结构动力特性实验0706062

1、平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 通过实验测定两层刚架结构的前二阶通过实验测定两层刚架结构的前二阶频率频率，振型振型及及阻尼比阻尼比。 实验目的及内容实验目的及内容 观察两层刚架结构的观察两层刚架结构的共振现象共振现象。 了解掌握结构动力实验中的相关了解掌握结构动力实验中的相关仪器设备仪器设备，熟悉各种仪器，熟悉各种仪器的的操作方法操作方法。 掌握用实验手段测定结构动力特性的掌握用实验手段测定结构动力特性的常用方法。常用方法。平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 理论回顾理论回顾 双自由度系统存在两个频率、振型和阻尼比双自由度系统存在两个频率、振型和

2、阻尼比结构体系的结构体系的固有动力特性固有动力特性。12平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验1k2k2m1m 横梁为无限刚性的两层刚架可横梁为无限刚性的两层刚架可简化简化为两个集中质量点的为两个集中质量点的双自由度体系双自由度体系。1 12 22m1m1 12 212y11y1 12 22y21y211222111ykykm 22211222111ykykm 111第第一一主振型主振型第第二二主振型主振型第一振型第一振型第二振型第二振型平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 两层刚架振型两层刚架振型 通常测定结构动力特性的方法有通常测定结构动力特性的方法有

3、自由振动法自由振动法和和强迫振动法强迫振动法。 结构在共振情况下，阻尼的影响不能忽略；常用测定结构阻尼比的方结构在共振情况下，阻尼的影响不能忽略；常用测定结构阻尼比的方法有法有自由振动衰减法自由振动衰减法和和半功率法半功率法。211()2ii平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验112m axy1121m axy2 m axy2频率yo振幅 当当激振力频率激振力频率与结构某阶与结构某阶固有频率固有频率相等相等时，结构将产生时，结构将产生共振共振，此时振动，此时振动幅值达到极大值；找出幅频曲线中的某个振幅极大值对应的频率，即为结幅值达到极大值；找出幅频曲线中的某个振幅极大值对应

4、的频率，即为结构的某阶固有构的某阶固有频率频率；此时的结构振动形式归一化后即为此阶结构；此时的结构振动形式归一化后即为此阶结构振型振型。 实验原理实验原理强迫振动法强迫振动法 用用激振器激振器对刚架结构施加频率变化的对刚架结构施加频率变化的激振力激振力，使结构产生振动，通，使结构产生振动，通过测量结构的过测量结构的频率和位移频率和位移做出做出幅频曲线幅频曲线，并得出结构振动的波形图。，并得出结构振动的波形图。 阻尼比确定的阻尼比确定的半功率法半功率法由固有频率附近的频率值用公式来确由固有频率附近的频率值用公式来确定系统的阻尼比。定系统的阻尼比。平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特

5、性实验 由由4 4个水平布置在刚架竖杆上的加速度计，来个水平布置在刚架竖杆上的加速度计，来测量频率和加速度测量频率和加速度，并，并通过对加速度通过对加速度积分后得到积分后得到刚架结构的刚架结构的位移位移。211()2ii 加速度计加速度计、电荷放大器电荷放大器、数据采集器数据采集器 实验设备实验设备 低频扫频信号发生器、激振器低频扫频信号发生器、激振器 计算机、打印机计算机、打印机平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 实验装置实验装置 实验模型实验模型有机玻璃和有机玻璃和配重铁块配重铁块制成的制成的双层刚架双层刚架，并沿，并沿刚架的竖直杆水平布置刚架的竖直杆水平布置4 4个

6、加速度计。个加速度计。 实验步骤实验步骤 依此打开依此打开低频扫频信号发生器、电荷放大器、打印机、计算低频扫频信号发生器、电荷放大器、打印机、计算机的机的电源电源。 点击计算机桌面点击计算机桌面上上的刚架动力特性的刚架动力特性实验图标实验图标进入该实验系统进入该实验系统。 点击点击登记登记, ,进行学生情况登记进行学生情况登记 , ,登记完成后登记完成后, 点击点击存盘退出存盘退出 。 。 一总体操作步骤平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 实验步骤实验步骤 点击点击采样采样进入计算机监视状态进入计算机监视状态, ,在此界面点击在此界面点击示波示波进入示波状态进入示波状态

7、。 使用信号发生器的使用信号发生器的手动手动及及微调微调旋扭调整信号发生器的输出频率，旋扭调整信号发生器的输出频率，同时观察显示器上各测点同时观察显示器上各测点波形波形的幅值及的幅值及频率频率变化现象，并用手变化现象，并用手轻轻触摸结构进行轻轻触摸结构进行体验体验。 在某一固有频率点处观察振动在某一固有频率点处观察振动波形波形, ,点击点击停止停止及及采样采样，自动进入，自动进入计算机仿真状态计算机仿真状态 。 在仿真状态下在仿真状态下观看观看两层刚架对应的振型两层刚架对应的振型规律规律，并将结果打印，并将结果打印 。二频率测试及振型观测 重复上述重复上述 - - 的过程进行的过程进行另一振型

8、的测试另一振型的测试。 平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 由测量数据可以由测量数据可以绘制出幅频曲线绘制出幅频曲线( (计算机自动绘制计算机自动绘制) ) 。 根据根据幅频曲线幅频曲线确定两阶固有频率确定两阶固有频率 。 实验步骤实验步骤 分别分别在两个固有频率附近，使用信号发生器的手动及微调在两个固有频率附近，使用信号发生器的手动及微调旋扭旋扭调整调整信号发生器的信号发生器的输出频率输出频率，记录，记录10-2010-20组激振组激振频率频率及及相应的刚架结构相应的刚架结构振幅振幅测量数据测量数据 。 根据根据幅频曲线幅频曲线记录两阶固有频率记录两阶固有频率 。 三阻

9、尼比测试 平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 使用公式使用公式计算计算出各阶振型的出各阶振型的阻尼比阻尼比 。 使用插值方法使用插值方法得出对应得出对应 倍振幅极大值倍振幅极大值处对应的频率值处对应的频率值。 实验步骤实验步骤 点击菜单中的点击菜单中的理论模拟理论模拟，随即弹出一个窗口。，随即弹出一个窗口。 在弹出窗口中点击菜单中的在弹出窗口中点击菜单中的2 2个自由度个自由度 ，出现一个下拉菜单。，出现一个下拉菜单。 根据测量的振型图根据测量的振型图选取选取下拉菜单中对应的振型下拉菜单中对应的振型 。 调整调整好理论振型窗口的位置，仔细好理论振型窗口的位置，仔细观察观察

10、理论与实测结果的理论与实测结果的异同异同 。四与理论进行对比 做好记录，回去进行做好记录，回去进行分析分析，找出理论与实测结果差异的原因，找出理论与实测结果差异的原因 。 平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 实验结果处理实验结果处理 认真记录好所提供的结构参数，及认真记录好所提供的结构参数，及实实验中观测到的现象；并运验中观测到的现象；并运用所学的知识作出用所学的知识作出适当的解释适当的解释。 确定共振频率和振型，根据提供的结构参数进行确定共振频率和振型，根据提供的结构参数进行振型计算振型计算，并与，并与实验实验结果对比结果对比，找出误差，找出误差分析原因分析原因。 绘制

11、出实验装置图，解释各设备在本实验中的作用绘制出实验装置图，解释各设备在本实验中的作用。 对本实验有何要求、对本实验有何要求、建议建议、看法在报告中指出、看法在报告中指出。 有关参数有关参数： 刚架总高度刚架总高度 405405mm，宽度宽度：200200mm 横梁截面尺寸横梁截面尺寸：4040mm 4 4mm ，配重配重 ： 2 2 2 kg2 kg 竖杆截面尺寸竖杆截面尺寸： 4040mm 4 4mm 弹性模量弹性模量：4000 4000 mpa，密度密度：1120( 1120( kg/m3) )平面两层刚架结构动力特性实验平面两层刚架结构动力特性实验 注意事项注意事项 信号发生器功率输出已由实验指导老师设置完成，学生不得进信号发生器功率输出已由实验指导老师设置完成，学生不得进行重新调整行重新调整。 电荷放大器的量程及灵敏度由实验指导老