振动实验

实验二十 衰减振动的测量

一、实验目的

掌握衰减法测量自由平板振动混响时间及结构阻尼的方法

二、实验要求

1．了解被测试件混响时间与频率的关系。 2．掌握振动测试仪器设备的性能及使用方法。

三、实验环境

1．振动噪声谱分析软件spectra

2．被测试件: 面积0.5×0.5㎡，2㎜厚铁板 3．冲击力锤 LC －02型 4．型加速度传感器YD －5 5．电荷放大器SD －6B 6．调谐滤波器TDL-2型 7．通用计算机 P4 1.7/256 8．Micphone 输入线

四、实验内容、步骤

实验内容：

测量薄扳振动混响时间及结构阻尼。测试系统如图20.1所示

图20.1结构阻尼测试系统

测量原理：

被测结构受到力锤的冲击力作衰减振动，其位移相应为： )cos(

02

200ϕδ

ωξξδ--=-t e ，其中0ξ、0ϕ是由初始条件决定的两个常

数，δ位衰减系数，002f πω=为系统固有角频率。由此可见，衰减振动对振幅：

t

e t A δξ-=0)(

随时间作指数衰减，其振幅衰减到初始值的10－3（－60dB ）时对应对时间为混响时间60T ，

即

60

3

10

T e

δ--= 由2

0ηωδ=

及对数运算可知：

60

060

02.2210ln 6T f T f ≈

=πη

实验步骤：

1.按要求的仪器连接好测试系统；

2.打开个仪器电源，用冲击锤试击被测试件，确定被测信号的大小，并保证合适的信噪比，同时设置采集软件的采样率、通道等参数；

3.调节滤波器的相对频宽为23%，调节中心频率为63Hz,打开采集软件为记录模式，用钢头力锤敲击试件，等信号幅值降低到等同背景噪声时，停止采集并记录下数据（或通过时域记录结果，直接用时标标记从显示图上量出T 60）；

4.更换力锤为橡皮头，重复步骤3；

5. 改变中心频率依次为80、100、125、160、200、250、315、400Hz,重复步骤3～4，记录下所有数据。

五、实验报告要求及计录、格式

1.将所有数据整理成表格，根据采样频率按T 20 或T 30（视信噪比定）计算T 60，或直接依据实验中从时域图上获得的T 60 ,按公式60

02.2T f ≈

η计算阻尼；

2. 按1/3倍频程绘出T 60及阻尼η与频率的关系。

六、实验注意事项

1．对试件进行冲击激励时，可选不同的锤头，获得不同的冲击脉冲宽度。

2．带通滤波器输出通过Micphone 输入线送入计算机，注意滤波器输出不能短路。

七、讨论、思考题

除冲击试验外，还可选用哪种方法实现结构的动态参数测试？

实验二十一弹性结构振动响应测试

一、实验目的

1．掌握振动系统的组成原理及构件振动的测试方法

2．了解所用仪器的工作原理及使用方法

二、实验要求

1.学会使用spectra(softest)软件进行数据采集及数据文件记录

2.学会使用MATLAB软件进行FFT分析，绘出被测试件的振动频谱图

三、实验环境

1．谱分析软件VS302USB

2. MATLAB7.0

3. 噪声信号发生器ZN1681

4．功率放大器GF-10

5．激振器 JZ-2A

6．试件0.5m×0.5m×2m2

7．加速度传感器 YD5

8．电荷放大器SD-6A

9．通用计算机P4 1.7/256

10．试件支架

11．Microphone输入线

四、实验内容、步骤

实验内容：

测量薄扳在宽带激励下稳态振动响应。测试系统如图21.1所示

图21.1稳态振动测试系统

实验步骤：

1．熟悉系统中各仪器的使用方法，检查系统连接的正确性；

2．将信号发生器的“输出控制”旋钮、功放的“增益调节”旋钮及电荷放大器的“输出”旋钮反时针置于最小位置，打开计算机及其它仪器；

3．打开spectra(softest)软件包，可在操作桌面上观察到时域及频域窗口（或通过view 命令设置），通过MODE命令设置为实时方式（real time），打开RUN按钮，即可观察到实时信号的时域及相应的频域波形。窗口下的状态栏显示有信号强度、采样频率、通道数等信息显示。

4．将功放“输入选择”开关置于AC 位置，输出方式设置为“恒压”，“增益调节”旋钮旋至“0时10分”位置，电荷放大器的“输出”旋钮置于10mv/m/s2档，缓慢调节信号发生器的“输出控制”旋钮，可听见试件被激励的声音，同时可在CRT 上观察到相应的时域及频域波形。在调节信号发生器的“输出控制”旋钮时，要观察功放的输出电压表不要超

过0.4V，若未达到，则可通过功放上的“增益调节”旋钮调至0.4V。

5．进行数据记录时，应将操作桌面上的MODE设置为记录方式（RECORDER）。此时按下REC按钮即可开始采集数据，（其采样频率可用OPTION命令中的SETTING来设定或使用默认值，其范围为11025～44100Hz），采样时间一般控制在2秒即可，按下STOP按钮结束采样。

6．打开FILE命令，将数据以“文件名.WAV”格式存入F盘，文件名自定。检验数据是否以存盘，可用MODE命令中的后处理方式（post process）进行观察。

7．最小化spectra，打开MATLAB软件包，在该软件操作桌面上打开存在F盘的“文件名.WAV”数据文件，注意操作时，文件类型选为ALL FILE（*.*），确认后，即可看到所记录的声音文件处于IMPORT WIZARD的文件行，点击FINISH钮，将其调入内存，此时在工作空间窗口即可看到数据以构架数组的变量形式存于内存中。

8．在COMMAND命令窗口，输入文件名即可看到data及f

两个子项，输入“文件名.data”，

s

回车后，将显示出所有的采样数据。

9．可选其中一部分数据进行FFT，所选数据的长度N应符合N=2m，一般选N为2048或4096，可采用赋值语句将所选数据赋给另一变量。如：

y=文件名.data(1:4096)

即将原数据中的第1～4096个数据赋给变量y，此时可在工作空间窗口看到该变量，右键点击该变量，即可直接用所给命令Plot画数据图。

10．对创建的数据数组y进行FFT，可用以下命令；

Y=fft(y)

其中Y是一个复数数组。

11．计算Nyquest频率fn=fs/2及相应的频率刻度，并形成频率轴上的一维数组w，即w=linspace(1,fn,N/2)

其中linspace为线性等分命令，1为数组的第一个数据，fn为数组的最后一个数据，N/2为数据总数。

12．用如语句取Y的模Ya：

Ya=abs(Y(1:N/2))

13．作频谱图

Plot(w,Ya)

14．在频谱图上，可用放大、缩小及加辅助线等功能，确定有关峰点的频率值及相应的幅度。

五、实验报告要求及计录、格式

1．画出0～1000Hz的振动频谱图，标出各共振峰的频率。

2．对应最低频率的共振峰，按半功率法求损耗因子η。

六、实验注意事项

1．试件与激振器顶杆连接是通过磁力（座）吸附在试件表面，并悬挂在支架上，因此，实验中不要碰撞试件，以免试件转动使激振器顶杆受力而损坏激振器。

2．功放极易损坏，因此，其输出幅值不能超出规定电压，更不能短路。注意信号发生器及电荷放大器的输出也不能短路。

七、讨论、思考题

根据频谱图分析试件的振动模态。