工程检测技术实验报告

1、 上海工程技术大学 实验报告1.实验名称: 悬臂梁固有频率的测定试验2.专业名称:交通工程 班级代码:1014111 实验组长：何跃丞实验日期:2014年11月15日3.实验目的：（1）学会加速度与力传感器的接线方法和调试；（2）熟悉和了解悬臂梁振动的规律和特点。（3）学会使用锤击法测量悬臂梁固有频率；4.实验设备:1、带力传感器的锤 锤子：3425 2、加速度传感器 356A02 力锤传感器：086D053、振动台:由支座，夹板和悬臂梁试件组成。 4、悬臂梁长度：L=850mm，宽度：b=110mm，厚度：h=8mm，材料Q304 5、8通道的东华数据采集器6、带东华动态振动分析系统的笔记本

2、电脑本实验使用的振动系统及仪器设备如图4-1，4-2所示。图4-1 悬臂梁振动实验系统实图实验系统原理示意图如图4-2所示数据采集器东华振动分析软件及计算机加速度计图4-2 悬臂梁振动实验系统示意图锤力传感器5.实验原理：1、悬臂梁的振动机理悬臂梁的振动属于连续弹性体的振动，它具有无限多自由度及其相应的固有频率和主振型，其振动可表示为无穷多个主振型的叠加。运用分离变量法，结合悬臂梁一端固定一端自由的边界条件，通过分析可求得均质、等截面悬臂梁的频率方程 （5-1）式中：L悬臂梁的长度。梁各阶固有园频率为 （5-2）对应阶固有频率的主振型函数为 （5-3）对于（5-1）式中的，不能用解析法求解，用

3、数值计算方法求得的一阶至四阶固有园频率和主振型的结果列于表5-1。各阶固有园频率之比 = 16.26917.5634.41 （5-4） y A B h L b 图5-1 悬臂梁振动模型表（5-1）给出了悬臂梁自由振动时=14阶固有园频率及其相应主振型函数。除了悬臂梁固定端点边界位移始终为零外，对于二阶以上主振型而言，梁上还存在一些点在振动过程中位移始终为零的振型节点。阶振型节点个数等于-1，即振型节点个数比其振型的阶数小1。本实验主要运用模态分析法测定悬臂梁一、二、三、四阶固有频率及其相应的主振型。2、模态分析法工程结构的振动是由随机振动源所引起的响应，如果单个样本在全部时间上所求得的统计特性

4、与在同一时刻对振动历程的全体所求得的统计特性相等，则称这种随机过程为各态历经的。另外由于工程结构振动的主要特征与时间的起点选择关系不大，它在时刻到这一段随机振动的统计信息与到这一段的统计信息是相关的，并且差别不大，即具有相同的统计特性。因此，工程结构振动又是一种平稳随机过程。与一般振动问题相类似，随机振动问题也是讨论系统的输入（激励）、输出（响应）以及系统的动态特性三者之间的关系。假设是振动源为输入的振动过程，结构本身称之为系统，当振动源作用于系统后，结构在外界激励下就产生响应，即结构的振动反应，称为输出的振动过程，这时系统的响应输出必然反映结构的特性。在随机振动中，由于振动时间历程是明显的非

5、周期函数，用傅里叶积分的方法可知这种振动有连续的各种频率成份，且每种频率有它对应的功率或能量，把它们的关系用图线表示，称为功率在频域内的函数，简称功率谱密度函数。在平稳随机过程中，功率谱密度函数给出了某一过程的“功率”在频域上的分布方式，可用它来识别该过程中各种频率成份能量的强弱，以及对于动态结构的响应效果。所以功率谱密度是描述随机振动的一个重要参数，也是在随机荷载作用下结构设计的一个重要依据。在各态历经平稳随机过程的假定下，振动源的功率谱密度函数与结构反应功率谱密度函数之间存在着以下关系： 式中 传递系数；圆频率。由随机振动理论可知： 图2 经数据处理得到的频谱图由以上关系可知，当已知输入输

6、出时，即可得到传递函数。在测试工作中通过测振传感器测量地面自由场的振动源和结构反应的振动信号的记录，将这些符合平稳随机过程的样本由专用信号处理机（频谱分析仪）通过使用具有传递函数功率谱程序进行计算处理，即可得到结构的动力特性频率、振幅、相位等，运算结果可以在处理机上直接显示，也可用xy记录仪将结果绘制出来。下图2是利用专用计算机把时程曲线经过傅里叶变换，由数据处理结果得到的频谱图。从频谱曲线上用峰值法很容易定出各阶频率，结构自振频率处必然出现突出的峰值，一般基频处非常突出，而在第二、第三频率处也有相应明显的峰值。6.实验步骤1）振动测量的仪器连接，悬臂梁上加速度传感器与锤上力传感器与东华数据采

7、集器相连，数据采集器再与带东华振动噪声分析系统的计算机相连接。加速度传感器设置在悬臂梁的11号测点。检查各仪器之间连线无误后，再开启电源。2）打开带振动分析系统的计算机，打开Impact Testing锤击的软件3）在东华振动分析系统channel setup里进行设定动态数据采集器的采样通道、采样频率和采样时间，准备采集振动信号；Direction（方向）Input ModelMeasured qualityActual Sensitivity （敏感度）通路1负Z方向ICP形式Force状态2.248 mv/N通路2负Z方向ICP形式Acceleration状态8.94 mv/g表6-1E

8、lectrical Unit 改为MV形式；如表6-1和图6-2所示图6-24）对Measure（测量）页面进行设定并正式进行测量 用一个锤子沿铅直方向敲击被测振动系统的适当部位，激起弯曲自由振动，记录下三加速度计的自由振动信号； 9）对记录下的三个自由振动信号进行频谱分析，根据频谱分析结果的频率和锤击力。频率与锤击力无关10）加重质量的悬臂梁自震频率结果1.实验名称: 简支梁固有频率2.专业名称:交通工程 班级代码:1014111 实验组长:何跃丞 实验日期:2014年11月15日3.实验目的（1）使学生加深对简支梁的固有频率和主振型概念的理解；（2）使学生掌握简支梁固有频率测量方法；（3）

9、使学生学会加速度与力传感器的接线方法和调试； （4）熟悉振动分析系统的模态分析过程；4.实验设备1、带力传感器的锤 锤子：3425 2、加速度传感器 356A02 力锤传感器：086D053、振动台:由支座，夹板和悬臂梁试件组成。 4、悬臂梁长度：L=850mm，宽度：b=110mm，厚度：h=8mm，材料Q304 5、8通道的东华数据采集器6、带东华动态振动分析系统的笔记本电脑本实验使用的振动系统及仪器设备如图4-1，4-2所示。图4-1 简支梁振动实验系统实图实验系统原理示意图如图4-2所示数据采集器东华振动分析软件及计算机加速度计图4-2 悬臂梁振动实验系统示意图锤力传感器5.实验原理1

10、） 固有频率和主振型的实验测量原理多自由度振动系统有几个自由度，就有几个固有频率， 每个固有频率都有一个与之对应的主振型。振动系统的固有频率和主振型可以用正弦扫描激励和冲击激励两种方法测出。冲击激励包含很多激励频率，能够同时激起多自由度系统的若干阶自由振动，而振动系统的自由振动是按固有频率振动的。所以，通过对冲击激励激起的自由振动进行频谱分析，即可根据频率、振幅和相位信息确定系统的各阶固有频率和主振型。如果只需要测量振动系统的固有频率，以上两种方法都只需要一个测振传感器即可。本实验主要运用模态分析法测定悬臂梁一、二、三、四阶固有频率及其相应的主振型。2）模态分析法工程结构的振动是由随机振动源所

11、引起的响应，如果单个样本在全部时间上所求得的统计特性与在同一时刻对振动历程的全体所求得的统计特性相等，则称这种随机过程为各态历经的。另外由于工程结构振动的主要特征与时间的起点选择关系不大，它在时刻到这一段随机振动的统计信息与到这一段的统计信息是相关的，并且差别不大，即具有相同的统计特性。因此，工程结构振动又是一种平稳随机过程。与一般振动问题相类似，随机振动问题也是讨论系统的输入（激励）、输出（响应）以及系统的动态特性三者之间的关系。假设是振动源为输入的振动过程，结构本身称之为系统，当振动源作用于系统后，结构在外界激励下就产生响应，即结构的振动反应，称为输出的振动过程，这时系统的响应输出必然反映

12、结构的特性。在随机振动中，由于振动时间历程是明显的非周期函数，用傅里叶积分的方法可知这种振动有连续的各种频率成份，且每种频率有它对应的功率或能量，把它们的关系用图线表示，称为功率在频域内的函数，简称功率谱密度函数。在平稳随机过程中，功率谱密度函数给出了某一过程的“功率”在频域上的分布方式，可用它来识别该过程中各种频率成份能量的强弱，以及对于动态结构的响应效果。所以功率谱密度是描述随机振动的一个重要参数，也是在随机荷载作用下结构设计的一个重要依据。在各态历经平稳随机过程的假定下，振动源的功率谱密度函数与结构反应功率谱密度函数之间存在着以下关系： 式中 传递系数；圆频率。由随机振动理论可知： 图5

13、-1 经数据处理得到的频谱图由以上关系可知，当已知输入输出时，即可得到传递函数。在测试工作中通过测振传感器测量地面自由场的振动源和结构反应的振动信号的记录，将这些符合平稳随机过程的样本由专用信号处理机（频谱分析仪）通过使用具有传递函数功率谱程序进行计算处理，即可得到结构的动力特性频率、振幅、相位等，运算结果可以在处理机上直接显示，也可用xy记录仪将结果绘制出来。下图5-1是利用专用计算机把时程曲线经过傅里叶变换，由数据处理结果得到的频谱图。从频谱曲线上用峰值法很容易定出各阶频率，结构自振频率处必然出现突出的峰值，一般基频处非常突出，而在第二、第三频率处也有相应明显的峰值。6.实验步骤1）振动测

14、量的仪器连接，悬臂梁上加速度传感器与锤上力传感器与东华数据采集器相连，数据采集器再与带东华振动噪声分析系统的计算机相连接。加速度传感器设置在悬臂梁的11号测点。检查各仪器之间连线无误后，再开启电源。2）打开带振动分析系统的计算机，打开Impact Testing锤击的软件3）在东华振动分析系统channel setup里进行设定动态数据采集器的采样通道、采样频率和采样时间，准备采集振动信号；Direction（方向）Input ModelMeasured qualityActual Sensitivity （敏感度）通路1负Z方向ICP形式Force状态2.248 mv/N通路2负Z方向ICP形式Acceleration状态8.94 mv/g表6-1Electrical Unit 改为MV形式；如表6-1和图6-2所示图6-24）对Measure（测量）页面进行设定并正式进行测量 用一个锤子沿铅直方向敲击被测振动系统的适当部位，激起弯曲自由振动，记录下三加速度计的自由振动信号； 9）对记录下的三