振动测试技术

拱桥振动测试

姓名：刘*

学号：*******

班级：研14-1班

课程：振动测试技术

年月：2015年7月18日

目录

一振动测试概述 (1)

1 振动分类及描述 (1)

2 振动基本参量表示方法 (1)

3 振动测试仪器分类及配套使用 (3)

4 窗函数的分类及用途 (4)

5 信号采集及分析过程中出现的问题，怎样解决？ (7)

二、惯性式速度型与加速度型传感器 (8)

1 惯性式速度传感器的分类 (8)

2 压电式加速度传感器 (9)

三振动特性参数的常用量测方法 (12)

1 振动基本参数的量测 (12)

2 简谐振动频率的量测 (12)

3 机械系统固有频率的测量 (12)

4 简谐振动幅值的测量： (12)

5衰减系数的测量： (13)

6结构动力特性参数量测 (13)

7 稳态正弦激振及测试 (13)

8 瞬态激振及测试 (14)

9 随机激振及测试 (15)

四题目（结构设计） (16)

1 结构设计资料及试验要求 (16)

2.试验目的 (18)

3.试验方法 (18)

4 结果分析 (20)

五概念 (22)

1 功率谱 (22)

2 自相关函数 (22)

3 互相关函数 (23)

4 相干函数 (23)

5 传递函数 (24)

六模态分析 (26)

1 概念 (26)

2 方法分类及理解 (26)

一振动测试概述

1 振动分类及描述

按照运动的表现形式，振动可以分为确定性和非确定性振动（即随机振动）。确定性振动又分为周期性和非周期性振动。周期性振动分为简谐振动和复杂周期振动。非周期运动又分为准周期和瞬态振动。非确定性振动分为平稳随机和非平稳随机，平稳随机又分为各态历经和非各态历经。按振动激励类型分类，振动可分为随机自由振动和随机强迫振动。按振动位移的特征分类，振动可分为：横向振动（振动体上的质点在垂直于轴线的方向产生位移的振动）、纵向振动（振动体的质点沿轴线方向产生位移的振动）和扭转振动（振动体上的质点沿轴线方向产生位移的振动）。周期运动的最简单形式是简谐振动。这种振动的表示方法及特点是描述其他振动形式的基础。一般的周期运动可以借助傅里叶级数表示成一系列简谐振动的叠加，该过程称为谐波分析。非周期运动则需要通过傅里叶积分作谐波分析。

2 振动基本参量表示方法

工程振动测试的主要参数有位移、速度、加速度、激振力、振幅、振动频率、阻尼比及结构的振动模态等。其中前五个参数属于时域测试参数。

下面分别来说明振动基本参量的表示方法及其含义：

（1）振幅（A）：振幅就是振动过程中振动物体离开平衡位置的最大距离。振动的幅度有三种表示法，即峰值、平均值和有效值。

（2）周期（T）：从振动波形来看，连续两次波峰或者波谷之间耗费的时间就是一个振动周期，也就是完成一次振动所需的时间。

（3）频率（f）：单位时间内振动循环的次数f，单位是赫兹（Hz）。频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。周期T是物体完成一个振动

过程所需要的时间，单位是秒（s ）。频率与周期互为倒数，1f T

=。 （4）相位（）：振动物体在任一时刻t 的运动状态（指位置和速度）都由()t ωϕ+决定，()t ωϕ+是决定简谐振动运动状态的物理量，称为振动的相位。表示0t =时的相位，叫做初相位或初相。物体的振动在一个周期内所经历的运动状态没有一个相同的，这相当于相位从0到2π的变化；而位移和速度都相同的运动状态，它们所对应的相位差是2π或2π的整数倍。因此，相位是反映简谐运动周期性特点，并用以描述运动状态的重要物理量。

（5）临界阻尼（cr c ）可定义为：体系自由振动反应中不出现往复振动所需的最小阻尼值，即 2cr n c m km ω==

（6）结构的阻尼系数（c ）：是结构在每一振动循环中消耗能量大小的度量。结构的阻尼比是结构的重要动力特性参数，利用结构自由振动试验可以获得结构的阻尼比。

（7）对数衰减率（δ）：定义为 i 2i+1ln

1u u δζ==-, i i+1

u u 为相邻振动峰值比。

简谐振动中的测试参数： 位移，速度，加速度为时间调和函数的振动称为简谐振动，这是一种最简单最基本的振动。其函数表达式为：

位移： ()sin()sin(2)x t A t A ft ωπ==

速度： ()cos()sin(2)2

v t A t A ft πωωωπ==+

加速度： 22()sin()sin(2)a t A t A ft ωωωππ=-=+

式中: A ——位移幅值（cm 或mm ）；

ω——振动圆频率（1s ）；

f ——振动频率（Hz ）。

()()()x t v t a t 、、三者之间的相位依次相差为2π。若令：速度幅值V A ω=，加速度幅值20a A ω=，则有220(2)a V A f A ωωπ===。

由此可见，位移幅值A 和频率ω（或f ），是两个十分重要的特征量，速度和加速度的幅值V 和0a 可以直接由位移幅值A 和频率f 。导出。在测量中，振动测试参数的太小常用峰值、绝对平均值和有效值来表示。所谓峰值是指振动量在给定区间内的最大值，均值是振动量在一个周期内的平均值，有效值即均方根值，它们从不同的角度反映了振动信号的强度和能量。

3 振动测试仪器分类及配套使用

一、分类

（1）机械式的测量仪器。将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录。此法常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。

（2）光学式的测量仪器。将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。常用的仪器有读数显微镜和激光测振仪等。目前光学测量方法主要是在实验室内用于振动仪器系统的标定及校准。