搜索模態(tài)試驗(yàn)中的附加質(zhì)量問題
2017-12-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
附加質(zhì)量問題在模態(tài)試驗(yàn)中經(jīng)常存在。在模態(tài)試驗(yàn)中(如圖1),普遍采用接觸式傳感器獲得結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)使用接觸形式的傳感器時(shí),傳感器需通過某種形式與被測(cè)結(jié)構(gòu)固定連接,一般通過蜂蠟(圖2a)或磁力座(圖2b)等形式。傳感器與磁力座是一種附加質(zhì)量,一般情況下重量達(dá)到十幾克,尤其一個(gè)安裝座上放置有三個(gè)傳感器時(shí)(三向同時(shí)測(cè)量),或者磁力安裝座重量較大時(shí)(圖2c,梁的寬度為30mm),傳感器與安裝座整體的附加質(zhì)量將達(dá)到數(shù)十克。這類附加質(zhì)量將影響結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果,尤其影響到質(zhì)量、剛度不大的被測(cè)結(jié)構(gòu)。
圖1 懸臂梁與LMS采集儀、軟件和傳感器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
圖2 被測(cè)件與傳感器的連接:(a) 蜂蠟式連接;(b) 磁力座式連接;(c) 質(zhì)量較大的磁力座連接
附加質(zhì)量與被測(cè)件在模態(tài)試驗(yàn)中的匹配比較模糊,針對(duì)附加質(zhì)量的選用,尚沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn),這種選用標(biāo)準(zhǔn)包括附加質(zhì)量的大小和放置位置。然而,這恰是以模態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)的研究所要關(guān)注的。因此,正確選用附加質(zhì)量及其安裝位置,對(duì)采用磁力安裝座的形式進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn),有助于準(zhǔn)確獲得結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)和基于模態(tài)參數(shù)的研究開展。因此,模態(tài)試驗(yàn)中,附加質(zhì)量的選用應(yīng)該有一定標(biāo)準(zhǔn)。
基于此,開展兩個(gè)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)研究:
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實(shí)驗(yàn)1:不同附加質(zhì)量作用于同一測(cè)點(diǎn)時(shí)的結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率變化(圖3);
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實(shí)驗(yàn)2:相同附加質(zhì)量作用于不同測(cè)點(diǎn)的模態(tài)頻率變化(圖4)。
結(jié)構(gòu)為懸臂梁,長(zhǎng)659mm、厚6mm、寬30mm,等分6個(gè)測(cè)點(diǎn)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)1,附加質(zhì)量位于從固定端數(shù)起的第3個(gè)測(cè)點(diǎn)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均考慮前三階模態(tài)。
圖3 不同附加質(zhì)量對(duì)前三階模態(tài)頻率影響(縱坐標(biāo)可視比例8%)
圖4 附加質(zhì)量(61g)對(duì)前三階模態(tài)頻率影響(縱坐標(biāo)可視比例15%)
針對(duì)附加質(zhì)量的選用可獲得以下結(jié)論:
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同一測(cè)點(diǎn),附加質(zhì)量越大,各階模態(tài)受到的影響越大,這種影響是使結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率變小(圖3)。因此,模態(tài)試驗(yàn)時(shí),附加質(zhì)量越小對(duì)各階模態(tài)的影響越小。
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相同附加質(zhì)量,作用于不同測(cè)點(diǎn),附加質(zhì)量對(duì)各階模態(tài)的影響不同,每階模態(tài)受到附加質(zhì)量的影響規(guī)律不同,這種影響是使結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率變小(圖4)。附加質(zhì)量及其位置對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響與相應(yīng)的模態(tài)振型有關(guān),如附加質(zhì)量位于某階模態(tài)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)附近時(shí),此階模態(tài)頻率不受影響(圖4中間圖形)。
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針對(duì)附加質(zhì)量對(duì)模態(tài)的影響,是否可以獲得一個(gè)包含模態(tài)頻率、被測(cè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量或剛度的經(jīng)驗(yàn)公式,這將是下一步深入考慮的問題。
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