簡支梁振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性綜合測試課程設(shè)計(jì)

PAGE23-測試技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：簡支梁振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性綜合測試設(shè)計(jì)人學(xué)號指導(dǎo)教師學(xué)院專業(yè)班級年2月25日——年3月15日目錄設(shè)計(jì)題目…………………2設(shè)計(jì)任務(wù)…………………2所需器材…………………2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容…………………24.1簡諧振動(dòng)固有頻率的測定…………24.1.1利用共振法測量固有頻率……………24.1.2利用利薩如圖測固有頻率……………44.1.3系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)及固有頻率和阻尼比的測量……84.2測量并驗(yàn)證位移、速度、加速度之間的關(guān)系…104.3被動(dòng)隔振的測量…………………124.4單式動(dòng)力吸振器吸振實(shí)驗(yàn)………17參考文獻(xiàn)…………………21心得體會…………………21教師評語…………………22設(shè)計(jì)題目簡支梁振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性綜合測試方法。設(shè)計(jì)任務(wù)掌握儀器設(shè)備的使用方法及測試系統(tǒng)的安裝和調(diào)試。掌握多種測量簡諧振動(dòng)頻率的方法。掌握位移、速度、加速度的測定方法，并能確定它們之間的關(guān)系。掌握譜分析方法及他們的應(yīng)用條件，并能分析頻譜圖。掌握吸振、隔振的方法，并能計(jì)算效率。所需器材振動(dòng)實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)分析儀、力錘、質(zhì)量塊、空氣阻尼器、單式吸振器。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1、簡諧振動(dòng)固有頻率的測量對于簡諧振動(dòng)固有頻率的測量我們在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了三種方法，分別是利用振動(dòng)傳感器共振法來進(jìn)行固有頻率的測量，利薩如圖的方法來測定固有頻率，利用系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)測定固有頻率。4.1.1利用共振法測量固有頻率（1）實(shí)驗(yàn)裝置圖：（圖4.1.1-1實(shí)驗(yàn)裝置圖）（2）實(shí)驗(yàn)原理：對于振動(dòng)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(dòng)曲線，我們可以觀察到在某一頻率下，任一振動(dòng)量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，這就是機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的某階固有頻率。（3）實(shí)驗(yàn)方法：①安裝儀器把接觸式激振器安裝在支架上，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(dòng)測試通道。②開機(jī)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)。③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(dòng)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(dòng)，且振動(dòng)量最大時(shí)（共振），保持該頻率一段時(shí)間，記錄下此時(shí)信號源顯示的頻率，即為簡支梁振動(dòng)固有頻率。繼續(xù)增大頻率可得到高階振動(dòng)頻率。所得圖形及數(shù)據(jù)分析：（圖4.1.1-2：幅頻特性曲線）由幅頻特性曲線可得到的數(shù)據(jù)：表4.1-1：實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)階數(shù)一階二階三階固有頻率（Hz）46.25147.50171.25幅值（mv）173.10292.76557.846由此可以得出該振動(dòng)系統(tǒng)的一階、二階、三階頻頻率。4.1.2利用利薩如圖測固有頻率實(shí)驗(yàn)裝置（圖4.1.2-1實(shí)驗(yàn)裝置圖）實(shí)驗(yàn)原理利薩如圖是把兩個(gè)傳感器測得的信號，一個(gè)作為X軸一個(gè)作為Y軸進(jìn)行合成得到的圖形?；ハ啻怪?，不同頻率的振動(dòng)的合成，顯示出復(fù)雜的圖形，一般情況下，圖形是不穩(wěn)定的，當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)的頻率成整數(shù)比時(shí)，它們就合成了較穩(wěn)定的圖形為簡單起見，以兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的簡諧振動(dòng)的合成進(jìn)行討論。設(shè)兩個(gè)振動(dòng)波形方程為：x=A1cos(ω1t+φ1)；y=A2cos(ω2t+φ2)其合成波形的方程式為：ω1=2πf1，ω2=2πf2當(dāng)ω1≠ω2、A2=A1、φ2–φ1=φ時(shí)例如：ω2=2ω1和ω2=3ω1，φ=00，450（3150），900（2700），1350（2250），1800時(shí)利薩如圖形，如下圖所示：（圖4.1.2-2）當(dāng)ω1與ω2差任意倍、A1≠A2時(shí)，合成波形更為復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)方法1、安裝激振器把接觸式激振器安裝在支架上，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。2、將測試系統(tǒng)連接好將DH1301掃頻信號源輸出信號接到采集儀的1-1通道。將速度傳感器布置在偏心激振電機(jī)附近，速度傳感器測得的信號接到數(shù)采儀的1-2通道。3、儀器設(shè)置打開儀器電源，進(jìn)入控制分析軟件，新建一個(gè)項(xiàng)目（項(xiàng)目名自定），設(shè)置采樣頻率1K、量程范圍、工程單位和傳感器靈敏度等參數(shù)，在曲線顯示窗口內(nèi)點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇信號，選擇時(shí)間波形1-1和1-2，選擇X-Y記錄儀顯示方式。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)。4、調(diào)節(jié)DH1301掃頻信號源的輸出頻率，使屏幕上出現(xiàn)一直線或橢(正)圓，此時(shí)，激振信號源顯示的頻率即為簡支梁系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率fy。5、再新建一個(gè)文件，將周期信號頻率變?yōu)?i=2，3)，觀察屏幕上的圖形。6、改變掃描信號源的頻率，重復(fù)以上步驟（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖形分析1）當(dāng)調(diào)節(jié)掃描信號源輸出頻率f0=46.5Hz時(shí)，得到下面圖形：（圖4.1.2-3頻率為46.5Hz時(shí)利薩如圖）此時(shí)得到的便是振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率當(dāng)調(diào)節(jié)掃描信號源輸出f1=2f0=93.0Hz時(shí)得到如下圖形：(圖4.1.2-4頻率93.0Hz時(shí)利薩如圖)當(dāng)調(diào)節(jié)掃描信號源輸出f2=3f0=139.5Hz時(shí)得到如下圖形：（圖4.1.2-5）簡諧振動(dòng)頻率fy=46.5(Hz)周期信號頻率f1=45.8Hzf2=93Hzf3=139.7Hz圖形表4.1-24.1.3系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)及固有頻率和阻尼比的測量（1）實(shí)驗(yàn)裝置(圖4.1.3-1實(shí)驗(yàn)裝置圖)（2）實(shí)驗(yàn)方法：①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(dòng)測試通道。②儀器設(shè)置打開儀器電源，進(jìn)入控制分析軟件，新建一個(gè)項(xiàng)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(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇信號，選擇時(shí)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)。③測試和處理用錘敲擊質(zhì)量塊使其產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)。記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)波形，然后設(shè)定i，利用雙光標(biāo)讀出i個(gè)波經(jīng)歷的時(shí)間△t，T1=△t/；讀出相距i個(gè)周期的兩振幅的雙振幅2A1、2Ai+1之值，計(jì)算出阻尼比，固有頻率。實(shí)驗(yàn)所得圖形如下：（圖4.1.3-2：時(shí)間曲線圖形）時(shí)間（s）0.9700.9881.0111.031幅值(mv)12.6098.8648.5596.358表4.1.3-1：速度傳感器時(shí)間波形曲線上峰值數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如下表4.1.3-2：數(shù)據(jù)處理與結(jié)果i時(shí)間t周期TA1Ai+1阻尼比固有頻率30.0610.02112.6096.3580.036347.62Hzi=3A1=12.609A4=6.358周期T=0.021則f=1/T=47.62Hz由公式=0.0363得到阻尼比為0.03634.2、測量并驗(yàn)證位移、速度、加速度之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置（圖4.2-1實(shí)驗(yàn)裝置圖）（2）實(shí)驗(yàn)原理：在振動(dòng)測量中，有時(shí)往往不需要測量振動(dòng)信號的時(shí)間歷程曲線，而只需要測量振動(dòng)信號的幅值。振動(dòng)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(dòng)位移、速度、加速度分別為x、v、a，其幅值分別為X、V、A：x=Bsin(ωt-ψ)（式2-1）v==ωBcos(ωt-ψ)（式2-2）（式2-3）式中：B一一位移振幅ω——振動(dòng)角頻率ψ——初相位X=BA=ω2B=(2πf)2B式(2-4)振動(dòng)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(dòng)態(tài)分析儀中的微分、積分功能來測量。（3）實(shí)驗(yàn)方法：①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(shí)驗(yàn)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。②連接儀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(dòng)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(dòng)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(dòng)測試通道。③儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機(jī)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(gè)窗口，分別顯示三個(gè)通道的時(shí)間信號。④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(dòng)。在三個(gè)窗口中讀取當(dāng)前振動(dòng)的最大值（位移、速度、加速度）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：（圖4-2：位移、速度、加速度時(shí)間曲線）（圖4-3：速度、加速度、位移頻譜圖）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：表4.2-1：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果頻率位移X速度V加速度A175Hz2.591.643.42激振頻率為175Hz時(shí)，根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果如下：X=B=2.59mm綜上所述，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果大致相等。4.3、被動(dòng)隔振的測量實(shí)驗(yàn)裝置（圖4.3-1實(shí)驗(yàn)裝置圖）（2）實(shí)驗(yàn)原理：防止地基的振動(dòng)通過支座傳至需保護(hù)的精密儀器或儀器儀表，以減少運(yùn)動(dòng)的傳遞，稱為被動(dòng)隔振。被動(dòng)隔振傳遞比等于底座傳遞到物體的振動(dòng)與底座的振動(dòng)之比，由底座傳遞到物體時(shí)則用位移、振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度表示。隔振效率：傳動(dòng)比T：式中D為阻尼比，為激振頻率和共振頻率的比。（3）實(shí)驗(yàn)步驟：①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。②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(shí)驗(yàn)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。③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(dòng)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。④儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機(jī)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(diǎn)數(shù)，量程范圍，輸入加速度傳感器、速度傳感器的靈敏度。⑤打開三個(gè)窗口，分別顯示二個(gè)通道的時(shí)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(yùn)算變換為速度信號。⑥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(dòng)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值。⑦改變激振頻率，分別測量、、、、、、時(shí)，上下傳感器的振動(dòng)幅度。⑧根據(jù)所測幅值計(jì)算傳動(dòng)比和隔振效果隔振傳動(dòng)比：T=A1/A2隔振效率：（4）實(shí)驗(yàn)圖形如下：（圖4.3-2：激振頻率50Hz下幅頻特性曲線）（圖4.3-3：激振頻率67.50HZ下幅頻特性曲線）（圖4.3-4：激振頻率95.00HZ下幅頻特性曲線）（圖4.3-5：激振頻率165.0HZ下幅頻特性曲線）（5）數(shù)據(jù)處理計(jì)算：根據(jù)所測幅值計(jì)算傳動(dòng)比和隔振效果隔振傳動(dòng)比：T=A1/A2隔振效率：得到下列數(shù)據(jù)：激振頻率加速度振幅A1速度振幅A2傳動(dòng)比T隔振效率50.000.073.420.018998.11%67.500.052.810.017898.22%95.000.138.700.015098.50%165.000.193.550.053594.64%表4.3-1：數(shù)據(jù)結(jié)果4.4、單式動(dòng)力吸振器吸振實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖：（圖4.4-1實(shí)驗(yàn)裝置圖）（2）實(shí)驗(yàn)原理吸振就是在振動(dòng)主系統(tǒng)上附加特殊的子系統(tǒng)，以轉(zhuǎn)移或消耗主系統(tǒng)的振動(dòng)能量，從而抑制主系統(tǒng)的振動(dòng)。動(dòng)力減振是將主系統(tǒng)的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)移到附加的減振器系統(tǒng)上，而實(shí)現(xiàn)減少主系統(tǒng)振動(dòng)的目的。如圖所示一單自由度系統(tǒng)，其中為質(zhì)量，為其剛度。其激勵(lì)力頻率為，垂直方向的振動(dòng)位移為此系統(tǒng)的固有頻率為。當(dāng)激勵(lì)力的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈共振。為了減少振動(dòng)，可采用消除振源的辦法，或改變系統(tǒng)的，從而調(diào)整其固有頻率。避開激勵(lì)力的頻率。如果實(shí)際條件限制，可采用附加減振裝置的方法。在原系統(tǒng)上另外加一個(gè)質(zhì)量為，剛度為的“彈簧-質(zhì)量”系統(tǒng)，與原系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)兩自由度系統(tǒng)，通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，可使的振幅降為零。（3)實(shí)驗(yàn)方法 1、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(shí)驗(yàn)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。2、連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(dòng)測試通道；單式動(dòng)力吸振器安裝在梁中央。.3、儀器參數(shù)設(shè)置打開數(shù)采儀器的電源開關(guān)，開機(jī)進(jìn)入DHDAS2003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(dòng)信號的時(shí)間波形和頻譜4、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(dòng)的幅值、頻率值。5、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(shí)，停止調(diào)節(jié)，記錄其幅值及頻率。(4)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析（圖5-1頻率為46.3Hz調(diào)節(jié)前幅頻特性曲線）（圖5-2頻率為46.3Hz調(diào)節(jié)后幅頻特性曲線）（圖5-3頻率為147.5Hz調(diào)節(jié)前幅頻特性曲線）（圖5-4頻率為147.5Hz調(diào)節(jié)后幅頻特性曲線）（圖5-5頻率為177.5Hz調(diào)節(jié)前幅頻特性曲線）（圖5-6頻率為177.5Hz調(diào)節(jié)后幅頻特性曲線）固有頻率階數(shù)頻率Hz幅值螺母移動(dòng)距離調(diào)節(jié)前調(diào)節(jié)后146.3165.41.53.60cm2147.534.49.45.40cm3177.59.40.41.00cm通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整吸振器上螺母距中心垂直固定桿的距離，我們可以找到具有最佳吸振效果位置，來實(shí)現(xiàn)消振目的。參考文獻(xiàn)[1]DHVTC振動(dòng)測試與控制實(shí)驗(yàn)裝置使用手冊.江蘇東華測試技術(shù)有限公司

[2]DH-1301掃頻信號發(fā)生器使用說明書.江蘇東華測試技術(shù)有限公司[3]太原科技大學(xué)測控技術(shù)及儀器教研室.測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.太原科技大學(xué)心得體會通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)材料力學(xué)和測試技術(shù)等方面的知識，在課程設(shè)計(jì)中，我們以嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的求真態(tài)度，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神，共同探討，分工合作。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而