本發(fā)明屬于阻尼系數(shù)測量，具體涉及一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)：

1、瑞利阻尼是由rayleigh提出的一種數(shù)學(xué)形式簡單、方便的阻尼模型，可以實現(xiàn)基于正交模態(tài)解耦的復(fù)雜動力方程，因而在結(jié)構(gòu)動力分析中得到了廣泛應(yīng)用。瑞利阻尼假設(shè)結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣是質(zhì)量矩陣和剛度矩陣的組合；其中α和β是兩個比例系數(shù)，即瑞利阻尼系數(shù)，分別具有s-1和s的量綱在測量材料的瑞利阻尼系數(shù)時，c＝αm+βk；相應(yīng)的阻尼比公式為：

2、

3、目前瑞利阻尼系數(shù)有兩種基本方法：方法一：假定質(zhì)量矩陣和剛度矩陣對瑞利阻尼的貢獻(xiàn)相等，那么瑞利阻尼系數(shù)可以通過下式確定，測試試樣結(jié)構(gòu)的自振頻率ω0點處的阻尼比ξ0，得到瑞利阻尼的兩個系數(shù)α和β:

4、

5、α＝ξ0ω0

6、

7、方法二：測試試樣結(jié)構(gòu)的兩個自振頻率點ω1和ω2對應(yīng)的阻尼比ξ1和ξ2，進(jìn)一步由下式得到瑞利阻尼的兩個系數(shù)α和β：

8、

9、參考文獻(xiàn)idriss?i,lysmer?j,hwang?r,et?al.quad4:a?computer?program?forevaluating?the?seismic?response?ofsoil?structures?by?variabledamping?finiteelement?procedures[r].berkeley:university?ofcalifornia,1973.在理論上給出了瑞利阻尼系數(shù)的確定方法，首先確定試樣結(jié)構(gòu)的兩個自振頻率點ω1和ω2對應(yīng)的阻尼比ξ1和ξ2，進(jìn)一步由以下公式得到瑞利阻尼的兩個系數(shù)α和β：

10、

11、現(xiàn)有技術(shù)中，第一種方法，引入了過強(qiáng)的假設(shè)，測試結(jié)果只在ω0這個頻率點上比較精確，稍微偏離該頻率點，將會產(chǎn)生很大的誤差，因此需要設(shè)計好試樣，使得自振頻率非常接近ω0。

12、第二種方法，通過兩個頻率點的自激振動的振幅衰減確定瑞利阻尼系數(shù)，如果選擇的兩個頻率點(ω1-ω2)所包含的區(qū)間上沒有覆蓋關(guān)注的頻率段，其測試將會產(chǎn)生較大的誤差，因此，隨意找兩個自振頻率及相應(yīng)阻尼比來確定瑞利阻尼系數(shù)的方法是不對的，有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的誤判。

13、因此，為了使得測試結(jié)果在關(guān)注的頻率上更準(zhǔn)確，兩種基本測試方法都不應(yīng)該隨意選擇測試頻率點，而需要在給定的頻率點(ω1、ω2)上測試，該頻率點包含的區(qū)間(ω1-ω2)應(yīng)該覆蓋關(guān)注的頻率段，頻率區(qū)間(ω1-ω2)的確定要根據(jù)作用于結(jié)構(gòu)上的外荷載的頻率成分和結(jié)構(gòu)的動力特性綜合考慮，

14、如何構(gòu)建測試試樣的自振頻率點正好等于給定的頻率ω1和ω2是一件費時費力的事情，需要綜合設(shè)計試樣的外形以及測試夾具；為此我們提出一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法，很容易調(diào)節(jié)測試試樣自振頻率為給定的頻率，最終使得測試的瑞利阻尼系數(shù)在給定的頻率范圍內(nèi)有更高的精度。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體如下：

3、一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置，包括夾具、電子力錘、位移傳感器，所述夾具用于夾持待測試樣，所述電子力錘位于所述待測試樣上方，所述位移傳感器位于所述待測試樣下方，所述電子力錘以及所述位移傳感器連接有計算機(jī)；所述電子力錘以及所述位移傳感器分別連接有第一信號放大器以及第二信號放大器，所述第一信號放大器以及所述第二信號放大器通過信號采集卡與所述計算機(jī)連接；所述信號采集卡為雙路信號采集卡。

4、一種瑞利阻尼系數(shù)的測試方法，所述測試方法具體包括以下步驟：

5、步驟1：確定需要測試的頻率范圍ω1-ω2；

6、步驟2：設(shè)置待測試樣的規(guī)格；待測試樣整體為等腰三角形板式結(jié)構(gòu)，所述待測試樣的底角大于80°；所述待測試樣的截面逐漸變大；

7、步驟3：通過夾具夾住待測試樣，形成懸臂梁，用電子力錘敲擊試樣，通過位移傳感器將測試結(jié)構(gòu)振動的振幅信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過所述信號采集卡傳入計算機(jī)，通過分析軟件得到其一階固有頻率為ω0；

8、步驟4：如果ω0＜ω1，夾具向待測試樣底端大頭處移動，再次測試基頻，反復(fù)調(diào)整使得ω0＝ω1，如果ω0＞ω1，夾具向待測試樣尖端小頭處移動，反復(fù)調(diào)整使得ω0＝ω1，通過電子力錘敲擊待測試樣，通過位移傳感器測試待測試樣振動過程中的振幅的衰減，獲得ξ1；

9、步驟5：在步驟4的基礎(chǔ)上，夾具向待測試樣底端大頭處移動，反復(fù)調(diào)整使得ω0＝ω2后再次進(jìn)行測量，通過電子力錘敲擊待測試樣，通過位移傳感器測試待測試樣振動過程中的振幅的衰減，獲得ξ2；

10、步驟6：通過以下公式計算得到瑞利阻尼系數(shù)α和β：

11、

12、本發(fā)明取得的技術(shù)效果為：

13、本發(fā)明中，提供了一種瑞利阻尼系數(shù)的快速測試方法與裝置，該方法只需調(diào)整夾具夾持的位置，即可確定自振頻率為給定頻率，進(jìn)一步測試給定頻率下的振幅衰減，通過在兩個頻率點上的測試，即可獲得瑞利阻尼系數(shù)。相比傳統(tǒng)的多種測試方法，該方法簡單易行，只需要設(shè)計加工一個試樣即可，不需要多個不同結(jié)構(gòu)的測試試樣，耗時大大減少，對測試設(shè)備要求低。

技術(shù)特征：

1.一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置，其特征在于：包括夾具(1)、電子力錘(2)、位移傳感器(3)，所述夾具(1)用于夾持待測試樣(4)，所述電子力錘(2)位于所述待測試樣(4)上方，所述位移傳感器(3)位于所述待測試樣(4)下方，所述電子力錘(2)以及所述位移傳感器(3)連接有計算機(jī)(5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置，其特征在于：所述電子力錘(2)以及所述位移傳感器(3)分別連接有第一信號放大器(6)以及第二信號放大器(7)，所述第一信號放大器(6)以及所述第二信號放大器(7)通過信號采集卡(8)與所述計算機(jī)(5)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置，其特征在于：所述信號采集卡(8)為雙路信號采集卡。

4.一種瑞利阻尼系數(shù)的測試方法，其特征在于：所述測試方法需要使用到權(quán)利要求1-3中任意一項的測試裝置，所述測試方法具體包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法，其特征在于：所述步驟2中待測試樣(4)整體為等腰三角形板式結(jié)構(gòu)，所述待測試樣(4)的底角大于80°；所述待測試樣(4)的截面逐漸變大。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法，其特征在于：所述步驟4中，如果ω0＜ω1，夾具(1)向待測試樣(4)底端大頭處移動；如果ω0＞ω1，夾具(1)向待測試樣(4)尖端小頭處移動；步驟5中，夾具(1)向待測試樣(4)底端大頭處移動，反復(fù)調(diào)整使得ω0＝ω2后再次進(jìn)行測量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法，其特征在于：所述步驟3中，位移傳感器(3)將測試結(jié)構(gòu)振動的振幅信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過所述信號采集卡(8)傳入計算機(jī)(5)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法，其特征在于：所述步驟6中的計算公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于阻尼系數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種瑞利阻尼系數(shù)的測試裝置及測試方法，該裝置包括夾具、電子力錘、位移傳感器，電子力錘位于所述待測試樣上方，位移傳感器位于待測試樣下方，電子力錘以及位移傳感器與計算機(jī)電性連接。該方法中首先確定需要測試的頻率范圍ω<subgt;1</subgt;?ω<subgt;2</subgt;；再然后通過夾具夾住待測試樣，用電子力錘敲擊試樣，通過位移傳感器將測試結(jié)構(gòu)振動的振幅信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并傳入計算機(jī)，通過分析軟件得到其一階固有頻率為ω<subgt;0</subgt;；通過調(diào)節(jié)夾具夾持待測試樣的位置，分別使得在ω<subgt;0</subgt;＝ω<subgt;1</subgt;以及ω<subgt;0</subgt;＝ω<subgt;2</subgt;時，使用上述方式獲得待測試樣振動過程中的振幅的衰減，獲得ξ<subgt;1</subgt;和ξ<subgt;2</subgt;；最后計算得到瑞利阻尼系數(shù)α和β，本發(fā)明測試裝置機(jī)構(gòu)簡單，測試結(jié)果更加精確。

技術(shù)研發(fā)人員：楊仲,董香龍,魏樂樂,趙雪雅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鹽城工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18