随机振动试验报告.docxVIP

高等桥梁结构试验报告 讲课老师：张启伟（教授）姓名：史先飞-学号：1232627 试验报告 1试验目的 过试验进一步加深对结构模态分析理论知识的理解； 熟悉随机振动试验常用仪器的性能与操作方法； 复习和巩固随机振动数据测量和分析中有关基本概念； 掌握通过多点激振、单点拾振的方法，利用DASP2005软件进行模态分析的基本操作步骤。 2试验仪器和设备 ZJY-601振动与控制教学实验仪系统（ZJY-601A型振动教学实验仪、激励锤、YJ9-A型压电型加速度传感器等）。 DASP16通道接口箱。 装有“DASP2005智能数据采集和信号分析系统”软件的PC机。 有关设备之间的联接电缆。 3试验原理 3.1模态叠加原理 N自由度线性振动系统的运动微分方程是一组耦合的方程组： （K-w2M-FJwC）X=F 引入模态矩阵①和模态坐标（广义坐标或主坐标）q，使X=①q。 如果阻尼矩阵能对角化，方程组即可解耦： （K一坤M+JM）q=（DtF 解耦后的第i个方程为： n （Kj一w2Mj+JwCjq=￡0>ijFji=l 可见，采用固有振型描述振动的模态坐标后，N自由度线性振动系统的振动响应可以表示为N阶模态响应的叠加。 3.2实模态理论 实模态理论建立在无阻尼的假设基础上。在实模态理论中，模态频率就是系统的无阻尼模态固有频率i错误！未找到引用源。；而固有振型矩阵中的各元素都是实数，它们之间的相位差是0°或180°。 系统在P点激励，l点测量的频响函数为： H …H~l 11 3 IN H H …H n IN ■ ■ a.B H H …H m 冲 NN H?)=数）。%:i=l甲ipisK 数）。 % :i=l 甲ipis Ks 式中方.，称为频率比，^=①/①.，?. 为模态固有频率。当辱?，则: 宵） 甲E啊 Ks（l-硒勺 取频响函数矩阵的一列或一行，如第P列， 就可确定振动系统的全部动力特性（模态参 3.3伪实模态理论 某些有阻尼振动系统有时会出现与实模态一样的实数振型，而非复数振型，但其模态固有频率为①小二气/7^，具有这种性质的振动系统的模态称为伪实模态。伪实模态理论仅适应于阻尼矩阵可解耦，即可采用固有振型矩阵正交化模态称为伪实模态。在伪实模态下，各测点的相位差都是0°或180°。 伪实模态理论仅适应于阻尼矩阵可解耦，即可采用固有振型矩阵正交化的情况。一般情况下，阻尼矩阵对角化的充要条件为： CM-1K=M-1KC 上式也是有阻尼振动系统方程解耦的充要条件。 总之，H（3）建立了模态参数与频响函数的关系。因此，利用实验测出的H0）值，即可计算出系统的模态参数。根据频响函数的互易定理及模态理论，只需H（3）矩阵的一列（或一行）即可求出全部模态参数。 本实验旨在通过一个简支梁的振动测试，了解和学习随机振动试验的基本测试方法以及利用软件进行模态分析的基本操作步骤，让同学们更深刻的理解桥梁实验的基本方法和基本流程，以及对测量数据的分析判断。 4试验模型简介和试验前的预习4.1试验模型 本试验选用的模型是一个矩形截面的钢简支梁，如图一所示: 68050 680 50 图一试验模型 其中，钢梁的弹性模量为E=2.0x105MPa，质量密度为p=7850kg/n3,横截面为矩形等截 面。图中的尺寸单位为mm。 4.2理论计算 4.2.1用有限元软件SAP2000进行模态分析，建模如下: 图二试验有限元建模模型 4.2.2计算结果 振型频率/Hz 第一阶 第二阶 第三阶 第四阶 第五阶 SAP2000 39.207 156.74 352.34 625.52 975.51 5试验内容与步骤 5.1试验准备 1）熟悉各台仪器面上各键、钮、表头等。 2）将加速度传感器用磁铁固定在梁上。 3）全部仪器接线完毕，须检查确实无误，方可开机。 至此，全部准备工作就绪。 5.2试验（运行“DASP2005智能数据采集和信号分析系统”） 1）建立“几何文件” 根据被测模型建立“几何文件”。 2）频响测试 根据被测振动的幅值、频率等选择合适的参数，然后用激励锤垂直迅速的敲击简支梁的测点进行频响测试，每个测点激励两次。实验仪器会自动拾取激励的信号和响应信号。 3）模态分析 根据“几何文件”以及“频响测试”进行模态分析。 6数据处理6.1原始数据整理 通过DASP2005智能数据采集和信号分析系统对力锤的激励以及响应进行采集、分析，得到简支梁的前几阶振动频率，振型以及阻尼比。现将测量得到的模态结果汇总如下： 模态频率和阻尼比 阶数 第一阶 第二阶 第三阶 第四阶 第五阶 频率（Hz） 39.956 161.489 350.676 636.395 991.833 阻尼比（％） 2.990 2.103 0.164 0.467 0.192 模态质量、刚度和阻尼比 阶数