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[随机振动] 机械阻抗的随机振动测试法简介

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发表于 2022-1-10 12:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

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机械阻抗方法概述
机械阻抗:频域中振动响应量与激振量之比。主要用途如下:

  · 提供复杂结构各测点的机械阻抗值;

  · 提供材料和元件的刚度、阻尼特性;

  · 求模态参数。

机械阻抗的求取:

  · 实验;

  · 理论。

阻抗头:输入力和响应同时测量。

机械阻抗测量时的激励信号:稳态正弦和随机信号。

机械阻抗测试技术应用场合:实验室、随机振动实际环境。

机械阻抗的定义和特性
1、机械阻抗的定义
机械阻抗的定义-系统的固有特性。
1.png
位移导纳:
2.png
速度导纳:
3.png
加速度导纳:
4.png
位移阻抗:
5.png
速度阻抗:
6.png
加速度阻抗:
7.png
力传递率:
8.png
振动传递率:
9.png
位移导纳、速度导纳、加速度导纳、位移阻抗、速度阻抗、加速度阻抗、力传递率、振动传递率,统称为机械阻抗。

  · 原点阻抗(导纳)

  · 跨点阻抗(导纳)

2、机械阻抗的特性
(1) 线性定常系统,简谐激励下
10.png

11.png

(2) 机械阻抗为ω 的复函数
12.png
ω=0 时,机械阻抗变为静态参数

  · 静柔度

  · 静刚度

振动系统在随机激励下的输入输出关系
1、单输入系统
13.png
用复数形式表示Gxy(f ) 和H(f )
14.png
用上式求φ(f ),即y 对x 的相位。

2、多输入系统
15.png
式中, 16.png 是指系统上第i点的传递函数。

上式写成矩阵形式:
17.png
若计及系统的相位因子,用如下关系:
18.png
写成矩阵式:
19.png

机械阻抗的纯随机振动测试法
正弦扫描:

优点:

  · 在特定频率上输入比较大的振动量,便于控制,信噪比高;

  · 保持低响应值时机械阻抗数据的测试精度;

  · 在频率扫描人工控制时,能研究结构在特定频率下的非线性;

  · 可以做到泄露误差小。

缺点:

  · 实验所需时间长,系统不稳定时,更会使实验精度下降;

  · 非线性误差不能用多次平均消除。

机械阻抗测试的三种随机激励:

  · 纯随机

  · 伪随机

  · 周期随机

具体测试方法如图1所示。
20.png
图1 机械阻抗随机振动测试法

用纯随机振动法测试机械阻抗参数优点:

  · 较正弦扫描省时间;

  · 通过多次平均可以消除结构非线性引起的畸变以及随机误差;

  · 总的测振水平(均值、均方值)可控。

缺点:

  · 泄露大;

  · 不易控制。

随机信号的产生:

  · 白噪声发生器

  · 电子计算机

机械阻抗的伪随机振动测试法
伪随机数-用数学方法产生的周期性随机数。

使用目的:减小泄露。
21.png
图2 伪随机信号

22.png
图3 伪随机信号的幅值谱与相位谱

要求伪随机信号的谱线间隔:
23.png
伪随机的二元信号如图4所示。

“0”,“1”:“正”、“负”状态随机出现。
24.png
序列长度:
25.png
图4 基本的伪随机序列

序列周期为:
26.png
t 为时钟周期。
27.png
图5 伪随机信号的自相关图和功率谱图

来源:沈阳航空工业学院飞行器动力与能源工程学院《随机振动级试验技术》ppt,作者:艾延廷。

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