2_机械阻抗方法在振动分析中的应用_机械阻抗的基本概念_张令弥
机械阻抗分析法应用
上。
测试数据计算出隔振器的机械阻抗线谱曲线如 图３ 所得到的线谱数据， 。 经过平均后， 得出的１ 倍 邝 频程机械阻抗曲线如图 ４（ 所选取的隔振器为对称 结构， 只需测量隔振器安装面的机械阻抗） 。
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机械阻抗法ppt课件
（的4相相）位位从差函相为数位0为图：中可以看出：Y当达a到r谐c振ta(时1n2，激n 2n励)力与速度响应
（5）式从中半：功率带宽可以附带判断桩周土粘质阻尼的性状
c 2m0
n
0
结构阻尼比 结构频率比
2. 高频激振下桩土体系的分析
分析的基础：桩体纵向振动的一维波动方程。先假设桩土 振动为无阻尼自由振动，将桩周土的综合支撑作用用一个 作用于桩底的支撑刚度，进行分析。
幅值与实 部函数为
|YV| (k2m )2(c)2,(YV)Re1 k[(1n 21 )2 (n 22n)2]
|YV| (k2m)2(c)2
(YV)Re
1
c2 (mk)2
当激振频率远远小于共振频率n时，上面根号中的前两 项与第三项相比，可以略去，则速度导纳为：
| YV
|
V FΒιβλιοθήκη k2fkd V F V F
• 实测导纳曲线的低频段不仅受到刚 体振动的一阶频率的影响，还受各
阶弹性振动频率的影响，当第二阶
导频纳率曲与线反第映一了阶桩土频系率统靠的动近力，特且性和桩桩侧本土身 形阻态尼与越桩周大土，支刚承条体件振的动状况和。弹正性是基振于动此耦， 导并合纳用越曲导厉线纳可曲害以线，作识对为别判和低断分频桩析段基桩质的的量承影的载响主能要力也依，越据推大， 定 ， 此时，低频段桩的导承纳载值力。比假定为刚体 的振动要大，动刚度明显减小。
将激励和响应换成复数表示
f (t) Fejt u Ue jt
ujUejt Vejt u2Uejt Aejt
二阶微分方程变为：
(cjmjk)VF
速度阻抗为
ZV()V F(( ))cjmjk
机械阻抗
机械阻抗科技名词定义中文名称：机械阻抗英文名称：mechanical impedance定义1：线性定常机械系统中激励力相量与响应的速度相量之比。
所属学科：机械工程（一级学科）；振动与冲击（二级学科）；振动与冲击一般名词（三级学科）定义2：使物体产生简谐振动的激振力与其振动速度的比值，反映了稳态振动过程中的阻力的影响。
所属学科：水利科技（一级学科）；岩石力学、土力学、岩土工程（二级学科）；土力学（水利）（三级学科）百科名片对于简谐振动的机械系统，其某点所受的激励（系统的外来扰动）与同一点或不同点的响应（系统受外来扰动后的反应）的复数比。
简谐激振力和简谐振动响应可分别写成F0eiwt和X0ei (w t+x)，其中F0、X0分别为激振力和振动响应的振幅；ω为角频率；t为时间；a为振动响应的初相位；i＝根号下负1。
两者相比后得到与时间无关的量（F0／X0）ei a，称为机械阻抗。
概念描述振动理论中线性定常系统的频域动态特性参量，经典定义为简谐激振力与简谐运动响应两者的复数式之比。
任一简谐量可通过欧拉公式（即eiωt=cosωt+isinωt,其中，ω为圆频率,t 为时间）写成相应的复数式(相量）,如简谐激振力F0sinωt写成F0eiωt，简谐运动响应X0sin(ωt+α)写成。
两者相比后得到与时间无关的,这就是机械阻抗。
机械阻抗的倒数称为机械导纳，它可以和频率响应函数（输出与输入的傅里叶变换之比）、传递函数等名词通用。
机械阻抗根据所选取的运动量可分为位移阻抗（又叫动刚度）、速度阻抗和加速度阻抗(又叫有效质量)三种。
多自由度系统的机械阻抗常用矩阵形式表示。
阻抗矩阵中的对角元素表示同一点的力和响应之比，称为原点阻抗；非对角元素表示不同点的力和响应之比，称为跨点阻抗。
阻抗矩阵元素很难测量，因为它要求系统中只能一点有响应;而导纳矩阵元素（要求只在一点加力）则容易测量。
机械阻抗方法系统受激振动后的响应只与系统本身的动态特性和激振的性质有关，所以可用机械阻抗综合描述系统的动态特性，这就是机械阻抗方法的基本原理。
弯管元件机械阻抗研究
ＷＵ ｎ ｗ ｉ 。 Ｕ Ｙ － ｏ ｇ Ｗｅ — ｅ Ｓ Ｎ ｕ ｄ ｎ 。
Ｓ ａ ｇ ａ Ｊａ ｏ ｇＵｎｖ ｒｉ 。Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０， ｈｎ ； ｈ ｎ ｈ ｉ ｉｏＴ ｎ ｉｅｓ ｙ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ３ Ｃ ｉａ ｔ ２
２。 ｈ ａＳ ｉ Ｓ ｉ ｔ ｃＲ ｓａｃ ｅ ｔ 。 ｉ ｇｕ Ｗｕｉ ０ ２ ｈｎ Ｃ ｉ ｈｐ ｃ ｎｉ ｅｅｒｈＣ ｎｅ Ｊａ ｓ ｘ ２ ８ 。Ｃ ｉａ） ｎ ｅ ｆ ｉ ｒ ｎ １ ４
资料 ［ ］ ４ 和文献［ ］也曾对变径直管 以静力等效 的 ５， 方法给出了等效内径 直管 的阻抗 表达式 ， 但这种近
似处理不能反映变径管两端的非对称性以及等效 内 径随频率变化 的特性 ， 特别对变径角较大的管道 以 及在高频 的情况 ， 会产 生较 大的误差 。文献 ［ ］ ６ 直 接从变径直管的振动方程 出发 ， 推导 了其机械阻抗 表 达式 。 文章从基本的振动方程出发 ， 推导 了弯管 的阻 抗表达式 ， 并通过弯管参数变化的阻抗计算 ， 分析其 相对于直管阻抗的差异以及参数变化的影响。由于 弯管的振动方程为高阶或变系数 的微分方程 ， 因而 数学求解过程 比直管更为复杂。
Ｋ ｅ ｒ ｓ ｖｂ ａｉｎ ａ ｄ ｗａｅ； ｉｉｇ—ｓ ｓ ｍ ； ｏｓ ；ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｒｔ ｎ ｖ ｐｐｎ ｏ ｙｔ ｅ ｎ ｉｅ ｃ ａ ｉａ —ｉ ｅ ａ ｃ
阻抗是 弹性元件振动和声学特性 的表征。通常 在已知管路元件阻抗 、 设备隔振器 阻抗和设备激励 力时， 可以确定管系各部位的速度响应 。因此在管
ｄ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅａｌａ ｄ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｏ ｇ ｒ ｃｉａ ｘ ｍｐ ｅ ，ｔ ｅ ｅｆｃ ｓ ｏ ｔ ｃ ｕ ａ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔｉ ｎ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｔ ｒ ｕ ｈ ｐ ａ ｔ ｌｅ ａ ｌ ｓ ｈ ｆ ｔ ｆｓｒ ｔ ｒ ｌｐ — ｃ ｅ ｕ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｅ ｅ ｂ ｗ ｅｅ ｎ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｉａ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ａ ｅ ｉｖ ｓ ｇ ｔ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｔｒ ｆｔ ｌ ｏ ｌｍｅ ｔｏ ｈ ｃ ａ ｃ ｌ ｈ ｎ ｉ ｅ ａ ｃ ｒ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｉ
舰船典型基座输入机械阻抗特性分析
舰船典型基座输入机械阻抗特性分析舰船是强大的海上力量，它拥有多种不同的兵器和装备来保护和维护海上安全。
其中，基座输入机械阻抗是保障舰船兵器装置正常工作的重要技术。
在本文中，我们将对舰船典型基座输入机械阻抗特性进行分析。
首先，我们需要了解机械阻抗的概念。
机械阻抗是指材料在受到外力作用下所产生的反作用力。
对于舰船典型基座输入机械阻抗，它反映的是将机座挂载在船体上时，机座受到外部力的响应。
这些外部力包括船体的振动和其他外部扰动。
针对这些外部力，机械阻抗需要具备以下特性：首先，机械阻抗需要满足一定范围内的振动允许度。
这是因为，在实际运用中，舰船会受到各种不同类型的振动（如水流振动等）的影响。
如果机座所采用的机械阻抗不能在一定范围内吸收振动，可能会导致机器失效或损坏。
其次，机械阻抗还需要具备一定的频率响应。
在实际运用中，舰船的振动频率可能会发生变化，机座所采用的机械阻抗需要具有一定的频率响应能力，以吸收不同频率下的振动。
此外，机座所采用的机械阻抗还需要具有一定的稳定性和耐久性。
对于舰船而言，其工作环境十分恶劣，海水等腐蚀性物质的影响下，机座所采用的机械阻抗需要具有一定的稳定性和耐久性，才能保证其长期稳定工作。
最后，选择机座输入机械阻抗还需要考虑成本、重量等问题，要使性价比更高。
综上所述，舰船典型基座输入机械阻抗特性分析，包括振动允许度、频率响应、稳定性和耐久性、成本和重量等方面。
只有具备这些特性，才能确保机座的长期稳定工作，进一步保证舰船兵器装置的正常工作，维护海上安全。
在舰船典型基座输入机械阻抗特性分析中，相关数据是非常重要的。
接下来，我们将列出相关数据并进行分析。
首先，振动允许度是机械阻抗的重要特性之一。
舰船在正常运行中，受到的振动源可以是船体本身的振动、机器的振动或海水流动的振动等。
根据数据的统计，舰船在等速运行中，船体的自然振动频率一般在2-10 Hz之间。
基座输入机械阻抗的振动允许度受到不同振动源的影响，为了保证振动吸收的效果，在选择机械阻抗时一般要满足50%以上的吸收效率。
张令弥老师2008年报告 模态试验分析技术
模态试验分析技术的最新发展与应用张令弥教授南京航空航天大学振动工程研究所..江苏联能电子《动态测试技术交流会》江苏扬州，2008年5月24日模态分析技术最新进展与应用现代模态试验与分析的三类技术试验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA)•激振器激励EMA技术•力锤激励EMA技术运行模态分析（Operational Modal Analysis, OMA) 运行响应模态(Operational Deflexion Shape，ODS）试验模态分析(EMA)单点激励多点测量技术(SIMO)。
多点激励多点测量技术（MIMO）验中尤为重要单参考点锤击技术（SRIT）多参考点锤击技术（MRIT）–可用MIMO模态识别技术，能够分离密集模态和重频模态运行模态分析(OMA)••进行模态分析一种新颖模态试验方法:力锤人工随机激励仅用输出测量的模态分析（OMA）模态识别的主要方法现代模态识别三种方法振动测试技术的三个层次振动信号分析振动测量振动模态分析N-Modal EMAN-Modal OMAN-Modal ODSN-Modal软件加速度传感器力传感器N-Update振动模态试验与分析系统数据采集器(YE 6267)力锤激振器是么是满足要求的好模态试验分析系统？•••模态试验与分析技术的应用•机械、结构动态分析与设计•机械、结构振动与噪声控制•机械故障诊断•结构健康监测•航空航天：飞机，火箭，卫星与航天器•旋转机械：发动机，电动机，汽轮机，压缩机，鼓风机…•工程机械：汽车,(整车、零部件)，工程机械•土木工程：桥梁，建筑，水坝，高塔•家用电器：空调，洗衣机，冰箱…….模态试验与分析的主要应用•••••模态分析的现状和未来•现状（好消息！）：•未来（有待努力）：模态试验与分析的应用••Details of the Frame FE Model with JointFE Model of Frame Structure withThin-Wall Component in Front••Modal Testing of Chassis Structure:2-Shaker Excitation & MIMO Modal Analysis振动激励与响应: 瞬态随机(Burst Random)原点与跨点频率响应函数(FRF)FRF曲线拟合FRF曲线拟合:密集模态Modal Testing of Chassis Structure: Identified Modal Frequency & DampingFEM: 12 Modes with Y-direction ExcitationModel Validation via Assembled Structure: Impact Response Time Historyof the Computer Simulation based onUpdated&Test ResultComparison of Deformation from Impact: Computer Simulation& Test ResultComparison of Deformation from Impact: Computer Simulation& Test Result“沿海高速”项目：不中断交通桥梁运行模态分析在桥梁状态评估中的应用沿海高速丁堰桥沿海高速丁堰桥南京和燕路立交桥O M ATime Domain Response实测PSD结果识别结果：模态频率与阻尼比识别结果：振型丁堰桥OMA 试验11227#墩8#墩9#墩试验MAC 计算MAC0.815.716.35116.7360.645.455.8596.1950.740.134.7184.7240.895.443.1543.3330.982.122.1722.2220.900.681.3611.371MAC 值频率误差(%)有限元频率值有限元频率阶数实验频率值实验频率阶数实验振型与有限元模型振型的匹配结果FEM与OMA振型相关（MAC）结果成飞项目：环境振动试验夹具动态优化设计夹具动态优化设计一体化软件系统框图计算机辅助设计与接口夹具动态分析试验与优化设计一体化软件系统运行模态分析(OMA)有限元分析(Nastran) 与接口试验/计算相关分析(COR)计算模型修正(UPD)夹具优化设计(OPT)板梁结构模型计算振型1-6。
机械振动
有阻尼系统的自由振动
阻力可能来自多方面。例如，两物体之间在 润滑表面或干燥表面上相对滑动时的阻力;物体 在磁场或流体中运动所遇到的阻力;以及由于材 料的粘弹性产生的内部阻力等等。在振动中,这 些阻力称为阻尼。
阻尼的分类：
1．干摩擦阻尼 2．结构阻尼 3．流体阻尼 4．粘性阻尼
F N
(2.5-1)
x e nt ( B1eid t B2 e id t )
x e nt A1 cosd t A2 sin d t
(2.5-17)
式中A1=B1+B2，A2=i(B1-B2),为待定系数。仍决定 于初始条件。 设在t=0时，有x=x0, x x0，则代入解式(2.517)及其导数，得
2
2
由解(2.5-18)可见，系统振动已不再是等幅 的简谐振动，而是振幅被限制在曲线 Ae t 之 内，随时间不断衰减。
n
图 2.5-2
当t， x0，振动最终将消失，所以小阻 尼的自由振动也称为衰减振动。
●阻尼对自由振动的影响有两个方面：
(1)使系统振动的周期略有增大，频率略有 降低，即
n
x0 n x0 , A x0 d
2
2
d x0 tg x0 n x0
将A与代入式(2.5-18)即得系统对于初始条件 x0 与 n t 的 x0 响应。 x Ae sin t
d
粘性阻尼系统自由振动响应
d
A2
经 A1与 A2代入式(2.5-17)即得系统对于初始条件x0 与x0 的响应。
通常，经过三角函数变换A1=Asin，A2=Acos，方 程的解(2.5-17)可以简化为
2016-10-28：机械阻抗的测量（1）
综合实验三 机械阻抗的测量1、实验目的(1)了解并掌握机械阻抗的概念。
(2)掌握机械阻抗的测量原理与测量方法。
(3)了解结构参数的变化对阻抗的影响。
2、实验内容(1)对被测对象的机械结构分析和功能分析；(2)用正弦激励的方法，测定机械结构系统的幅频特性和相频特性；(3)不断改变正弦激振力信号的频率，观察物体结构振动时的幅值、相位的变换过程；(4) 记录下频率、幅值相位的数据，并绘出幅频和相频特性曲线图(5) 利用实验结果对被测对象进行分析与讨论。
3、实验系统框图及实验仪器设备3.1、系统框图如图1所示。
图1 机械阻抗实验系统框图3.2、实验仪器设备机械振动综合实验装置（装配简支梁）1套力锤1只加速度传感器1只电荷放大器1台数据采集仪1台 信号分析软件（锤击测振软件）1套 计算机 1台 模态分析软件1套4、模态分析基本原理工程实际中的振动系统都是连续弹性体，只有掌握无限多个点在每一瞬间时的运动情况，才能全面描述系统的振动，因此，理论上它们都属于无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。
但实际上通常采用简化的方法，归结为有限个自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为由一些集中质量块和弹性元件组成的模型。
如果简化的系统模型中有n 个集中质量，一般它便是一个n 自由度的系统，需要n 个独立坐标来描述它们的运动，系统的运动方程是n 个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。
模态分析是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”，是一种参数识别的方法。
模态分析的实质，是一种坐标转换。
其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。
这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。
也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。
经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述：(1)式中f(t)为N 维激振向量；x ，，分别为N 维位移、速度和加速度响应向量；M 、K 、C 分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵，通常为实对称N 阶矩阵。
论机械阻抗法在基桩检测上的应用
论机械阻抗法在基桩检测上的应用发表时间：2017-01-17T16:11:25.573Z 来源：《基层建设》2016年31期作者：赵国志[导读] 摘要：本文讨论机械阻抗法近些年在基桩检测上的应用，分析瞬态机械阻抗法和稳态机械阻抗法的各自的优点以及局限，提出机械阻抗法在以后基桩检测应用上的发展方向，希望引起基桩检测一线人员的重视。
中冶成都勘察研究总院有限公司测试中心摘要：本文讨论机械阻抗法近些年在基桩检测上的应用，分析瞬态机械阻抗法和稳态机械阻抗法的各自的优点以及局限，提出机械阻抗法在以后基桩检测应用上的发展方向，希望引起基桩检测一线人员的重视。
关键词：基桩检测瞬态机械阻抗法稳态机械阻抗法一、前言早在20世纪30年代就有人根据机电比拟原理由电阻抗方法得出机械阻抗方法，目的在于解决机电联合系统振动问题。
但由于机械系统的复杂性，它只是一种纯理论方法并没有多大实用价值。
到50年代，逐渐成为结构振动分析的一个分支。
直到60年代一些尖端科学，由于隔振和噪声等问题的需要，国外研制了以跟踪滤波器为核心的机械阻抗测试仪，因而稳态正弦激振的机械子抗法测试技术基本上得以解决，这种方法才得到飞速发展。
机械阻抗方法最初用于尖端武器运载工具的研制并取得很大成功，目前已在各个工业部门得到广泛应用并逐步发展成为一种常规方法。
提高机床的动刚度，确定火箭部件的环境试验条件，判断机器运行中重要零部件的损伤程度等都用到机械阻抗方法。
1966年法国房屋和公共工程研究中心首次把稳态机械阻抗法用于基桩检测，我国在70年代中期引进了机械组抗法的技术，在80年代西安公路研究所最早开始研究稳态激振机械阻抗测桩仪的瞬态机械阻抗法，从此开启了机械阻抗法在我国基桩检测上大规模的应用。
二、稳态机械阻抗法测桩的基本原理早期机械组抗法的试验设置由激振、拾振和记录三个部分组成。
激振部分由永磁式激振器、信号源和功率放大器组成。
激振器和桩顶连接有悬吊式和半刚性座式两种方式。
2021年中南大学机械振动考试简答题题库全解
1、机械振动系统固有频率与哪些因素关于？关系如何？答：机械振动系统固有频率与系统质量矩阵、刚度矩阵（和阻尼关于质量越大，固有频率越低；刚度越大，固有频率越高；阻尼越大，固有频率越低。
2、简述机械振动系统实际阻尼、临界阻尼、阻尼比联系与区别。
答：实际阻尼是指振动系统真实阻尼值，用于度量系统自身消耗振动能量能力；临界阻尼是c2e nmω=，不不大于或等于该阻尼值，系统运动不是振动，而是一种指数衰运动；阻尼比是/ec c ξ=3、简述无阻尼单自由度系统共振能量集聚过程。
答：无阻尼单自由度系统受简谐勉励时，如果勉励频率等于系统固有频率，系统将发生共振；外力对系统做功所有转成系统机械能即振动能量；外力持续给系统输入能量，使系统振动能量直线上升，振幅逐渐增大；无阻尼系统共振时，需要一定期间积累振动能量。
4、什么是共振，并从能量角度简述共振形成过程。
答：当系统外加勉励与系统固有频率接近时候，系统发生共振；共振过程中，外加勉励能量被系统吸取，系统振幅逐渐加大。
5、简述线性系统在振动过程中动能和势能之间关系。
答：线性系统在振动过程中动能和势能互相转换，如果没有阻尼，系统动能和势能之和为常数。
6、什么是机械振动？振动发生内在因素是什么？外在因素是什么？答：机械振动是指机械或构造在它静平衡位置附近往复弹性运动。
振动发生内在因素是机械或构造具备在振动时储存动能和势能，并且释放动能和势能并能使动能和势能互相转换能力。
外在因素是由于外界对系统勉励或者作用。
7、从能量、运动、共振等角度简述阻尼对单自由度系统振动影响。
答：从能量角度看，阻尼消耗系统能力，使得单自由度系统总机械能越来越小；从运动角度看，当阻尼比不不大于等于1时，系统不会产生振动，其中阻尼比为1时候振幅衰减最快；当阻尼比不大于1时，阻尼使得单自由度系统振幅越来越小，固有频率减少；阻尼固有频率d ωω=共振角度看，随着系统能量增长、增幅和速度增长，阻尼消耗能量也增长，当阻尼消耗能力与系统输入能量平衡时，系统振幅不会再增长，因而在有阻尼系统振幅并不会无限增长。