1、结构强度与振动实验技术报告学 院：能源与动力学院姓 名：学 号：SX1导 师：指导教师：沈 承同组人员：2015 年 6 月实验一 单自由度系统的动力吸振实验一、实验目的通过对单自由度系统施加动力吸振器，减小其振动量，观察实验现象，灵活掌握动力减振实验方法。二、实验内容基于二自由度反共振原理设计动力吸振的基本理论，测试单自由度系统的固有频率，了解动力吸振器的设计过程，采用动力吸振器后单自由度系统的减振效果。三、实验原理所谓吸振就是将原系统的振动能量转移到附加系统，从而使原系统的振动减小。动力吸振器利用联结在振动系统上的附加质量的动力来实现吸振，即将原振动系统的振动能量转移到附加的弹簧质量振动系
2、统上了。单式动力吸振器是一个单自由度振动系统，与单自由度振动主系统一起构成二自由度系统，力学模型如右图所示。主系统质量 ，刚度1m，位移 。吸振器质量 ，刚度 ，位移 。激1k1yky扰力为 。 sinFt系统的运动微分方程如下（无阻尼）： 1212sinmykykFt0设其稳态响应为 1sinyAt2代入得到：21 221FkmAk22 2121kk令 主系统的固有角频率；11/km动力吸振器的固有角频率；22主系统的静位移；1/stFk质量比值；2m上式可以改变为无量纲形式： 212 212 1/1/stA22 2212 1/st当单式动力吸振器的固有角频率 等于外力的角频率 时，外力正好
3、等于动力吸振器的弹性恢复力 ，此时设备不振动，从而达到了减震的目的。因2kA此，可以调节动力吸振器的质量 或刚度 ，使其起到减震的目的。设备安装mk了动力吸振器后，整个系统变成了两个自由度。共振峰对应的整个系统的固有频率 ， ，当 时，整个系统的固有频率 为：ab122214a22b动力吸振器主要用在外力角频率不变的场合，或者当外力角频率改变时，能控制动力吸振器的固有角频率 随外力角频率成正比变化的场合。四、实验仪器本次实验主要采用江苏联能力学教学装置、力锤、位移传感器、YE6251 数据采集仪、计算机、激振器等。五、实验步骤1、将系统安装成单自由度无阻尼系统，利用锤击法，得到系统的大致固有频
4、率。2、将激振器对准单自由度系统，将信号源设置为输出正弦信号。3、在固有频率附近调节信号源的频率，观察输出幅值为最大时的频率为单自由度系统的共振频率,同时记下加速度的幅度。4、将吸振块安装于第二个质量块上，用电涡流传感器对准此质量块，打开一个 FFT 视图，并调节附加质量块杆的长度使其与上面的单自由度系统的固有频率一致。5、将吸振块安装于第一个质量块上，打开信号源让其对第一质量块激振，这时记录下加速度的幅度。六、实验数据记录与整理（1）试件原固有频率由图 1 可知：42.6HZ图 1(2)吸振器固有频率由图 2 可知：39.7HZ图 2（3）无吸振器的试件原始响应，可以发现固有频率时的响应幅值
5、图 3（4）加上吸振器后的响应，可以发现固有频率时的响应幅值明显降低。图 4七、实验分析单自由度系统在固有频率下发生共振，产生较大的响应幅值。接入吸振器后，系统成为二自由度振动系统，在原固有频率正弦激励信号下，可以发现原系统的振动幅值几乎为零，达到吸振目的。理论上，当吸振器的固有频率和单自由度系统的固有频率相等时，原系统振幅为零。实验二 梁模态实验一、实验目的分别利用多点激励单点响应方法、单点激励多点响应方法得到梁的模态参数，观测实验现象，理解两种方法的理论依据，理解模态模型验证的必要性。二、实验内容选取一端简支一端固支结构的梁，利用两种模态测试方法对梁进行模态实验，对比两种方法的测试结果，利
6、用模态理论分析实验结果的差异。三、实验原理当系统的所有阻尼均为比例阻尼或小阻尼时，阻尼矩阵为对称实数矩阵，可经模态坐标变换后解耦变成对角阵，系统频响函数可按实模态展开。若在点激励，在 点测量，则对于粘性阻尼频响函数可表示为：pl 21()nliplpi iiHkj其中， 为第 阶模态刚度， 为第 阶主振型向量中第 个元素，而 为iklilpi第 阶主振型向量中第 个元素。当激励频率在系统某阶固有频率 附近时，ip i该阶模态导纳便起主导作用，其余各阶模态导纳的影响可忽略不计，即 )()(ilpilpH亦即： 1()2liplpikj从而有： iplilpkH)(由响应的幅频曲线的峰值位置，便可
7、近似确定 阶固有频率 。由 两侧ii半功率带宽，可以确定 阶模态阻尼比 。i ri2/本次实验采用一端简支一端固支梁，当采取多点激励单点响应方式时，将梁等分 18 份，测量中间的 17 个测点，进而获得前四阶模态参数。取第 5 点作为响应点，依次敲击 1 至 17 号测点，可以得到： 15152)(kH15152 1,7517,52)(kH显然可得，1 阶振型为： )()(17,52151,721Hr 按照上述原理，可以依次测得 2 至 4 阶振型向量。由于缺少响应的相频特性，故不能直接确定各分量的正负号，我们参照软件自动绘制的振型图，将各自分量的正负号确定出来。对于简支梁的一点激励多点响应法
8、，与上述原理相同，只是我们使用该方法，测得的是频响函数矩阵的某一列，同样可以得到近似的各阶模态向量。四、实验仪器本次实验主要采用力锤、加速度传感器、YE6251 数据采集仪、计算机等。五、实验步骤1、“在教学装置选择“中，选择结构类型为“一端简支一端固支梁“，选择等份数为 18，测量 17 个测点。2、采用多点激励单点响应方式时，将拾振点放在第 5 点。采用单点激励多点响应方式时，对第 5 点进行锤击激励。3、将力通道的低通滤波器设置为 1KHz,将拾振的加速度通道的低通滤波器设置为 2KHz。4、用力锤对第 1 点激振，对应的激励为 f1,响应为 1，平均 3 次，对应的数据为第 1 批数据，以此类推，测量完全部测点。5、选择“教学装置模态分析和振型动画显示“，调入测量数据进行分析。六、实验数据记录与整理（1）多点激励单点响应（此处选择 5 号点响应）频响函数和相位图，可以分析出前 4 阶频率：图 5（2）多点激励单点响应（5 号点）前 4 阶振型：图 6（3）单点激励多点响应（激励 5 号点）频响函数和相位图，可以分析前 4 阶频率：图 7（4）单点激励多点响应（激励 5 号点）前 4 阶振型：图 8（5）两种方法结果对比
