一種聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于力學(xué)測(cè)量領(lǐng)域,具體涉及一種聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于電路板這類(lèi)的薄板結(jié)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)分析時(shí),需要獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù),模態(tài)參數(shù)的獲取有兩種方法,第一種為理論計(jì)算,通常為有限元計(jì)算;另一種為通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)獲取。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu),理論計(jì)算往往偏差較大,需要通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)來(lái)修正,因而模態(tài)試驗(yàn)是薄板結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。
[0003]開(kāi)展模態(tài)試驗(yàn)通常需要使用激振器或力錘,對(duì)待分析的結(jié)構(gòu)件施加激勵(lì)并測(cè)量激勵(lì)力,在結(jié)構(gòu)件上粘貼振動(dòng)傳感器測(cè)量振動(dòng)響應(yīng),通過(guò)激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。當(dāng)在結(jié)構(gòu)件上粘貼傳感器時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)件形成附加質(zhì)量;而使用激振器時(shí),激振塊安裝在結(jié)構(gòu)件上,對(duì)結(jié)構(gòu)件造成附加質(zhì)量和附加剛度的影響。當(dāng)存在附加質(zhì)量和附加剛度,試驗(yàn)結(jié)果必然出現(xiàn)偏差,特別是對(duì)于電路板這類(lèi)薄板結(jié)構(gòu),造成測(cè)試的頻率、阻尼和振型與結(jié)構(gòu)本身模態(tài)參數(shù)有較大差異。當(dāng)使用力錘激勵(lì)時(shí),力錘激勵(lì)在薄板結(jié)構(gòu)上可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成損壞。因而對(duì)于薄板結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn),需要盡量減小附加質(zhì)量和附加剛度的影響,并且避免敲擊引起損壞,最理想的狀態(tài)為采取非接觸式模態(tài)試驗(yàn)方法。而采取非接觸式模態(tài)試驗(yàn)方法需要設(shè)計(jì)如何激勵(lì)結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),如何去測(cè)量激勵(lì)力和響應(yīng),只有實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)設(shè)計(jì)才能獲得準(zhǔn)確的模態(tài)參數(shù),在此之前還沒(méi)有報(bào)道有人較好的解決這兩問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)完全非接觸模態(tài)試驗(yàn)。對(duì)于非接觸式激勵(lì),有人采取電磁激勵(lì),這對(duì)金屬結(jié)構(gòu)是合適的,但非金屬結(jié)構(gòu),需要在結(jié)構(gòu)上粘貼金屬片,這必能產(chǎn)生附加質(zhì)量和附加剛度的影響。因此,需要提出一種聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)及方法,以解決動(dòng)力學(xué)分析模態(tài)試驗(yàn)中附加質(zhì)量和附加剛度的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)薄板結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的模態(tài)試驗(yàn)中存在附加質(zhì)量和附加剛度,影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度且易造成結(jié)構(gòu)件損傷的技術(shù)問(wèn)題,提供了一種尤其適用于薄板結(jié)構(gòu)的聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)及方法,使用揚(yáng)聲器發(fā)出聲音對(duì)薄板結(jié)構(gòu)進(jìn)行非接觸式激勵(lì),使用聲傳感器測(cè)量聲信號(hào),使用激光非接觸式測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下:
[0006]一種聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng),包括一套揚(yáng)聲器、一臺(tái)信號(hào)源、一套信號(hào)電纜、一套聲傳感器和聲電源、一套掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)和一套測(cè)試電纜;待測(cè)試的試驗(yàn)件為垂直狀態(tài),在試驗(yàn)件一側(cè)放置揚(yáng)聲器,揚(yáng)聲器正對(duì)試驗(yàn)件板面,信號(hào)源通過(guò)信號(hào)電纜與揚(yáng)聲器連接,用于發(fā)出激勵(lì)信號(hào),使試驗(yàn)件產(chǎn)生振動(dòng);在試驗(yàn)件另一側(cè)放置掃描式激光測(cè)振系統(tǒng),掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)的激光頭正對(duì)試驗(yàn)件板面;掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)用于發(fā)出激光逐點(diǎn)掃描測(cè)量試驗(yàn)件上各點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào),并能夠記錄聲信號(hào),得到試驗(yàn)件的模態(tài)參數(shù);聲傳感器懸掛于試驗(yàn)件與揚(yáng)聲器之間,貼近試驗(yàn)件但不接觸;聲傳感器通道測(cè)試電纜依次連接聲電源和掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)。
[0007]所述揚(yáng)聲器與試驗(yàn)件的距離不大于0.5米。
[0008]所述掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)與試驗(yàn)件的距離不小于3米或使得激光束掃描角度Θ小于10度。
[0009]一種上述聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法,依次包括如下步驟:
[0010]第一步:使試驗(yàn)系統(tǒng)的所有設(shè)備處于通電狀態(tài);
[0011]第二步:使用掃描式激光測(cè)振系統(tǒng),確定試驗(yàn)件板面上的掃描點(diǎn);
[0012]第三步:調(diào)整信號(hào)源的信號(hào)參數(shù),給揚(yáng)聲器發(fā)隨機(jī)信號(hào),調(diào)整揚(yáng)聲器的增益以增加聲量級(jí),使得掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)能檢測(cè)得明顯的振動(dòng)信號(hào),信噪比達(dá)到20dB以上;
[0013]第四步:檢查聲傳感器和聲電源形成的聲通道,調(diào)整聲傳感器增益,使得掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)能檢測(cè)得明顯聲信號(hào),信噪比達(dá)到20dB以上;
[0014]第五步:在掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)上設(shè)置掃描文件,進(jìn)行掃描測(cè)試,得到聲信號(hào)和掃描點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào);
[0015]第六步:模態(tài)分析
[0016]使用掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)中安裝的或外置的模態(tài)識(shí)別軟件,以聲傳感器測(cè)量得到的聲信號(hào)作為輸入信號(hào),以掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)測(cè)量得到的振動(dòng)信號(hào)作為輸出信號(hào),作頻響函數(shù)分析,并對(duì)頻響函數(shù)處理得到模態(tài)參數(shù)。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:采用本發(fā)明的聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)及方法,解決了非接觸式激勵(lì)和非接觸式測(cè)量?jī)纱髥?wèn)題,避免常規(guī)模態(tài)中的附加質(zhì)量和附加剛度的影響,對(duì)結(jié)構(gòu)不造成損壞,適用于如電路板這類(lèi)的薄板結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗(yàn)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案,在模態(tài)試驗(yàn)中不存在附加質(zhì)量和附加剛度的影響,避免了結(jié)構(gòu)損壞,試驗(yàn)效果良好,能獲得準(zhǔn)確的模態(tài)參數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)組成圖;
[0019]圖2為頻響函數(shù)幅頻圖;
[0020]圖3為第一階模態(tài)振型圖(頻率為229Hz)。
[0021]圖中:
[0022]1-揚(yáng)聲器、2-信號(hào)源、3-信號(hào)電纜、4-聲傳感器、5-聲電源、6-掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)、7-測(cè)試電纜、8-試驗(yàn)件。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述。
[0024]本實(shí)施例提供了一種聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng),其組成如圖1所示,包括:一套揚(yáng)聲器1、一臺(tái)信號(hào)源2、一套信號(hào)電纜3、一套聲傳感器4和聲電源5、一套掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6和一套測(cè)試電纜7 ;信號(hào)源2通過(guò)信號(hào)電纜3給揚(yáng)聲器I發(fā)出激勵(lì)信號(hào),一般為隨機(jī)信號(hào)。揚(yáng)聲器I正對(duì)薄板試驗(yàn)件8板面發(fā)出聲激勵(lì),使薄板試驗(yàn)件8產(chǎn)生振動(dòng)。聲傳感器4用于測(cè)量揚(yáng)聲器I發(fā)出的聲信號(hào),通過(guò)測(cè)試電纜7和聲電源5輸出到掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6。掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6用于發(fā)出激光逐點(diǎn)掃描測(cè)量薄板試驗(yàn)件8上各點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào),并可以記錄聲信號(hào),使用掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6內(nèi)安裝的或外置的模態(tài)分析軟件對(duì)聲信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)作分析,得到薄板試驗(yàn)件8的模態(tài)參數(shù)。
[0025]上述聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)搭建方法,依次包括如下步驟:
[0026]第一步:薄板試驗(yàn)件8安裝
[0027]把薄板試驗(yàn)件8按照要求狀態(tài)(自由懸掛狀態(tài)或固支狀態(tài))板面垂直安裝在聲試驗(yàn)室內(nèi)。
[0028]第二步:揚(yáng)聲器I放置
[0029]在薄板試驗(yàn)件8 一側(cè),揚(yáng)聲器I正對(duì)薄板試驗(yàn)件8板面放置,距離薄板試驗(yàn)件8在0.5米內(nèi)。
[0030]第三步:掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6放置
[0031]在薄板試驗(yàn)件8的另一側(cè)放置掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6,掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6的激光頭正對(duì)薄板試驗(yàn)件8板面,距離薄板試驗(yàn)件8在3米以外,使得激光束掃描角度Θ小于10度。
[0032]第四步:聲傳感器4安裝和連接
[0033]聲傳感器4使用細(xì)鐵絲懸掛于薄板試驗(yàn)件8前面,并指向揚(yáng)聲器1,聲傳感器4通過(guò)測(cè)試電纜7連到聲電源5和掃描式激光測(cè)振系統(tǒng)6。
[0034]第五步:信號(hào)源2連接
[0035]信號(hào)源2通過(guò)信號(hào)電纜3與揚(yáng)聲器I相連,用于對(duì)揚(yáng)聲器I發(fā)激勵(lì)信號(hào)。
[0036]下面結(jié)合一具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明“聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)”進(jìn)行介紹。
[0037]以某安裝狀態(tài)的電路板為例開(kāi)展聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)。
[0038]所述聲激勵(lì)非接觸式模態(tài)試驗(yàn)方法,依次包括如下步驟:
[0039]第一步:電路板安裝
[0040]電路板按實(shí)際工作狀態(tài)插入卡槽內(nèi),電路板垂直,卡槽固定在聲試驗(yàn)室中部的地軌上。
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