机械阻抗的随机振动测试法简介

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。



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。

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位移导纳:

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速度导纳:

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加速度导纳:

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位移阻抗:

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速度阻抗:

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加速度阻抗:

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力传递率:

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振动传递率:

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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

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(2) 机械阻抗为ω 的复函数

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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

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用复数形式表示Gxy(f ) 和H(f )

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用上式求φ(f ),即y 对x 的相位。


2

多输入系统

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式中,图片是指系统上第i点的传递函数。


上式写成矩阵形式:

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若计及系统的相位因子,用如下关系:

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写成矩阵式:

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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。

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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。

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图2 伪随机信号


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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:

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伪随机的二元信号如图4所示。


“0”,“1”:“正”、“负”状态随机出现。

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序列长度:

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图4 基本的伪随机序列


序列周期为:

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t 为时钟周期。

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图5 伪随机信号的自相关图和功率谱图


文章分类: 声学
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