隨機振動基礎(chǔ)知識培訓(xùn)ppt課件

1、Random Vibration,1,隨機振動基礎(chǔ)知識培訓(xùn),Random Vibration,2,我們知道有這樣一類載荷:作用在樓房和橋梁上的風(fēng)載荷;作用在海洋平臺和船艦上的水動力荷載;作用在樓房和壩體上的地震荷載. 這類荷載的特點是隨時間在強度和頻率含量有很大的變化.對于這類載荷中的一條記錄, 它是確定的, 用在以前的結(jié)構(gòu)動力學(xué)的課程中知識我們可以求得數(shù)值觧. 但是這樣的一個觧很少有實用價值, 原因是我們用的一條記錄, 那是以前發(fā)生的, 將來發(fā)生的記錄是不會和過去的記錄一樣的.這樣,我們不能知道將來的精確的情況, 但還要估計一個大概可能的結(jié)果. 這就是隨機動力學(xué)要解決的問題.如果結(jié)構(gòu)本身的參

2、數(shù)也存在不確定性, 這更是隨機結(jié)構(gòu)動力學(xué)要解決的問題.,1.1 工程系統(tǒng)中的隨機性,Random Vibration,3,按隨機性的來源分:一個是激勵過程的隨機性,這是隨機振動理論主要解決的問題; 一個是振動系統(tǒng)的參數(shù)的隨機性,這是參數(shù)隨機振動理論. 正問題和反問題:已知輸入和系統(tǒng)求輸出這是正問題,稱為響應(yīng)確定問題; 已知輸入和輸出求系統(tǒng)的參數(shù)這是反問題,稱為系統(tǒng)識別問題,我們這門課程不涉及,有專門課程. 非線性的來源分:一個是振蕩系統(tǒng)的力學(xué)參數(shù)的非線性, 對于地震工程來說,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 隨機問題的分類,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,人體振動反應(yīng)對頻率敏感； 垂直振動敏感區(qū)域48HZ,水平是2HZ以下； 時間越長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夾具的影響,功率譜密度曲線影響的一個極端例子： 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20-30Hz內(nèi)的振動放大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夾具的影響,功率譜密度曲線影響的一個極端例子： 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20-30Hz內(nèi)的振動放大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 振動夾具的設(shè)計與要求,1.盡量增加夾具的剛度： 盡量不使用梁類、板殼類

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： 夾具振動中的有效質(zhì)量最好大于產(chǎn)品的10倍。,Random Vibration,15,3.2 振動夾具的設(shè)計與要求,Random Vibration,16,3.2 振動夾具的設(shè)計與要求,1. 在正弦振動條件下，試件任一安裝孔位置附近（比如傳感器固定中心點與安裝孔中心位置之間的距離10mm以內(nèi)）的實測幅值誤差不得超過規(guī)定值的10% 2. 在隨機振動條件下，試件任一安裝孔附近（比如傳感器固定中心點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，

7、500Hz以內(nèi)時應(yīng)在-3dB到3dB之內(nèi)，500Hz以上時應(yīng)在-6dB到3dB之內(nèi)。超過允許誤差的累積帶寬應(yīng)限制在整個試驗頻帶范圍的5%以內(nèi)。 3. 在任何頻率上，相互正交并與試驗驅(qū)動軸正交的兩個軸上的振動加速度應(yīng)不大于試驗軸向加速度的0.45倍（或加速度功率譜密度的0.2倍），隨機振動時，允許在累積頻率不超過300Hz內(nèi)超出以上限制。,Random Vibration,17,隨機振動試驗：在實驗室利用振動臺等振動設(shè)備模擬結(jié)構(gòu)在實際中的隨機振動環(huán)境，對結(jié)構(gòu)的強度、可靠性、壽命等進行檢驗和確認。,隨機振動試驗基本框圖：,4.1 隨機振動試驗概況,Random Vibration,18,電液式：低

8、頻、大推力 -建筑、機械 地震、路面振動模擬,三維地震試驗臺（日本名古屋工業(yè)大學(xué)）,車輛道路模擬試驗臺 （MTSTM公司329型6自由度車輛試驗臺）,4.2 振動臺,Random Vibration,19,電動式： 寬頻帶、大加速度 飛行器與機載設(shè)備振動環(huán)境試驗,試驗標(biāo)準(zhǔn)：MIL-STD-810、GJB150,4.2 振動臺（續(xù)）,Random Vibration,20,試驗基本方法：通過控制器（計算機、數(shù)據(jù)采集與發(fā)送系統(tǒng)）使振動臺面產(chǎn)生滿足設(shè)定的參考譜要求的隨機振動。,典型加速度參考譜：,4.3 隨機振動試驗參考譜,Random Vibration,21,倍頻程octave,分貝decibe

9、l,4.3 隨機振動試驗參考譜（續(xù)）,Random Vibration,22,采用雙對數(shù)坐標(biāo)時，兩點間連線的傾角為：,4.3 隨機振動試驗參考譜（續(xù)）,Random Vibration,23,4.3 隨機振動試驗參考譜（續(xù)）,Random Vibration,24,4.4 隨機振動試驗參考譜：例題,Random Vibration,25,梯形譜總均方根值計算,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算,Random Vibration,26,上升段：,平直段：,下降段：,當(dāng)m2=-1時，應(yīng)用羅比達法則可得,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算（續(xù)）,Random Vibration,27

10、,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算（續(xù)）,Random Vibration,28,4.5 隨機振動試驗參考譜：總均方根值計算（續(xù)）,Random Vibration,29,隨機驅(qū)動信號的生成,多輸入多輸出隨機振動控制的 目標(biāo)是使控制譜和參考譜一致,4.6 隨機振動試驗：驅(qū)動信號的生成,Random Vibration,30,Cholesky分解,補充隨機相位,在實際的試驗系統(tǒng)中，由于頻響函數(shù)測量誤差、 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)，進行逐次迭代修正,4.6 隨機振動試驗：驅(qū)動信號的生成（續(xù)）,Random Vibration,31,差分控制算

11、法,令,省略二次高階小量,4.7 隨機振動試驗：控制算法,Random Vibration,32,4.7 隨機振動試驗：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 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,34,令,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,35,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,36,比例均方根控制算法框圖,4.7 隨機振動試驗：控制算法（續(xù)）,Random Vibration,37,驅(qū)動信號的實現(xiàn),是隨機相位矩陣,均勻分布,做逆傅里葉變換就可以得到一幀偽隨機驅(qū)動信號,對,4.8 隨機振動試驗：驅(qū)動信號時域隨機化,Random Vibration,38,經(jīng)過時域隨機化處理后得到真隨機驅(qū)動信號,4.8 隨機振動試驗：驅(qū)動信號時域隨機化（續(xù)）,Random Vibration,39,窗函數(shù) W(t) :,半正弦窗 Kaiser 窗 Hanning 窗,通過加窗、疊加， 由偽隨機信號 生成連續(xù)平穩(wěn) 隨機驅(qū)動信號,4.8 隨機振動試驗：驅(qū)動信號時域隨機化（續(xù)）,Random Vibration,40,4.9 應(yīng)用實例(I) 雙振動臺隨機振動試驗控制,參考譜及其參數(shù),雙振動臺隨機振動控制效果,4.9