简支钢桁架非破损试验.doc

1、1试验 1 简支钢桁架非破损试验一、试验目的1、进一步学习和掌握几种常用仪表的性能、安装和使用方法；2、通过对桁架结点位移、杆件内力、支座处上弦杆转角的测量对桁架结构的工作性能作出分析，并难理论计算的正确性。二、试验设备和仪器1、试件钢桁架、跨度 2.0m，上下弦杆采用等边角钢 2202.5，腹杆采用2202.5，测点布置见图 1.1 所示；2、加载设备油压千斤顶或吊篮重物加载；3、静态电阻应变仪；4、百分表及支架；5、倾角仪。三、试验方案桁架试验一般多采用垂直加荷方式，桁架试验支座的构造可以采用梁试验的支承方法，支承中心线的位置尽可能准确，其偏差对桁架端结点的局部受力影响较大，对钢筋混凝土桁

2、架影响更大，故应严格控制。三角形屋架受荷后，下弦伸长较多，流动支座的水平位移往往较大，因此支座垫板应有足够的尺寸。桁架试验加荷方法可采用实物加荷，也可采用吊篮加荷，但一般多采用螺旋千斤顶或同步液压千斤顶加荷，试验时应使桁架受力稳定、对称、防止平面外失稳破坏，同时还要充分估计千斤顶的有效行程。桁架的试验荷载不能与设计荷载相符合时，亦可采用等效荷载代换，但应验算，使主要受力构件或部位的内力接近设计情况，还应注意荷载改变后可能引起的局部影响，防止产生局部破坏。观测项目一般有节点挠度和转角、杆件内力等。测量挠度，可采用挠度计或水准仪，测点一般布置于下弦结点。为测量支座沉陷，在桁架两支座的中心线上应安置

3、垂直方向的位移计。杆件内力测量，可用电阻应变片或接触式位移计，其安装位置随杆件受力条件和AC H DF E G B500X4=2000挠度计倾角仪 应变片图 1.1 钢桁架尺寸与测点布置图5002测量要求而定。荷载分级、开裂荷载和破坏荷载的判别，参照梁的试验。桁架试验由于荷载点高，加荷载过程中要特别注意安全，以防损坏仪器设备和造成人身伤害。本试验采用缩尺钢桁架作非破损检验，以达到熟悉的目的。杆件应变测量点设置在杆件的中间区段，为消除自重弯矩的影响，电阻应变片均安装在截面的重心线上，见图 1.2。在水平杆 AF 及 BJ 的支座处装倾角仪，量测在各级荷载下的转角变化。挠度测点均布置在桁架下弦结点

4、上，同时支座处尚应装置百分表测量沉降值（及侧移值） 。Z0R图 1.2 应变片粘贴位置示意图四、试验步骤1、检查试件与试验装置，装上仪表， （电阻应变片已预先贴好，只接线测量） 。2、加 6kN 荷载，作预载试验，测取读数，检查装置、试件和仪表工作是否正常，然后卸载。如发现问题应及时排除。3、仪表调零，记取初读数，作好记录和描绘试验曲线的准备。4、正式试验。采用 5 级加载，每级 3kN，每级停歇时间为 10 分钟，停歇的中间时间读数。5、满载为 15kN，满载后分二级卸载，并记下读数。6、正式试验重复两次。五、试验结果的整理、分析和试验报告（一）原始资料1、计算桁架在 E 点作用集中荷载 P

5、 下的各杆内力；2、计算桁架下弦 H、C 结点的位移及 AF 杆的转角。（二）桁架下弦 H、C 结点的荷载挠度分析及桁架上弦杆 AF 端杆的转角分析1、分别绘出各级荷载下 H、C 点的荷载挠度及上弦 AF 端杆的荷载转角的实验曲线及理论曲线。2、比较满载条件下 H、 C 点的挠度及上弦 AF 端杆的转角的实测值与理论值的差异并分析其原因。（三）桁架杆件的内力分析从杆件CE、CH满载条件下的实测应变值求出内力值，并与理论计算值比较。（四）检验结论根据试验结果与理论计算的比较，讨论理论计算的准确性。并根据试验结果的综合分析，对桁架的工作状态作出结论。3试验 2 钢筋混凝土简支梁试验一、试验目的1、

6、通过对钢筋混凝土梁的强度、刚度及抗裂度的试验测定，进一步熟悉钢筋混凝土受弯构件试验的一般过程；2、进一步学习常用仪表的选择和使用操作方法；3、掌握量测数据的整理、分析和表达方法。二、试验设备和仪器1、试验构件为一普通钢筋混凝土简支梁、截面尺寸及配筋见附图 2.1 所示。混凝土强度等级：C20；钢筋：HPB235 主筋 214。2、加荷设备可用“同步液压操纵台”配置 JS-50 型液压缸，或采用手动油压千斤顶。3、静态电阻应变仪。4、百分表、曲率计及表架。5、放大镜、钢卷尺等。 三、试验方案为研究钢筋混凝土梁的强度和刚度，主要测定其强度安全度、抗裂度及各级荷载下的挠度和裂缝开展情况，找出刚度随外

7、荷变化的规律。构件试验荷载的布置应符合设计的规定，当不能相符时，应采用等效荷载的原则进行代换，使构件试验的内力图与设计的内力图相近似，并使两者的最大受力部位的内力值相等。试验一般采用分级加载，在标准荷载以前分 5 级。作用在试件上的试验设备重量及试件自重等应作为第一级荷载的一部分。裂缝的发生和发展用眼睛观察，裂缝测量应包括正截面裂缝和斜截面裂缝。每级荷载下的裂缝发展情况应随试验的进行在构件上绘出，并注明荷载级别和裂缝宽度值。为准确测定发裂荷载值，试验过程中应注意观察第一裂缝的出现。在此之前应把荷载级取为标准荷载的 5%Pk。当试件进行到破坏时，注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。依据“钢

8、筋混凝土预制构件质量检验评定标准”的规定：当发现一列情况之一时，即认106106220610 10102图 2.1 钢筋混凝土梁截面配筋图4为该构件已经达到破坏，并以此时的荷载作为试件的破坏荷载值。1、正截面强度破坏（1）受压混凝土破损；（2）纵向受拉钢筋被拉断；（3）纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的 1/50；或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽度达到 1.5 毫米。2、斜截面强度破坏（1）受压区混凝土剪压或斜拉破坏；（2）箍筋达到或超过屈服强度后致使斜裂缝宽度达到 1.5 毫米；（3）混凝土斜压破坏。3、受力筋在端部滑脱或其它锚固破坏。确定试件的实际以裂荷载和破坏荷载时，

9、应包括试件自重和作用在试件上的垫板，分配梁等加荷设备重量。本试验的具体方案如下：加荷位置和测点布置如图 2.2 所示，梁内受拉主筋和受压钢筋上布有电阻应变片四点。电子倾角仪两支, 分配梁加载点对应处各一点,测转角以求得平均曲率.挠度测点三个跨中一点，支座沉降测点二点。四、试验步骤1、按标准荷载的 20%分级算出加载值。自重和分配梁作为初级荷载计入。2、在开裂荷载前和接近破坏前，加载值按分级数值的 1/2 或 1/4 取用，以准确测出开裂荷载值和破坏荷载值。3、按“电阻应变片粘贴技术”要求贴好应变片，做好防潮处理，引出接线，正确连接静态应变仪，同时装好百分表和倾角仪。4、进行 1-3 次预载，预

10、载取开裂弯矩 Mcr 的 30%，M cr=（0.7+120/h）1.55f tkW0，其中：h 为梁截面高度，当截面高度 h2000mm 或 h400mm 时，分别取 h=2000mm 或h=400mm 进行计算；f tk 为混凝土抗拉强度标准值；W 0 为换算截面受拉边缘的弹性70070081-手动油泵 2-应变仪 3-挠度计 4-试件 5-液压缸 6-压力传感器 7-分配梁 8-倾角仪 (1,5,6 可由带压力表的油压千斤顶代替)图 2.2 钢筋混凝土梁仪器布置图5抵抗矩。测读数据，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障。预载值的大小，必须小于构件的开裂荷载值。5、正式试验，自重

11、及分配梁等应作为第一级荷载值，不足 20%Pk 或 40%Pk 时，则用外加荷载补足。每级停歇 5 分钟，并在前后两次加载的中间时间内读数，数据填入实验报告原始记录表格中。6、随着试验的进行，注意仪表及加荷载装置的工作情况，细致观察裂缝的发生、发展和构件的破坏形态。五、试验结果的整理、分析和试验报告1、原始资料：测出如下数据（1）试件的实际尺寸：b 、 h、 l、 As（2）试件的材料性能：f c、f y、E s、E c2、计算。根据实测尺寸及材料力学性能算出破坏荷载 Pu、开裂荷载 Pcr，以及相应的弯矩 Mu、M cr。3、整理出下列试验曲线：弯矩-挠度关系曲线、弯矩- 曲率关系曲线、弯矩

12、-受拉钢筋与受压钢筋应变曲线。4、绘出标准荷载下的裂缝开展图和破坏形态图5、试验结果分析（1）将实测的 Pcr、P u 与计算值进行比较、分析其差异的原因；（2）对梁的破坏形态和特征作出评定。6试验 3 回弹法检测结构混凝土强度一、试验目的掌握回弹法检测结构混凝土强度的原理，熟悉回弹仪的使用方法。二、试验设备和仪器回弹仪三、试验原理和方法（一）回弹法的基本概念人们通过试验发现，混凝土的强度与其表面硬度存在内在联系，通过测量混凝土表面硬度，可以用来推定混凝土抗压强度。1948 年瑞士科学家史密特（E.Schmidt）发明了回弹仪，如图 1 示。当用回弹仪弹击混凝土表面时，由仪器内部的重锤回弹能量

13、的变化，可以反映混凝土表现的不同硬度，此法称之为回弹法。其基本原理是使用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测出重锤反弹的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹值 R，由 R 与混凝土强度的相关关系来推定混凝土抗压强度。根据上述原理，世界各国都先后制定了适合本国的回弹法测试标准。我国于 2001年颁布了新的回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JG/T23-2001（以下简称规程 ） 。(二) 回弹法的检测技术回弹法检测混凝土强度应以回弹仪水平方向垂直于结构或构件浇筑侧面为标准量测状态。测区的布置应符合规程规定，每一结构或构件测区数不少于 10 个，每个测区面积

14、为 200mm200mm，每一测区设 16 个回弹点，相邻两点的间距一般不小于 30mm，一个测点只允许回弹一次，最后从测区的 16 个回弹值中分别剔除 3 个最大值和 3 个最小值，取余下 10 个有效回弹值的平均值作为该测区的回弹值，即1010imR（1）式中： 测试角度为 时的测区平均回弹值，计算至 0.1；mR7Ri第个测点的回弹值。当回弹仪测试位置非水平方向时，考虑到不同测试角度，回弹值应按下列公式修正：（2）Rm式中：R 测试角度为 的回弹修正值，按表 3.1 采用。表 3.1 不同测试角度 的回弹修正值 R向上向下m+90 +60 +45 +30 -30 -45 -600 -90

15、20 -6.0 -5.0 -4.0 -3.0 +2.5 +3.0 +3.5 +4.030 -5.0 -4.0 -3.5 -2.5 +2.0 +2.5 +3.0 +3.540 -4.0 -3.5 -3.0 -2.0 +1.5 +2.0 +2.5 +3.050 -3.5 -3.0 -2.5 -1.5 +1.0 +1.5 +2.0 +2.5当测试面为浇注方向的顶面或底面时，测得的回弹值按下列公式修正：（3）tatmR（4）ba式中： 、 水平方向检测混凝土浇筑表现、底面时，测区的平均回弹值，精确至bmRt0.1；、 混凝土浇筑表现、底面回弹值的修正值，按表 3.2 采用。bat表 3.2 不同浇筑面

16、的回弹修正值表面修正值 底面修正值 表面修正值 底面修正值或bmRtbaRta或bmRtbaRta20 +2.5 -3.0 40 +0.5 -1.025 +2.0 -2.5 45 0 -0.530 +1.5 -2.0 50 0 035 +1.0 -1.5测试时，如果回弹仪既处于非水平状态，同时又在浇注顶面或底面，则应先进行角度修正，再进行顶面或底面修正。对于老混凝土，由于受到大气中 CO2 的作用，使混凝土中一部分未碳化的 Ca(OH)2 逐渐形成碳酸钙 CaCO3 而变硬，因而在老混凝土上测试的回弹值偏高，应予以修正。修正方法与碳化深度有关。鉴别与测定碳化深度的方法是：采用电锤或其它合适的工

17、具，在测区表现形成直径为 15mm 的孔洞，深度略大于碳化深度。吹去洞中粉末（不能用液体冲洗） ，立即用浓度 1%的酚酞酒精液滴在孔洞内壁边缘处，未碳化混凝土则变成紫红色，已碳化的则不变色。然后用钢尺测量混凝土表现至变色与不变色交界处的垂直距离，8即为测试部位的碳化深度，取值精确至 0.5mm。在每一测试面上至少要选择 23 点测其碳化深度，然后求其平均碳化深度值 dm。当dm0.4mm 时，取 dm0；当 dm6mm 时，取 dm=6mm。根据各测区的平均回弹值及平均碳化深度即可按规程规定的方法查表确定各测区的混凝土强度，或由以下回归方程计算得到（5）mdmnRF0358.018.25.式中

18、： Fn 测区混凝土的抗压强度，Mpa，精确至 0.1Mpa。（三）结构或构件混凝土强度的计算与评定1、结构或构件混凝土强度平均值和强度标准差计算：根据上述由规程附表查得的测区混凝土强度换算值或换算值的修正值，求其结构或构件混凝土强度平均值和标准差。按下列公式计算：（6） nfmfniciucu1,式中： 结构或构件混凝土强度平均值（MPa） ，精确至 0.1MPa；cufn对于单个测定的结构构件，取一个构件的测区数，对于批量构件，取各抽检构件测区数之和。结构或构件混凝土强度标准差计算方法如下：当测区数不少于 10 个时，混凝土强度标准差为（7） 1)()(122,nmffSfni cuciu

19、cu式中： 结构或构件混凝土强度标准差（MPa） ，精确至 0.1MPa。cuSf2、结构或构件混凝土强度推定值 的计算和确定。ecuf,A当结构或构件测区数少于 10 个以及单个构件检测时（8）cuecfmin,式中： 构件中最小的测区混凝土强度换算值。cufmin,B当结构或构件的测区强度值中出现小于 10.0MPa 时（9）MPafecu0.1,C当结构或构件测区数不少于 10 个或按批量检测时 （10）cucuecuSfmff645.,四、试验步骤91、 熟悉回弹仪的结构，掌握使用方法。2、 对被测结构按照规程规定，选择 10 个测区数，对每个测区用回弹仪测量和记录 16 个回弹点值。

20、在使用回弹仪测量混凝土回弹值时，要求回弹仪处于水平并垂直测试表面。五、试验结果的整理、分析和试验报告按照规程规定，对实验数据进行整理计算，提交实验报告。10实验 4 楼房模型 13 阶固有频率和相对阻尼系数测量一、实验目的1、用稳态激扰法测量楼房模型的 13 阶固有频率；2、用半功率点法测量楼房模型的 13 阶相对阻尼系数。二、实验装置和仪器（一）系统组成NPU167 工程结构静、动态参数测量系统主要由 YE15001 工程结构静、动态参数综合实验台，YE6252 工程结构静、动态参数测量与控制仪器、激振和传感器等组成。1、YE15001 工程结构静、动态参数综合实验台 三层楼房模型； 静态力

21、施加与静态参数测量装置的安装及调整机构； 动态力激扰与动态参数测量装置的安装及调整机构。2、YE6252 工程结构静、动态参数测量与控制仪器 YE6252Y1 功率放大器；YE6252 工程结构静、动态参数测量与控制仪器YE6252Y1功率放大器YE6252Y2扫频信号发生器YE6252Y3力测量仪YE6252Y4位移测量仪YE6251Y533 通道应变测量仪YE15401 非接触式激振器CL-YB-3/100K应变力传感器CWY-DO-504 电涡流式位移传感器6 个可自由组桥的应变测点图 4.1 NPU167 工程结构静、动态参数测量系统组成框图11 YE6252Y2 扫频信号发生器； Y

22、E6252Y3 力测量仪； YE6252Y4 位移测量仪； 3 通道 YE6252Y5 应变测量仪； 机箱及电源。3、激振和传感器 YE15401 非接触式激振器； CWYDO504 电涡流式位移传感器； CLYB3/100K 应变力传感器； 6 个可自由组桥的应变测点。（二）本次实验用到的模块 YE15001 工程结构静、动态参数综合实验台； YE15401 非接触式激振器； YE6252Y1 功率放大器； YE6252Y2 扫频信号发生器； CWYDO504 电涡流式位移传感器； YE6252Y4 位移测量仪。三、实验原理和方法三层楼房模型可简化为图 4.2 所示的三自由度等质量、等刚度、

23、等粘滞阻力系数的振动力学模型。图中集中质量 m=5Kg， （每层高 120mm，集中质量块厚度 20mm） ，弹性元件由四根弹簧钢组成，每根簧片长 l=120mm，宽 b=25mm，厚 h2mm，材料弹性模量 E=210GPa。当在第 1 层质量块上作用有动态激扰力 时，系统将以其固有特性产生强迫振tFsin0动。在保证激扰力的幅值 不变的条件下，逐步改变激扰力的频率 ,并同时测量某一层0F上质量块对应的位移响应，可得出该层质量块的位移响应与激扰频率之间的变化曲线如图4.3 所示。F=F0sintx1r rK图 4.2 三层楼房模型简化的振动力学模型x2Kx3Kr12图 4.3 所示曲线也称为

24、系统的幅频响应曲线。幅频响应曲线图上位移响应最大值对应的激扰频率 称为系统的第 i 阶共振频率(i=1、2、3)，它与系统的固有圆频maxiXpif率 和衰减系数 之间的关系为:nii(i=1、2、3)(212Hznfiipi与幅频曲线的两交点 、 称为半功率点，对应的激扰频率 和 称为半2maxiXiAiB1if2i功率点频率。可以推导出在小阻尼条件下，系统的第 i 阶衰减系数为：(i=1、2、3)(211sfniii故系统的第 i 阶固有频率为：(i=1、2、3)(2Hznff ipinini 系统的第 i 阶相对阻尼系数为：(i=1、2、3)niiifYE15401 非接触式电磁激振器是

25、依据电磁感应原理来工作的，其内置有钕铁錋永久强磁铁，并在磁路中绕有线圈；当线圈上通过交变电流信号时，磁隙中的磁场发生变化，从而对铁质试件施加电磁力的作用；电磁力的大小与气隙中的磁感应强度、线圈的匝数及线圈中通过的电流强度成正比，与气隙的厚度成反比，当激振器制成以后并且气隙的厚度也已调定（即激振器的静态间隙）其值仅与线圈中通过的电流强度成正比；电磁力的频率与线圈中电流的频率相同。YE6252Y1 功率放大器具有恒流输出功能，可保证激振器输出电磁力的幅值在频率变化时保持恒定。=2f2pf1 3pf121pfB2B3A2A3max2Xa max3XB1A12max1X0X 2图 4.3 某层质量块的

26、幅频相应曲线图13实验时，通过 YE6252Y2 扫频信号发生器调节激扰力的频率 ，YE6252Y121f功率放大器调节激扰力的幅值 ，YE6252Y4 位移测量仪测量某一质量块的位移响应 x，0F即可绘出图 4.3 所示的幅频响应曲线，从而求出系统的 13 阶固有频率 和相对阻尼系nif数 。ni四、实验步骤1. 将 YE15401 非接触式激振器用其调整机构调节到距楼房模型第 1 层大约 3mm 处，CWYDO504 电涡流位移传感器用其调整机构调节到楼房模型的第 3 层处，CLYB3/100K 应变力传感器用其调整机构调离开楼房模型；2. 开启 YE6252 工程结构静、动态参数测量与控

27、制仪器电源。按照 YE6252Y4 位移测量仪的使用说明设置增益GAIN为1；检波方式DETECTOR为直流（DC） ；输出方式OUTPUT SELECT为间隙（ORIG ） ；调节灵敏度归一化按键SENS 使其与所用传感器的灵敏度相同；利用其调整机构调节传感器的原始安装间隙为 2mm；然后将输出方式置测试（MODI）档，检波方式置峰峰值（PP）档，按下清零（ZERO）键清零； 3. 按照 YE6252Y2 扫频信号发生器的使用说明设置其频率调节方式为手动调节（MANUAL） ，用电位器ADJUST 调节输出信号频率，使其显示值为 5Hz； 4. 按照 YE6252Y1 功率放大器的使用说明设

28、置信号输入方式INPUT SELECT为“INT”（内部输入） ，用电位器ADJUST调节输出电流大小，使其显示值为200mA；5. 分别记录信号发生器上的激扰频率和位移测量仪上的位移响应；然后调节信号发生器的输出频率，使其按照 12Hz 的梯度递增，直到 为止，在f Hzf50每一频率点待稳定后同时记录系统的位移响应值；6. 注：当位移响应变化缓慢时，频率递增梯度可增大到 5Hz 左右；而当位移响应变化剧烈时，频率递增梯度可减少到 0.5Hz 左右；7. 以激扰频率为横坐标，位移响应为纵坐标，可绘出一条如图 4.3 所示的楼房模型振动位移随激扰频率的变化曲线，即幅频响应曲线。依据前面介绍的方

29、法，可求出系统的 13 阶固有频率 和相对阻尼系数 ；nifni8. 测量完成后，恢复仪器。五、实验结果处理建议按照表 4.1 记录实验数据，绘出一条如图 4.3 所示的幅频响应曲线，并计算出1413 阶固有频率 、衰减系数 和相对阻尼系数 值(i=1、2、3)。nifi ni表 4.1 楼房模型 13 阶固有频率和相对阻尼系数测量实验数据记录与处理表激扰频率 )(Hzf位移响应 mX激扰频率 )(zf位移响应衰减系数 )(1sni2n3n固有频率 Hzfi1nfff相对阻尼系数 i2n3n激励点层数： 测量点层数：激励和测量条件激振器静态间隙： mm 功放输出电流： mA六、注意事项1. 注

30、意各锁紧螺旋的松紧；2. 位移传感器应安装在质量块的中部。七、思考题1. 若将位移传感器安装在楼房模型的第 2 层或第 1 层，测量结果有何变化？ 2. 同样若将激振器安装在楼房模型的第 2 层或第 3 层，测量结果又有何变化？3. 以单自由度质量弹簧阻尼系统为例，试推导利用半功率点求取衰减系数的公式。15实验 5 楼房模型 13 阶主振型测量一、实验目的用稳态激扰法测量楼房模型的 13 阶主振型。二、实验装置和仪器1. YE15001 工程结构静、动态参数综合实验台；2. YE15401 非接触式激振器；3. YE6252Y1 功率放大器；4. YE6252Y2 扫频信号发生器；5. CWY

31、DO504 电涡流式位移传感器；6. YE6252Y4 位移测量仪。三、实验原理和方法三层楼房模型可简化为图 4.2 所示的三自由度等质量、等刚度、等粘滞阻力系数的振动力学模型。当在第 1 层质量块上作用有动态激扰力 时，系统将以其固有特tFsin0性产生强迫振动。由实验三知道，当激扰频率与系统的某一阶固有频率相接近时，系统将发生共振，其位移响应达到极大值。此时各质量块之间的位移值将按照其固有的形态变化，其形状称为系统的某阶主振型，如图 5.1 所示。实验时，先用实验三的方法找出系统的 3 阶共振频率，然后调节信号发生器的激励频率，使之为第 1 阶共振频率，同时在相同激励条件下（激振器静态间隙

32、和功率放大器输出电流相同）分别测量出楼房模型第 1、2、3 层的位移响应；再分别调节信号发生器的激励频率使之分别为第 2、3 阶共振频率，同时在相同激励条件下分别测量出楼房模型第 1、2、3 层mmm图 5.1 楼房模型 13 阶主振型示意图0yx0yx0yx1 阶主振型 2 阶主振型 3 阶主振型16的位移响应，经归一化处理后即可绘出系统的 1、2、3 阶主振型。四、实验步骤1. 将 YE15401 非接触式激振器用其调整机构调节到距楼房模型第 1 层大约 3mm 处，CWYDO504 电涡流位移传感器用其调整机构调节到楼房模型的第 3 层处，CLYB3/100K 应变力传感器用其调整机构调

33、离开楼房模型；2. 开启 YE6252 工程结构静、动态参数测量与控制仪器电源。按照 YE6252Y4 位移测量仪的使用说明设置增益GAIN为1；检波方式DETECTOR为直流（DC） ；输出方式OUTPUT SELECT为间隙（ORIG） ；调节灵敏度归一化按键SENS使其与所用传感器的灵敏度相同；利用其调整机构调节传感器的原始安装间隙为 2mm；然后将输出方式置测试（MODI）档，检波方式置峰峰值（PP）档，按下清零（ZERO）键清零； 3. 按照 YE6252Y2 扫频信号发生器的使用说明设置其频率调节方式为手动调节（MANUAL） ，用电位器ADJUST调节输出信号频率，使其显示值为

34、5Hz； 4. 按照 YE6252Y1 功率放大器的使用说明设置信号输入方式INPUT SELECT为“INT”（内部输入） ，用电位器ADJUST调节输出电流大小，使其显示值为200mA；5. 逐步增加信号发生器的输出频率（即激扰频率） ，同时观察位移测量仪上的位移响应，当其读数为极大值时对应的激扰频率即为系统的 1 阶共振频率；然后再调节信号发生器的输出频率，并同时观察位移测量仪上的位移响应，当其读数为第 2个和第 3 个极大值时对应的激扰频率即分别为系统的 2、3 阶共振频率； 6. 调节信号发生器的输出频率至系统的第 1 阶共振频率，从位移测量仪上可读出第3 层上的位移响应；然后调节功

35、率放大器的输出电流为 0mA，将 CWYDO504 电涡流位移传感器用其调整机构调节到楼房模型的第 2 层处，并按照步骤 2）重新设置位移测量仪的参数，再将功率放大器的输出电流调节到 200mA，读取位移测量仪上第 2 层的位移响应；依此方法再测出第 1 层质量块在相同激励条件下的位移响应；7. 分别调节信号发生器的输出频率至系统的第 2、3 阶共振频率，依照步骤 6）可分别测出系统在第 2、第 3 阶共振时，其第 1、2、3 层质量块在相同激励条件下的位移响应；8. 根据以上测量数据，以楼房模型高度为纵坐标，各层的位移响应为横坐标，并进行归一化处理，即可绘出楼房模型如图 5.1 所示的 1、

36、2、3 阶主振型；9. 测量完成后，恢复仪器。五、实验结果处理17建议按照表 5.1 记录实验数据，并进行归一化处理后绘出楼房模型如图 5.1 所示的1、2、3 阶主振型。表 5.1 楼房模型 13 阶主振型测量实验数据记录表主振型阶数 i 1 2 3共振频率 )(Hzfni第 1 层位移响应（mm）第 2 层位移响应（mm）第 3 层位移响应（mm）激励条件 激振器静态间隙： mm 功放输出电流： mA六、注意事项1. 注意各锁紧螺旋的松紧；2. 位移传感器应安装在质量块的中部；3. 注意测量某阶主振型时，各层位移响应应该在相同的激励条件下测量。七、思考题1. 若激励频率不是系统的某阶共振频

37、率，此时测得各层之间的位移响应表示为何种关系？2. 系统主振型的阶数和节点数有何关系？要准确测量出系统振动时的节点位置，该如何做？18实验 6 正弦扫频和稳态激扰法测定简支梁幅频曲线一、实验目的1、用正弦扫频法测量结构的频率响应函数，并识别出其固有频率和阻尼系数；2、用稳态激扰法测量结构强迫振动的幅频、并确定其固有频率和阻尼系数（半功率点法） 。二、实验装置和仪器1、YE6251 振动力学实验仪 单双自由度及阻尼体系； 简支梁等各种梁结构体系； 薄板及悬索结构体系。2、YE15000 振动力学实验台 YE6251Y2 扫频信号发生器； YE6251Y1 功率放大器； YE6251Y3 阻尼调节

38、器； YE6251Y4 位移测量仪； YE6251Y5 力测量仪； YE6251Y6 加速度测量仪 机箱及电源。3、激振和传感器 YE15400 电动式激振器； LC-01A 冲击力锤 CL-YD-331A 阻抗头 CWY-DO-502 电涡流式位移传感器 CA-YD-107 压电式加速度传感器。三、实验原理和方法1、阻尼系数测量1.1 自由振动衰减法由振动理论可知，图 6-1 所示的一个单自由度质量弹簧阻尼系统，其质量为（kg） ，弹簧刚度为 K（N/m） ，粘性阻尼系数为 r（Nm/s） 。当质量上承受初始条件（ 时，位移 ，速0t0x度 ）激扰时，将作自由衰减振动。在弱阻尼0x rKm图

39、 6-1 单自由度系统模型119条件下其位移响应为： )sin(2tpAext式中：为衰减系数（rad/s）mr2为固有圆频率（rad/s）Kp为响应幅值（m）2002nxpxA为响应的相位角（）01xtg响应曲线如图 6-2 所示。引入：相对阻尼系数 pn对数衰减比 31lA则有： dTn20而 为衰减振动的周期， 为衰减振动的频21npfTd 2npfd率， 为衰减振动的圆频率。2从图 6-2 衰减振动的响应曲线上可直接测量出 、 ，然后根据 可dTdTn计算出 n； 计算出 p； 可计算出 ； 计算出21npfTdnmr2r； 计算出无阻尼时系统的固有频率 ； 计mKpf20 0fKfT

40、1算出无阻尼时系统的固有周期 。0T对于衰减系数 n，可以用三种方法： 由相邻的正峰（或相邻的负峰）幅值比计算 322131lnll ATATddd 由相邻的峰峰幅值比计算NAnAe2dT2A31x00x 图 6-2 弱阻尼衰减振动的响应曲线21432321lnlnATATdd 小阻尼情况适用公式 2111 ln2lnln NkkdNkdNd AT1.2 半功率点法图 6-3 为单自由度质量弹簧阻尼系统强迫振动模型图。为其质量，K 为弹簧刚度，r 为粘性阻尼系数，质量上承受简谐激振力（N）作用。其强迫振tFsin0动的位移响应为 )sin()(tBtx式中： 2204)(npmF21tg引入符

41、号 crpnpBKFpmB ,0020则有 220)(1(22)(21tg式中， 相当于激振力的最大幅值 静止地作用在弹簧上所引起的弹簧静变形；0B0FtFsin0rKm图 6-3 单自由度系统模型 222 称为频率比； 称为放大因子，以 为横坐标， 为纵坐标，对于不同的 值所得到的一组曲线，称为幅频响应曲线，如图 6-4 所示（图中只给出了一种 值） ； 为位移响应滞后力的相位角，以 为横坐标， 为纵坐标，对于不同的 值所得到的一组曲线，称为相频响应曲线，如图 6-5 所示。在幅频响应曲线图中，当 时， ；当 时，其最大值121)(21。在图中作一条水平线，其纵坐标为 ，与曲线交于 A、B2

42、1p p两点，该两点称为半功率点，两点之间的距离为 212p故有 p21n这种求阻尼系数（衰减系数）的方法称为半功率法。可以证明，当=0.5/20 1.0 =1.0=0.2图 6-5 强迫振动相频响应曲线BA p212p1.00 1.0 图 6-4 强迫振动幅频响应曲线231 时，用速度响应的幅频曲线或加速度响应的幅频曲线同样可以按半功率法求阻尼系数（衰减系数） 。2、固有频率测量2.1 自由振动衰减法系统的固有频率是指系统无阻尼时自由振动的频率，即 。mKpf210对图 6-1 所示单自由度质量弹簧阻尼系统，当受初始扰动后，其自由振动的衰减曲线如图 6-2 所示。如前所述，在曲线上可直接测量

43、并计算出衰减的周期 、衰减系数 n、相对阻尼系数 ，因而有dT201dTf2.2 稳态激扰法对于图 6-3 所示的单自由度质量弹簧阻尼系统的强迫振动，其位移幅值 2204)(npmFB系统确定以后，p、n、m 就是确定的值。只要保证激扰力幅值 是一个常量，0FB 的大小唯一确定于激扰频率 。稳态激扰法就是每给定一个激扰频率 ，测i量一次位移响应 （ ） ，从而得到一组 随 变化的数据。以 iBN1,23iBi为横坐标，B 为纵坐标，可描绘出一组幅频响应曲线，如图 6-6 所示。在曲线上，振幅最大的点对应的激扰频率称为共振频率，即此时系统发生了位移共振。 21p20Bp从而有 ppB0 B图 6

44、-6 强迫振动幅频响应曲线242021ppf式中，相对阻尼系数 可以通过半功率点法测得，在 1 的情况下也可忽略，此时系统的共振频率就等于固有频率。若测量的是系统速度响应幅值与激扰频率之间的关系曲线，则系统的共振频率就是固有频率，即 ， 。p20pf若测量的是系统加速度响应幅值与激扰频率之间的关系曲线，则系统的共振频率与固有频率的关系为，即 ， 。21p201pf对于简支梁模型可以先通过正弦扫频法大致确定其 1-4 阶的频率，然后再用稳态激扰法在已知的频率附近再精确定位，通过半功率点法确定其频率，并与正弦扫频法确定的频率相比较。四、实验步骤（一）用正弦扫频法测量结构的频率响应函数1:安装简支梁

45、系统，将激振器 YE15400 移至原电磁阻尼器的位置并安装好。2:将信号源设置为扫频方式，频率范围从 10Hz 到-900Hz。将扫频周期设置为最小。3:打开两个时间波形和一个传函波形观察视图，并将传函波形的输入通道设置为 5，窗函数为汉宁窗，输出通道设置为 6，窗函数亦为汉宁窗，谱线数设置为 800，分析长度设置为 64k 点,进行数据采集，识别固有频率和阻尼系数。（二）稳态激扰法测量结构强迫振动的幅频曲线1:安装简支梁系统，将激振器 YE15400 移至原电磁阻尼器的位置并安装好。2:将信号源产生正弦信号频率调至 10Hz，再将功放面板的“输入选择“置于INT 位置。3:在正弦扫频时，可

46、直接通过仪表读数,将调理模块的力测量仪调至 RMS 档，加速度调理单元亦调在 RMS 档。4:调节功放面板的 ADJUST 旋钮，保持 F 恒定(1N 1.5N),在调节信号源频率 f 变化时，同样保持 F 恒定,分别记下 f 和 a 值,填写 f-a 表格5:根据 f-a 表格数据绘制 f-a 曲线,计算频率和阻尼。6：测量完毕后将信号源置于 out 位置五、实验结果处理按照表 6.1 记录实验数据，绘出 f-a 曲线图，并用半功率点法，确定其2514 阶固有频率和阻尼系数，同时与由传函波形确定的固有频率和阻尼系数相比较分析表 6.1 f-a 表 频 率（ Hz）加 速 度频 率（ Hz）加

47、 速 度频 率（ Hz）加 速 度注意：在谐振点处的频率变化尽量小（1Hz 左右）a0 f图 6.1 幅频曲线图26六、注意事项1. 在谐振点处的频率变化尽量小（1Hz 左右）2.注意各个传感器一定要与相应的仪器输入端的灵敏度系数一致七、思考题在稳态激扰法测试系统频率时，为什么在将要发生某阶共振频率，力值无法保持恒定？附：一：单自由度系统特征数据：m1=1.3Kg,m2=0.9Kg,m3=0.2kgk1=44444N/m,k2=32000N/m,k3=11111N/m二：各种梁的试验参数见下表参数( )m310固有频率(Hz)名称长 l 宽 b 厚 h 1f2f3f4f简支梁 640 56 8 44.7 178.8 402.3 715.2悬臂梁 640 56 8 15.9 99.8 279.5 547.727固支梁 620 56 8 108.1 279.9 584.0 965.3固支简支梁 630 56 8 72.2 233.9 487.9 834.3自由梁 620 56 8+3 108.1 279.9 584.0 965.3