集中質量對柔性梁振動模態(tài)的影響

集中質量對柔性梁振動模態(tài)的影響

隨著測試技術的發(fā)展，測試通道和使用傳感器的數量不斷增加。傳感器和墊塊形成的附加質量對測試結果產品的影響越來越大。特別是對本身質量比較輕的結構,附加質量對測試結果的影響更是不可忽視。在結構動態(tài)優(yōu)化設計中,常常會遇到結構振動響應的控制與設計問題,如要求測量結構某些敏感部件的振動幅值。如果采用多個傳感器,附加質量可能對對敏感部件的振動產生影響,甚至導致產品功能無法實現。這時就可用減少每次測量傳感器的數量,減少墊塊質量或者不使用墊塊,降低傳感器的靈敏度,分析軟件后處理消除附加質量影響以及使用非接觸式模態(tài)測試方法(如激光測振,應變模態(tài))等方法來減小這種實驗誤差。但是帶來的影響是降低了傳感器的靈敏度,可能會導致測量結果不夠準確。由此可見,附加質量對結構振動模態(tài)的影響的研究是非常重要的,尤其是柔性懸臂梁這種質量輕,剛度低的結構。本文從實驗和有限元分析兩個方面比較研究了不同位置、不同大小的集中質量對梁的振動模態(tài)的影響,對工程應用中附加質量對懸臂結構振動模態(tài)的分析具有指導意義。1在集中質量時，測量臂梁的固有頻率1.1主要設備和系統(tǒng)試驗平臺、米尺、游標卡尺、天平、懸臂梁、PM-LASI-003型電容式加速度傳感器、LMS模態(tài)分析系統(tǒng),兩個砝碼。1.2加速度傳感器的安裝(1)測量懸臂梁的長度,厚度,寬度,質量以及懸臂梁的臂長;(2)安裝懸臂梁;(3)用天平測量傳感器的質量;(4)在懸臂梁的末端貼好一個加速度傳感器,將加速度傳感器當作集中質量;(5)測量只有一個集中質量的情況下懸臂梁的固有頻率P1;(6)在懸臂梁的末端再加上一個砝碼,再次測量懸臂梁的固有頻率P2;(7)在懸臂梁的末端再加上一個砝碼,測量懸臂梁的固有頻率P3;(8)同上,分別在距離梁固定端35mm和65mm的位置,測量P1,P2,P3;(9)比較在同一位置不同質量下的測量結果和不同位置同一質量下的測量結果。1.3彈性模量、密度實驗結果見表1。實驗數據如下:鋼尺長度L=0.95m;寬度b=0.05m;厚度h=0.00138m;彈性模量E=200GPa;密度ρ=7900kg/m3;集中質量m1=0.1kg;m2=0.17kg;m3=0.29kg2有限元模型驗證結果懸臂梁模型見圖1。懸臂梁及集中質量參數設定如下:鋼尺長度L=0.95m;鋼尺寬度b=0.05m;鋼尺厚度h=0.00138m;彈性模量E=200GPa;密度ρ=7900kg/m3;集中質量m=0kg;集中質量m1=0kg;m2=0.17kg;m3=0.29kg;集中質量到固定端距離X1=0.95m;X2=0.75m;X3=0.45m有限元計算結果見表2。Nastran有限元模擬結果與實驗結果相比較見表3。經比較得到:(1)有限元分析結果與試驗結果基本吻合,表明建立的有限元模型基本正確;(2)有限元分析結果與試驗結果存在一定的誤差,主要原因是有限元模型對某些結構特征進行了簡化處理,約束進行了理想化處理,試驗中不可能做到。3不同高度懸掛臂梁的模型3.1最后，懸臂梁的振幅頻率集中在不同大小的懸臂梁上比較結果見表5。我們可以根據此表畫出P-M關系圖2:3.2相同大小的懸臂梁模型質量在不同位置上是相同集中質量到懸臂梁固定端的距離為X,比較結果見表6。我們可以根據此表畫出如下P-X關系見圖3。4集中質量與懸臂梁質量的配比,可以忽略通過實驗測量和NASTRA軟件的有限元分析的結果比較,我們可以得到如下結論:當有集中質量的作用時,集中質量增大,懸臂梁的固有頻率減小。當集中質量與懸臂梁質量的比例小于5.78%時,其影響可以忽略不記(此時頻率影響小于10%)。當集中質量與