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)振動響應(yīng)信號。當(dāng)使用接觸形式的傳感器時,傳感器需通過某種形式與被測結(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,尤其一個安裝座上放置有三個傳感器時(三向同時測量),或者磁力安裝座重量較大時(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、剛度不大的被測結(jié)構(gòu)。

模態(tài)試驗(yàn)中的附加質(zhì)量問題ansys培訓(xùn)課程圖片1

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)

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圖2 被測件與傳感器的連接:(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)量與被測件在模態(tài)試驗(yàn)中的匹配比較模糊,針對附加質(zhì)量的選用,尚沒有一個明確的標(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,開展兩個內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)研究:

實(shí)驗(yàn)1:不同附加質(zhì)量作用于同一測點(diǎn)時的結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率變化(圖3);
實(shí)驗(yàn)2:相同附加質(zhì)量作用于不同測點(diǎn)的模態(tài)頻率變化(圖4)。

結(jié)構(gòu)為懸臂梁,長659mm、厚6mm、寬30mm,等分6個測點(diǎn)。針對實(shí)驗(yàn)1,附加質(zhì)量位于從固定端數(shù)起的第3個測點(diǎn)。兩個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均考慮前三階模態(tài)。

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圖3 不同附加質(zhì)量對前三階模態(tài)頻率影響(縱坐標(biāo)可視比例8%)

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圖4 附加質(zhì)量(61g)對前三階模態(tài)頻率影響(縱坐標(biāo)可視比例15%)

針對附加質(zhì)量的選用可獲得以下結(jié)論:

同一測點(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,附加質(zhì)量越小對各階模態(tài)的影響越小。
相同附加質(zhì)量,作用于不同測點(diǎn),附加質(zhì)量對各階模態(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,此階模態(tài)頻率不受影響(圖4中間圖形)。
針對附加質(zhì)量對模態(tài)的影響,是否可以獲得一個包含模態(tài)頻率、被測結(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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