機械結構模態(tài)實驗報告.doc

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1、重慶大學學生實驗報告實驗課程名稱機械結構模態(tài)分析實驗開課實驗室汽車振動實驗室學院機械工程學院年級2013級專業(yè)班車輛1班學生姓名學號開課時間2013至2014學年第一學期總成績教師簽名機械工程學院制《機械結構模態(tài)分析》實驗報告開課實驗室：汽車振動實驗室時間：2013年11月7日學院機械工程學院年級、專業(yè)、班13級車輛1班姓名廖海辰成績課程名稱機械結構模態(tài)分析實驗項目名稱機械機構模態(tài)分析實驗指導教師王攀教師評語教師簽名：年月日一、實驗目的通過此次實驗了解B&K公司的PULSE分析系統(tǒng)自帶的模態(tài)分析模塊，并熟練掌握使用本系統(tǒng)進行結構模態(tài)分析的全過程，包

2、括：1、了解測量點和激振點的選擇。2、了解模態(tài)分析實驗采用的儀器，實驗的連接、安裝和調(diào)整。3、激勵振時各測點力信號和響應信號的測量及利用這些測量信號求取傳遞函數(shù)，并分析影響傳遞函數(shù)精度的因素。4、該模態(tài)分析模塊各測點識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的步驟。5、動畫顯示。6、靈敏度分析及含義。二、實驗原理模態(tài)分析技術是近年來在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展的一門新興科學技術，廣泛應用于航空、航天、機械制造、建筑、汽車等許多領域，在識別系統(tǒng)的動力學參數(shù)、動態(tài)優(yōu)化設計、設備故障診斷等許多方面發(fā)揮了日益重要的作用。對于一個機構系統(tǒng)，其動態(tài)特性可用系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和振型來描述，

3、與模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度一起通稱為機械系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。模態(tài)參數(shù)既可以用有限元的方法對結構進行簡化得到，也可以通過激振實驗對采集的振動數(shù)據(jù)進行處理識別得到。通過實驗數(shù)據(jù)求取模態(tài)參數(shù)的方法就是實驗模態(tài)分析。只要保證測試儀器的精度、實驗條件和數(shù)據(jù)分析處理的精度就能獲得高質(zhì)量的模態(tài)參數(shù)。一個線性系統(tǒng)，若在某一點j施加激振力，系統(tǒng)各點的振動響應為，系統(tǒng)任意兩點的傳遞函數(shù)之間的關系可用矩陣表示如下：(1-1)可記為：稱為傳遞函數(shù)矩陣。其中的任意元素可以通過激振實驗得到。(1-2)，分別表示響應與激振力的傅立葉變換。測量方法是給系統(tǒng)施加一有限帶寬頻率的激振力(沖擊也

4、是一有限帶寬激振力)，同時測量系統(tǒng)的響應，將力和響應信號進行濾波，A/D轉換并離散采樣，進行雙通道FFT變換，計算出激振力與響應之間的傳遞函數(shù)。對測量的傳遞函數(shù)進行曲線擬和得到模態(tài)參數(shù)，一個多自由度系統(tǒng)曲線擬和傳遞函數(shù)的解析式為：(1-3)式中：，—第K階的模態(tài)阻尼—第K階的固有頻率—第K階留數(shù)—表示復數(shù)共軛由上式可知，各點傳遞函數(shù)的分母相同，都包含固有頻率和模態(tài)阻尼，由任意點傳遞函數(shù)曲線擬和可以識別出系統(tǒng)的固有頻率和阻尼，考慮到傳遞函數(shù)的測量和計算誤差，將多測點傳遞函數(shù)相加合成一系列的傳遞函數(shù)，并由系統(tǒng)傳遞函數(shù)識別系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)阻尼。由式(

5、1-3)可知，每一測點的傳遞函數(shù)曲線擬和得到的留數(shù)是不同的，留數(shù)矩陣與對應的固有頻率振型的關系為：(1-4)是對稱矩陣，其中每一行，每一列都是線性相關的。其中任意元素為：(1-5)稱為系統(tǒng)的模態(tài)向量，即固有振型。只要利用留數(shù)矩陣的某一行或某一列，先將對應角元素包含的振型元素求出：(1-6)然后，即可求出任一點的振型元素：(1-7)模態(tài)分析模塊要求采用某一點固定激振，逐點拾振，求出留數(shù)矩陣之一列的測量方法，或在某一固定點拾振，求出留數(shù)矩陣之一行的方法。本實驗采用后一種方法。識別出系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和振型后，系統(tǒng)的模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度由下式?jīng)Q定：(1-

6、8)(1-9)—模態(tài)質(zhì)量—模態(tài)剛度—模態(tài)阻尼比至此整個系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)全部確定，其中最重要的參數(shù)是頻率，阻尼和振型。振型代表了再系統(tǒng)的第K階固有頻率下，各測點位移振幅之間的比例關系。設，則系統(tǒng)對結構物理參數(shù)的微分靈敏度為：(1-10)、分別為系統(tǒng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，為物理參數(shù)，可為剛度和質(zhì)量。振型的微分靈敏度可表示為：(1-11)(1-12)靈敏度分析的意義在于，若想改變系統(tǒng)的動態(tài)特性，對每階振型來說，改變那一點的質(zhì)量或剛度，其頻率和振型的變化率最大；同樣，若維持系統(tǒng)動態(tài)特性不變，改變那一點的質(zhì)量或剛度，其頻率和振型的變化率最小。三、使用儀器、材料

7、B&KPULSE分析系統(tǒng)、雙通道低通濾波器、B&K電荷放大器、力錘、加速度傳感器、橡膠繩、被測鋼板圖1測量及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框圖四、實驗步驟本實驗采用B&K公司的PULSE分析系統(tǒng)自帶的模態(tài)分析模塊，對圖2所示的框架結構進行分析。通過該實驗達到如下目的：圖2框架結構圖模態(tài)分析步驟：1、連接儀器，并調(diào)整好各儀器的開關檔位，傳遞函數(shù)頻率分析范圍為500Hz以內(nèi)，低通可取截止頻率為300Hz檔。2、選擇測點，建立被測結構的幾何模型。3、測量信號的數(shù)據(jù)采集及雙通道譜分析。4、調(diào)用十個傳遞函數(shù)同時顯示功能確定系統(tǒng)的前五階固有頻率。5、求取系統(tǒng)多測點加權傳遞函數(shù)幅

8、頻特性并產(chǎn)生頻率阻尼識別文件。6、識別系統(tǒng)的頻率阻尼產(chǎn)生頻率阻尼數(shù)據(jù)文件。7、識別系統(tǒng)振型，產(chǎn)生振型數(shù)據(jù)文件。8、可以顯示