道路及桥梁检测第二章2.ppt

* * 第一节 概述 一、定义：力作用下物体在平衡位置附近作往复运动 振动的危害：降低设备寿命、事故、噪声 振动的利用:振动机械:如打桩机、夯实等 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3 二、振动测量的目的： 1）测定振级 2）寻找振源 3）提取故障信息 4）研究结构的动态特性：分析动态响应、 求动特性参数，固有频率、振型、刚度、阻尼比等 5）隔振理论、方法、材料 6）环境条件模拟和产品质量检查：地震、运输、跌落等 三、振动的分类 （1）从产生振动的原因来分： 系统仅受到初始条件(初始位移、初始速度)的激励而引起的振动称为自由振动，系统在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动．自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯但自由振动反映了系统内部结构的所有信息，是研究强迫振动的基础．自激振动—非线性系统反馈 （2) 从振动的规律来分： 简谐振动 复合周期振动 瞬态振动 随机振动 （3）模型 　 （4）位移 （5） 第二节 机械振动的基本形式 a、振动的基本参数（7.3） 幅值：振动强度大小 频率：频谱分析寻找振源 相位：确定共振点、动平衡等 1. 振动的基础知识 b、振动的描述: 位移、速度、加速度 平均绝对值 波形因数 波峰因数 反映信号的中心趋势、静态部分 峰值xp /峰峰值：振动幅值的大小 峰值、有效值、平均绝对值、波形因数与波峰因数 2. 简谐振动 是一种最简单的周期振动，振动量随时间成简谐函数变化 x o k 运动学特征 动力学特征 由 微分方程特征 以无阻尼弹簧振子为例得出普遍结论： 加速度 速 度 v t x a 解 可得 位 移 振动方程 幅值关系： 1.在幅频曲线上幅值最大处的频率称为位移共振频率，它和系统的固有频率的关系为 显然，随着阻尼的增加，共振峰向原点移动；当无阻尼时，位移共振频率ωr即为固有频率ωn;当系统的阻尼率ξ 很小时，位移共振频率接近系统的固有频率可用作ωn的估计值。 2.无论系统阻尼比是多少,在　　　　时的位移始终落后于激励力90°的现象，称为相位共振； 输入为力,输出为速度,速度共振频率(与固有频率相等) 加速度响应共振频率大于系统的固有频率 相位共振现象可用于系统固有频率的测量。当系统阻尼不为零时，位移共振频率ω r不易测准。但由于系统的相频特性总是滞后90°，同时，相频曲线变化陡峭，频率稍有变化，相位就偏离90°，故用相频特性来确定固有频率比较准确。同时，要测量较准确的稳态振幅，需要在共振点停留一定的时间，这往往容易损坏设备。而通过扫频，在共振点处即使振幅没有明显的增长，而相位也陡峭地越过90°，因此，利用相频测量更有意义(准确) wwn相对振动近似为零，与基础一起振动，相对坐标中几乎静止 ,即质量块几乎跟随基础一起振动 Wwn,质量块与壳体的相对振动近似等于基础振动，即惯性坐标中质量块几乎静止,广泛用于测振仪器中 第三节 振动测试系统及拾振器 1.振动测试系统 机械振动测量 1．测振动的响应 结构 传感器 测振仪 分析 显示 2.测结构动态参量 结构 传感器 放大器 信号分析仪 (频响分析仪) 激振器 功放 传感器 放大器 (一)纯随机激励 理想的纯随机信号是具有高斯分布的白噪声，它在整个时间历程上是随机的，不具有周期性，在频率域上它是一条几乎平坦的直线。 (二)伪随机激励 伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内的信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这种方法的优点在于试验的可重复性。 将白噪声在T内截断，然后按周期T反复重复，即形成伪随机信号 2.随机激振 (属于宽频激振) 白噪声或伪随机信号 3.瞬态激振 瞬态激励方法给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号，它属于一种宽频带激励，即一次同时给系统提供频带内各个频率成份的能量和使系统产生相应频带内的频率响应。因此，它是一种快速测试方法。同时由于测试设备简单，灵活性大，故常在生产现场使用。 目前常用的瞬态激励方法有快速正弦扫描、脉冲激振和阶跃松弛激励等方法，下面分别讨论和介绍。 ①快速正弦扫描激振 这种测试方法是使正弦激励信号在所需的频率范围内作快速扫描(在数秒钟内完成)，激振信号频率在扫描周期T内成线性增加，而幅值保持恒定。扫描信号的频谱曲线几乎是一根平坦的曲线，从而能达到宽频带激励的目的。 ②脉冲激振 脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施加一个脉冲力，使之发生振动。由于锤击力脉冲在一定频率范围内具有平坦的频谱曲线，所以它是