武漢理工大學(xué)檢測技術(shù)8課件

測試技術(shù)基礎(chǔ)二零零七年二月第八章機(jī)械振動(dòng)測試與分析主要內(nèi)容§8.1概述§8.2振動(dòng)的基本知識(shí)§8.3振動(dòng)的激勵(lì)§8.4測振傳感器(拾振器)§8.5振動(dòng)信號分析儀器§8.6振動(dòng)測試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理實(shí)例§8.7機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼率估計(jì)§8.8小結(jié)小轎車的乘坐舒適性試驗(yàn)框圖

8.1概述8.2振動(dòng)的基本知識(shí)機(jī)械振動(dòng)的測量方法按振動(dòng)信號的轉(zhuǎn)換方式分為：相對測量法：測量參考點(diǎn)為系統(tǒng)中的某固定點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)點(diǎn)絕對測量法：測量參考點(diǎn)為系統(tǒng)外的某一點(diǎn)，該點(diǎn)相對于地球是靜止不動(dòng)的。電測法機(jī)械測量法光測法按照測量時(shí)選擇參考點(diǎn)的不同，可分為：按照振動(dòng)產(chǎn)生的原因自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)振動(dòng)頻率和固有頻率之間的關(guān)系為其中，ωn為系統(tǒng)的固有頻率，ζ為阻尼率系統(tǒng)的振動(dòng)頻率為激振頻率振動(dòng)頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率。8.2.1振動(dòng)的分類

按系統(tǒng)的輸出分簡諧振動(dòng)周期振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)按系統(tǒng)自由度分單自由度系統(tǒng)振動(dòng)多自由度系統(tǒng)振動(dòng)連續(xù)彈性體振動(dòng)按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分線性振動(dòng)非線性振動(dòng)令s=jω，則力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)系統(tǒng)的固有頻率系統(tǒng)的阻尼率幅頻曲線相頻曲線在幅頻曲線上幅值最大處的頻率稱為位移共振頻率

隨著的阻尼的增加，共振峰向原點(diǎn)移動(dòng)；當(dāng)無阻尼時(shí)，位移共振頻率ωr即為固有頻率ωn

當(dāng)系統(tǒng)的阻尼ζ很小時(shí)，位移共振頻率ωr接近系統(tǒng)的固有頻率ωn，可用作為的估計(jì)值。幅頻曲線由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的受迫振動(dòng)

單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)振動(dòng)力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)振動(dòng)

設(shè)基礎(chǔ)的絕對位移為Z1，質(zhì)量m的絕對位移為Z0，則系統(tǒng)的振動(dòng)可用方程式表示為：拉氏變換并，令s=jω

得系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性幅頻曲線相頻曲線機(jī)械阻抗:線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)在各種激勵(lì)的情況下，在頻域內(nèi)激勵(lì)與響應(yīng)之比K(s)=F(s)/Y(s)傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)H(s)=Y(s)/F(s)H(ω)=Y(ω)/F(ω)機(jī)械系統(tǒng)框圖機(jī)械阻抗為系統(tǒng)傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)的倒數(shù)K(ω)=F(ω)/Y(ω)機(jī)械阻抗的倒數(shù)為頻率響應(yīng)，又稱為機(jī)械導(dǎo)納8.2.4機(jī)械阻抗的概念

設(shè)激振力為?(t)=F0ejωt

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8.3振動(dòng)的激勵(lì)

1)激勵(lì)部分

實(shí)現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵(lì)(輸入)，使系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)。它主要由激勵(lì)信號源、功率放大器和激振裝置組成。

2)拾振部分

檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號轉(zhuǎn)換成一定的形式(通常為電信號)。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。

3)分析記錄部分

將拾振部分傳來的信號記錄下來供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。瞬態(tài)激振①快速正弦掃描激振②脈沖激振③階躍激振采用周期為T的頻率線性變化的正弦信號進(jìn)行激勵(lì)?(t+T)=?(t)=A0sin2π(at+b)t(0<t<T)式中，a=(?max-?min)/T，b=?min

(8-21)用一般裝有力傳感器的錘子敲擊試件，使試件受到脈沖力的作用而引起的激振。快速正弦掃描信號及其頻譜

包括振動(dòng)臺(tái)和激振器滿足條件：在一定的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、幅值足夠的穩(wěn)定交變力某些情況下需要施加穩(wěn)定力，使結(jié)構(gòu)受到一定的預(yù)加載荷電動(dòng)式激振器當(dāng)激振器的可動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量很小，彈性系數(shù)極低時(shí)，彈性力和慣性力可忽略，認(rèn)為電動(dòng)力等于激振力激振器通過頂桿傳遞給被測對象的激振力為電動(dòng)力和可動(dòng)系統(tǒng)的慣性力、彈性力、阻尼力之差，還是頻率的函數(shù)。8.3.2激振設(shè)備

電磁式激振器

當(dāng)直流激勵(lì)線圈電流為I0，交流激勵(lì)線圈電流為I1，鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=B0+B1cosωt式中，B0為I0產(chǎn)生的不變的磁感應(yīng)強(qiáng)度；B1為I1產(chǎn)生的交變磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰值.鐵芯對被測對象產(chǎn)生的電磁吸力為式中，A為鐵芯的截面積，μ0為真空的導(dǎo)磁率電磁激振器

又稱為“拾振器”根據(jù)振動(dòng)測量的力學(xué)原理慣性式（絕對式）拾振器相對式拾振器按照測量時(shí)拾振器是否和被測件接觸接觸式拾振器又可分為相對式和絕對式兩種非接觸式拾振器接觸式相對拾振器又稱為跟隨式拾振器8.4測振傳感器(拾振器)慣性式拾振器的力學(xué)模型

慣性式拾振器內(nèi)的慣性系統(tǒng)可以看出由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)引起質(zhì)量塊的受迫振動(dòng)。幅頻曲線

相頻曲線1、拾振器的工作原理8.5振動(dòng)信號分析儀器

1、振動(dòng)計(jì)

2、頻率分析儀3、頻率特性與傳遞函數(shù)分析儀4、數(shù)字信號處理系統(tǒng)

8.6振動(dòng)測試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理實(shí)例

汽車平順性測試系統(tǒng)框圖

汽車的平順性測試過程框圖

40km/h穩(wěn)速直線行駛駕駛員座椅各方向的加速度曲線

矩形窗、漢寧窗和海明窗歸一化頻譜特性圖

駕駛員坐椅橫向加速度自功率譜密度函數(shù)駕駛員坐椅垂向加速度自功率譜密度函數(shù)駕駛員坐椅縱向加速度自功率譜密度函數(shù)不同車速下駕駛員坐椅處加權(quán)加速度方均根及振級速度/km/h40506070800.09510.22510.35510.45510.565199.563107.047111.007113.162115.042主觀感覺沒有不舒服沒有不舒服有一些不舒服有一些不舒服相當(dāng)不舒服機(jī)械結(jié)構(gòu)各模態(tài)有如下參數(shù)固有頻率、阻尼率、當(dāng)量剛度、當(dāng)量質(zhì)量等參數(shù)對多自由度系統(tǒng)還有特定參數(shù)：主振型自由振動(dòng)法估計(jì)方法穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)法共振法總幅值法分量法矢量法8.7機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼率估計(jì)

1、總幅值法

1)固有頻率ωn的估計(jì)①若ζ<0.1，ωr=ωn

②若ζ不小于0.1或要精確估計(jì)ωn值，需要先估計(jì)ζ的值幅頻曲線2)阻尼率ζ的估計(jì)幅頻曲線若在ωn附近取ω2-ω1=?ω，ω2+ω1=2ωn，且?ω足夠小，此時(shí)ω=ω1，或ω=ω2，則單自由度系統(tǒng)的幅頻特性曲線由于ω在ωn附近，即ω/ωn→1

單自由度系統(tǒng)的幅頻特性曲線若解上式，得實(shí)部部分：虛部部分：2、分量法

實(shí)部頻率曲線虛部頻率曲線分析當(dāng)ω=ωn時(shí)，

當(dāng)時(shí)，實(shí)部具有最大值；當(dāng)時(shí)，實(shí)部具有最小值；此時(shí)則實(shí)部頻率曲線在時(shí)，Im(jω)具有極小值虛部頻率曲線當(dāng)時(shí)成立可按如下方法求模態(tài)的固有頻率和阻尼率在同相分量曲線中，滿足實(shí)部分模為零的頻率為固有頻率ωn

；在正交分量曲線中，峰值對應(yīng)的頻率為固有頻率ωn

求系統(tǒng)的阻尼率實(shí)部頻率曲線虛部頻率曲線3、矢量法多自由度系統(tǒng)的位移導(dǎo)納的奈奎斯特圖

在M點(diǎn)左右任取兩點(diǎn)求ξ值

單自由度系統(tǒng)的位移導(dǎo)納的奈奎斯特圖

8.8小結(jié)

振動(dòng)的基本知識(shí)，振動(dòng)的分類，單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，多自由度系統(tǒng)振動(dòng)，機(jī)械阻抗的概念。筆式記錄儀、檢流計(jì)式筆錄儀和函數(shù)記錄儀的基本工作原理。振