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激振器和力锤进行模态测试,有什么不同?

浏览次数:1885 日期:2018年05月09日 11:59

 

激振器和力锤进行模态测试,有什么不同?

好,这个问题不错。答案是有同也有异!

这是另一个会被经常问到的问题。有关这个问题,二者有太多的不同之处。让我们首先从一些基础知识开始,明白为什么用简单的是或者不是都很难回答这个问题。这需要用到几个简单的方程帮助解释这个问题。

首先,我们记得任何系统都可以用它的运动方程来描述。本质上讲,这个方程是个简单的力平衡方程:质量×加速度+阻尼×速度+刚度×位移=外力。出于某些理由,这个方程在拉氏域更易于我们进行各种运算。通过拉氏变换,运动方程可以写成

将方程写成矩阵形式,便于组织所有的方程。【M】,【C】和【K】分别表示质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,并且这些矩阵都是对称阵。因此,系统矩阵【B(s)】也是对称阵。系统的传递函数是系统矩阵的逆矩阵

当然,还记得我们在模态测试过程中测量的频响函数仅仅是系统传递函数沿频率轴的估计。很多时候,为方便起见,我们将频响函数写成部分分式形式

频响函数矩阵中的单个元素可以写成

为什么我不厌其烦地写出所有这些等式?那是因为这些等式包含非常重要的信息,与你提出的问题有关。因为【M】,【C】和【K】是对称阵,所以【B(s)】和【H(s)】也是对称阵。这意味着【H(jw)】也是对称阵。意味着Hij=Hji,这称为互易性。这就表明你可以在位置i点锤击激励,在位置j点测量响应,得到FRF;同样也可以在位置j点锤击激励,在位置i点测量响应,得到完全相同的FRF,这就是互易性的含义。

现在,我们对一根只有3个测点的悬臂梁进行锤击法测试,总共有9个可能的输入-输出频响函数可以测量。但对于这个例子,我们将加速度计置于3号测点处,通过锤击1,2和3点测量FRF。我们称3号测点为参考点,因为每一次锤击时,响应总是这一点。因为力锤是从一个测点移动到另一个测点,那么测量的FRF为频响函数矩阵中的一行,并且是频响矩阵最后一行。

锤击法测试

在讨论任何其他问题之前,让我们先用激振器进行相同的测量。将激振器置于测点3处,加速度计在梁上1,2和3号测点逐点移动,测量FRF,注意3号测点仍然是参考点,因为每一次测量时,激励总是在这一点。既然激励力的位置是固定的,那么得到的FRF为频响函数矩阵的一列,且为矩阵的最后一列。

如果观察测量得到的频响函数,会注意到由激振器激励得到的h13与由力锤锤击激励得到的h31完全相同,同时注意到由激振器激励得到的h23与由力锤锤击激励得到的h32也完全相同,这就是所谓的互易性。从理论角度讲,激振器测试和锤击法测试采集到的数据没什么不同,两种方式获得的数据完全相同,但这仅仅是理论观点。如果按照理论观点,没有理由不可以按以下方式进行测试:通过保持锤击点不变,加速度计沿着测点逐点移动。对于激振器测试也有相同的类推:保持响应加速度计在同一测点,逐点移动激振器(但我不知道谁会以这种方式进行测试!)。从理论观点上讲,只要采集得到输入-输出位置的传递特性数据,那么不管何种测量方式,采集得到的数据都没有什么不同。

所以,对于激振器测试和锤击法测试,答案是二者没有什么不同之处,但这仅仅是理论观点!如果我们能够在结构上施加一个纯力,该力与结构二者之间不存在任何的相互作用,并且可以使用一个无质量的传感器测量响应,那么,这种情况下,不管哪种测量方式对结果都是没有影响的,理论是成立的。但是,如果不是这种情况又怎样呢。

现在让我们从现实角度出发,考虑实际进行的测试。观点就是在模态测试过程中,激振器和响应传感器通常对结构有影响。需要记住的主要一项是处于测试状态下的被测结构已不再是你最初想获得模态参数的那个结构了。因为在结构上已附加了涉及数据采集的东西:结构悬挂系统、安装的传感器的重量、激振器推力杆/顶杆的潜在刚度影响等等。因此,虽然理论告诉我们,锤击法测试和激振器测试不存在任何差异,但现实中因数据采集方面的原因,二者经常存在差异。

激振器测试过程中,最明显的差异是由移动加速度计引起的。加速度计的质量相对于结构的总质量可能非常小,但是它的质量相对于结构不同部分的有效质量可能又非常大。多通道测试系统,这个问题更加突出,为了获得所有的频响函数,许多加速度计在结构上移动。这会是个问题,特别是对于轻质结构。纠正此问题的方法之一是在结构上安装所有的加速度计,即使一次测量只用到少数几个加速度计。另一个方法是在非测量位置上安装与加速度计质量相等的质量哑元,这将能消除移动的质量效应。

另一个差异在于激振器推力杆带来的影响。本质上,结构的模态受激振器附属装置的质量和刚度的影响。虽然我们试图将这部分影响减少到最低程度,但是它们仍然存在。激振器推力杆的作用是分离激振器对结构的影响。然而,多数结构,激振器附属装置的影响仍然显著。因为锤击法测试不会遭受这些问题,所以可能会得到的不同的结果。

因此,虽然理论说激振器测试和锤击法测试二者不存在差异,但一些非常基本的现实因素却会引起了一些差异。

力锤

 1301B 力锤

主要技术指标:

        • 量程:5000N

        • 灵敏度:1mV/N

        • 谐振频率:≥40kHz

        • 重量:0.35kg

        • 柄长:235mm

        • 锤头高:65mm

        • 锤头直径:25mm

        • 附加锤垫:金属、尼龙、毛毡、橡胶

        • ICP型力锤

 1302B力锤

主要技术指标:

        • 量程:50000N

        • 灵敏度:0.1mV/N

        • 谐振频率:≥40kHz

        • 重量:1.0kg

        • 柄长:305mm

        • 锤头高:80mm

        • 锤头直径:38mm

        • 附加锤垫:金属、尼龙、毛毡、橡胶

        • ICP型力锤

 1303B 力锤

主要技术指标:

        • 量程:100000N

        • 灵敏度:0.05mV/N

        • 谐振频率:≥40kHz

        • 重量:2.3kg

        • 柄长:385mm

        • 锤头高:120mm

        • 锤头直径:50mm

        • 附加锤垫:金属、尼龙、毛毡、橡胶

        • ICP型力锤

 

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