结构振动分析基础9章课件

第9章结构振动与分析基本知识第9章结构振动与分析基本知识1振幅A

(Amplitude)

偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。频率

f(Frequency)

描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

为每振动一次所需的时间，单位为秒。

圆频率

=2

f

为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒初相角

(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态。简谐振动的三要素振幅A(Amplitude)简谐振动的三要素2振动位移、速度、加速度之间的关系

振动位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值相应为A、A、A2。相位关系：加速度领先速度90º;速度领先位移90º。xvaxva振动位移、速度、加速度之间的关系振动位移(Displac3振动的时域波形名称波形名称波形

振动的时域波形名称波4若干幅值参数的定义瞬时值(Instantvalue)振动的任一瞬时的数值。峰值(Peakvalue)振动离平衡位置的最大偏离。平均绝对值

(Averageabsolutevalue)均值

(Meanvalue)

又称平均值或直流分量。有效值(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)若干幅值参数的定义瞬时值(Instantvalue)x5正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼此间有确定关系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均绝对值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值简谐振动的幅值参数正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼6复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，正峰值负峰值峰峰值x7常用的幅值参数及其单位

位移峰峰值。单位为微米（m）

速度

有效值。单位为毫米/秒（mm/s）加速度

峰值。单位为米/秒平方（m/s2）常用的幅值参数及其单位位移8振动信号的频率分析把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出来的方法。频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断的有力工具。振动信号的频率分析把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出9各种振动的频谱图名称波形频谱名称波形频谱各种振动的频谱图名称波形频谱10时间域频率域FFTIFFT时间域频率域FFTIFFT11系统对激励的响应自激振动(结构)系统

单自由度多自由度

强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始激励恒定能源激励响应系统对激励的响应自激振动强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始12单自由度系统的自由振动系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动。初始位移初始速度a—无阻尼b—小阻尼c—临界阻尼d—大阻尼单自由度系统的自由振动系统在没有激励下，由初始条件引起的振动13单自由度系统的自由振动自由振动的频率等于系统的固有频率。振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始速度）。系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。阻尼系数=1称为临界阻尼。单自由度系统的自由振动自由振动的频率等于系统的固有频率。14由自由振动确定固有频率和阻尼由自由振动确定固有频率和阻尼15系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。每个频率有一对应的振型和阻尼值。同一阶的固有频率、振型和阻尼值一起，称为模态。两自由度系统的模态举例第二阶模态第一阶模态系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。两自由16三自由度系统的模态举例第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各自由度坐标的比例值。振型具有正交性。三自由度系统的模态举例第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各17系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。多自由度系统的自由振动系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。多18单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励的频率。振幅大小与激励的大小成正比。激励频率接近固有频率时，发生共振现象。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上说，振动落后于激励。振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性和相频特性来表示。单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励的频率。19单自由度系统的强迫振动幅频特性相频特性

激励频率激励频率响应幅值响应位相单自由度系统的强迫振动幅频特性相频特性激励频率激励频率响20由强迫振动确定固有频率和阻尼由强迫振动确定固有频率和阻尼21振动的频率等于外激励的频率。振型为各阶振型的叠加。各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励的位置。作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。多自由度系统的强迫振动振动的频率等于外激励的频率。多自由度系统的强迫振动22磁电速度传感器接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10Hz~1000Hz典型线性范围：0~2mm典型灵敏度：20mV/mm/s测量非转动部件的绝对振动的速度。不适于测量瞬态振动和很快的变速过程。输出阻抗低，抗干扰力强。传感器质量较大，对小型对象有影响。在传感器固有频率附近有较大的相移。磁电速度传感器接收形式：惯性式测量非转动部件的绝对振动的速度23典型的磁电速度传感器及其特性典型的磁电速度传感器及其特性24压电加速度传感器接收形式：惯性式变换形式：压电效应典型频率范围：0.2Hz~10kHz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。测量非转动部件的绝对振动的加速度。适应高频振动和瞬态振动的测量。传感器质量小，可测很高振级。现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。压电加速度传感器接收形式：惯性式测量非转动部件的绝对振动的加25压电加速度传感器的典型结构晶体片晶体片质量块预紧环出线口底座出线口三角剪切型中心压缩型预压簧片三角柱压电加速度传感器的典型结构晶体片晶体片质量块预紧环出线口底座26压电加速度传感器的典型特性预紧环底座质量块出线口晶体片压电加速度传感器的典型特性预紧环底座质量块出线口晶体片27第9章结构振动与分析基本知识第9章结构振动与分析基本知识28振幅A

(Amplitude)

偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。频率

f(Frequency)

描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

为每振动一次所需的时间，单位为秒。

圆频率

=2

f

为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒初相角

(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态。简谐振动的三要素振幅A(Amplitude)简谐振动的三要素29振动位移、速度、加速度之间的关系

振动位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值相应为A、A、A2。相位关系：加速度领先速度90º;速度领先位移90º。xvaxva振动位移、速度、加速度之间的关系振动位移(Displac30振动的时域波形名称波形名称波形

振动的时域波形名称波31若干幅值参数的定义瞬时值(Instantvalue)振动的任一瞬时的数值。峰值(Peakvalue)振动离平衡位置的最大偏离。平均绝对值

(Averageabsolutevalue)均值

(Meanvalue)

又称平均值或直流分量。有效值(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)若干幅值参数的定义瞬时值(Instantvalue)x32正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼此间有确定关系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均绝对值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值简谐振动的幅值参数正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼33复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，正峰值负峰值峰峰值x34常用的幅值参数及其单位

位移峰峰值。单位为微米（m）

速度

有效值。单位为毫米/秒（mm/s）加速度

峰值。单位为米/秒平方（m/s2）常用的幅值参数及其单位位移35振动信号的频率分析把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出来的方法。频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断的有力工具。振动信号的频率分析把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出36各种振动的频谱图名称波形频谱名称波形频谱各种振动的频谱图名称波形频谱37时间域频率域FFTIFFT时间域频率域FFTIFFT38系统对激励的响应自激振动(结构)系统

单自由度多自由度

强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始激励恒定能源激励响应系统对激励的响应自激振动强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始39单自由度系统的自由振动系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动。初始位移初始速度a—无阻尼b—小阻尼c—临界阻尼d—大阻尼单自由度系统的自由振动系统在没有激励下，由初始条件引起的振动40单自由度系统的自由振动自由振动的频率等于系统的固有频率。振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始速度）。系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。阻尼系数=1称为临界阻尼。单自由度系统的自由振动自由振动的频率等于系统的固有频率。41由自由振动确定固有频率和阻尼由自由振动确定固有频率和阻尼42系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。每个频率有一对应的振型和阻尼值。同一阶的固有频率、振型和阻尼值一起，称为模态。两自由度系统的模态举例第二阶模态第一阶模态系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。两自由43三自由度系统的模态举例第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各自由度坐标的比例值。振型具有正交性。三自由度系统的模态举例第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各44系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。多自由度系统的自由振动系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。多45单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励的频率。振幅大小与激励的大小成正比。激励频率接近固有频率时，发生共振现象。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上说，振动落后于激励。振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性和相频特性来表示。单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励的频率。46单自由度系统的强迫振动幅频特性相频特性

激励频率激励频率响应幅值响应位相单自由度系统的强迫振动幅频特性相频特性激励频率激励频率响47由强迫振动确定固有频率和阻尼由强迫振动确定固有频率和阻尼48振动的频率等于外激励的频率。振型为各阶振型的叠加。各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。共振峰大小决定于该阶