星期一\23點3）測點布置與激振點的選擇

測點布置：測點數(shù)目及布置情況依據(jù)具體結(jié)構(gòu)和測試目標(biāo)而定，高階模態(tài)由于振型復(fù)雜，需要足夠的測點才能清楚地識別出來

激振點的選擇：

1)預(yù)先估計得到模態(tài)的節(jié)線和反節(jié)線位置，避免放在節(jié)線附近和反節(jié)線上

2)在自由懸掛狀態(tài)下，選擇放在結(jié)構(gòu)的端部

3在測試過程，要變換幾次激勵點的位置，檢查是否有遺漏的模態(tài)試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第59頁\共有79頁\編于星期一\23點4）測量儀器與測試系統(tǒng)試驗?zāi)B(tài)分析法

激勵系統(tǒng)：激振器（信號發(fā)生器、功率放大器），力錘測量系統(tǒng)：傳感器、放大器分析系統(tǒng)：信號分析儀，采集器等當(dāng)前第60頁\共有79頁\編于星期一\23點5）激勵方法試驗?zāi)B(tài)分析法

在測量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼剛度、響應(yīng)和模態(tài)等時，需要對被測對象施加一定的外力，讓其作受迫振動或自由振動，以便獲得相應(yīng)的激勵及其響應(yīng)。激勵方式如下：

→步進(jìn)正弦激振法

→自動正弦慢掃頻激勵

→快速掃頻正弦激勵

→沖擊激勵

→階躍（張弛）激勵

→純隨機(jī)激勵→偽隨機(jī)激勵

→猝發(fā)隨機(jī)激勵當(dāng)前第61頁\共有79頁\編于星期一\23點

該掃頻方式在一個測量窗口內(nèi)，提供一個頻率從指定低頻到指定高頻的按一定規(guī)律連續(xù)變化的正弦信號。掃頻一次就是一個激勵過程，可以多次重復(fù)。

快速正弦掃描激振力信號的函數(shù)表達(dá)式為：快速正弦掃描激振--瞬態(tài)激振當(dāng)前第62頁\共有79頁\編于星期一\23點該激勵方式能在兩極限頻率之間產(chǎn)生一平直譜，而在極限頻率之外，譜幅為零，即矩形頻譜幅值頻譜在起始頻率與終了頻率處有明顯的躍遷，基本上呈矩形，頻譜曲線的平均值上疊加的小波幅與成正比，這種激勵可以很方便地選定和準(zhǔn)確控制所需的激振頻率范圍。快速正弦掃描激振--瞬態(tài)激振當(dāng)前第63頁\共有79頁\編于星期一\23點其優(yōu)點是：可消除泄漏誤差，信噪比好，測試速度快，容易控制激勵的頻率含量等。其缺點是：為控制猝發(fā)時間，需特殊硬件，不能消除結(jié)構(gòu)非線性因素的影響?？焖僬覓呙杓ふ?-瞬態(tài)激振當(dāng)前第64頁\共有79頁\編于星期一\23點

脈沖激振是用一個裝有傳感器的錘子（又稱脈沖錘）敲擊被測對象，對被測對象施加一個力脈沖，同時測量激勵和被測對象。脈沖的形成及有效頻率取決于脈沖的持續(xù)時間。而持續(xù)時間則取決于錘端的材料，材料越硬，持續(xù)時間越小，則頻率范圍越大。其優(yōu)點是：脈沖錘激振設(shè)備簡單，價格低廉，使用方便，對工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，特別適應(yīng)于現(xiàn)場測試；激勵頻率成分與能量可大致控制，試驗周期短，無泄漏。缺點是：信噪比較差，特別是對大型結(jié)構(gòu)，激勵能量往往不足以激起足夠大的響應(yīng)信號。且在著力點位置、力的大小、方向的控制等方面，需要熟練的技巧，否則會產(chǎn)生很大的隨機(jī)誤差。沖擊激勵--瞬態(tài)激振當(dāng)前第65頁\共有79頁\編于星期一\23點純隨機(jī)激振■純隨機(jī)信號一般由模擬電子噪聲發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)低通濾波成為限帶白噪聲，在給定頻帶內(nèi)具有均勻連續(xù)譜，可以同時激勵該頻帶內(nèi)所有模態(tài)?！霭自肼暤淖韵嚓P(guān)函數(shù)是一個單位脈沖函數(shù)，即除τ=0處以外，自相關(guān)函數(shù)等于零，在τ=0時，自相關(guān)函數(shù)為無窮大，而其自功率譜密度函數(shù)幅值恒為1?！鰧嶋H測試中，當(dāng)白噪聲通過功放并控制激振器時，由于功放和激振器的通頻帶是有限的，所以實際的激振力頻譜不能在整個頻率域中保持恒值，但如果在比所關(guān)心的有用頻率范圍寬得多的頻域內(nèi)具有相等的功率密度時，仍可視為白噪聲信號。當(dāng)前第66頁\共有79頁\編于星期一\23點純隨機(jī)激振純隨機(jī)信號優(yōu)點是：可以經(jīng)過多次平均消除噪聲干擾和非線性因素的影響，得到線性估算較好的頻響函數(shù)；測試速度快，可做在線識別。其缺點是：容易產(chǎn)生泄漏，雖然可以加窗控制，但會導(dǎo)致分辨率的降低，特別是小阻尼系統(tǒng)；激振力譜難以控制當(dāng)前第67頁\共有79頁\編于星期一\23點猝發(fā)隨機(jī)激振■猝發(fā)隨機(jī)信號只在測量周期的初始一段時間輸出信號，其占用時間可任意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同阻尼的結(jié)構(gòu)。與連續(xù)隨機(jī)信號作為激勵源不同的是，猝發(fā)隨機(jī)激勵時，能保證一個測量窗的響應(yīng)信號完全由同一測量窗的激勵信號引起，輸入與輸出相干性較好。而連續(xù)隨機(jī)信號激勵時，下一個測量窗的響應(yīng)信號可能有一部分是由上一個測量窗的激勵信號引起。■猝發(fā)隨機(jī)信號具有周期隨機(jī)信號的全部優(yōu)點，既具周期性，有具隨機(jī)性，同時有具瞬態(tài)性，測試速度較偽隨機(jī)要快，是一種優(yōu)良的激勵信號。其缺點是：為了控制猝發(fā)時間，需增加特殊硬件設(shè)備。當(dāng)前第68頁\共有79頁\編于星期一\23點在一點測試響應(yīng)用帶傳感器的錘頭在不同的點激勵計算激勵點和測點的頻響函數(shù)確定結(jié)構(gòu)的模態(tài)FrequencyDistanceAmplitudeBeam一階模態(tài)二階模態(tài)三階模態(tài)ForceForceForceForceForceForceForceForceForceForceForceFrequencyDomainViewForceModalDomainViewAcceleration6、模態(tài)參數(shù)測量與識別試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第69頁\共有79頁\編于星期一\23點峰值法

當(dāng)結(jié)構(gòu)的阻尼很小，模態(tài)頻率不很密集時，認(rèn)為在某一階模態(tài)頻率的附近，主要是這一階的模態(tài)導(dǎo)納對頻響函數(shù)作出貢獻(xiàn)，在估計模態(tài)參數(shù)時，用一理想的單自由度頻響函數(shù)去擬合實測的頻響函數(shù)，就稱為單模態(tài)分析法，或單自由度擬合法。當(dāng)阻尼較大，模態(tài)頻率又很密集時，對一段包含幾個峰谷的實測頻響函數(shù)，就要用多自由度頻響函數(shù)去擬合，就稱多模態(tài)分析法。頻域模態(tài)參數(shù)識別單模態(tài)分析法多模態(tài)分析法幅頻峰值法實頻、虛頻峰值法直接由實測頻響函數(shù)的峰值峰值頻率、半功率帶寬等數(shù)據(jù)確定模態(tài)參數(shù)試驗?zāi)B(tài)分析法當(dāng)前第70頁\共有79頁\編于星期一\23點H()F()X()|H()|1kH()0o–