轉角動柔度的間接測量方法

2023-12-04 10:13:21 7

專利名稱：轉角動柔度的間接測量方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測技術試領域的方法，具體地說，涉及的是一種轉角動柔 度的間接測量方法。
背景技術：
轉角動柔度在振動分析與振動控制領域有重要的應用價值，然而目前在工程 實踐中尚無輕便可靠的角位移或者角加速度傳感器，也沒有很好的集中力矩施加 方法，使得直接測量轉角動柔度非常困難。
經對現有技術文獻的檢索發現，許慶餘等人在《西安交通大學學報》1988， 22(4): 103-lll上發表了 "分析模態與實驗模態綜合技術的若干問題"。該文介 紹了一種轉角靜柔度的間接測量技術，按照力系等效原理，用平行力系的作用代 替集中力矩的作用，最後將轉角靜柔度表達為平動位移靜柔度的線性組合。然而 可以看到，這種測量技術並不適合於測量轉角動柔度。
檢索中還發現，M. A. Sanderson等人在《Journal of Sound and Vibration》 1995， 179(4): 669-684上發表了 "Direct measurement of moment mobility, part I: a theoretical study",(雜誌名稱聲與振動學報，文章名稱力矩
導納的直接測量，第I部分理論研究)。該文介紹在結構上附加高剛度低密
度的T形質量塊，然後測量T形塊上兩點的平動位移動柔度，通過平動位移動柔
度的線性組合間接測量轉角動柔度。這種間接測量方法的優點是不需要角位移或
者角加速度傳感器，也不需要在結構上施加集中力矩。但是，在結構上附加T形 質量塊不可避免地改變了結構的動力學特性，且很難保證待測結構和T形塊之間 完全剛性連接。因此這種方法只適合於測量大型結構的轉角動柔度，且難以保證 測試精度。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種轉角動柔度的間接測量
3方法，使得可不用附加質量塊，不用施加集中力矩，甚至不用施加平衡的集中力 系，只需要做幾次錘擊實驗或者掃頻實驗就可以由集中力到平動位移的動柔度間 接測量轉角動柔度，甚至可以測量集中力矩作用下的轉角動柔度。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括如下步驟
第一步，為了克服集中力矩難以施加的困難，在待測點附近布置兩個測點， 這三個測點共線，且測點等間距分布，基於諧波集中力系的等效原理，將待測點 的諧波集中力矩用上述三個測點的諧波集中力系代替，根據動柔度的定義式將集 中力矩到轉角的動柔度用多個集中力到轉角的動柔度線性表達；
第二步，為克服轉角難以測量的困難，基於轉角的數值微分公式，將待測點 的轉角轉換為上述三個測點的平動位移的線性組合，同樣的道理，集中力到待測 點的轉角動柔度轉換為集中力到上述三個測點的平動位移動柔度的線性組合；
第三步，進行錘擊實驗或者掃頻實驗，通過錘擊實驗或者掃頻實驗測量集中 力到上述三個測點的平動位移動柔度，將集中力矩到轉角的動柔度表示為所測量 平動位移動柔度的線性組合，從而實現轉角動柔度的間接測量。
本發明的優點在於將集中力矩到轉角的動柔度表示為多個集中力到平動位 移動柔度的線性組合，不用施加集中力矩，只需要採用綞擊實驗或者掃頻實驗測 量多個集中力到平動位移的動柔度就可以構造轉角動柔度的間接測量方法。本發 明的測量過程採用了常規的振動測量技術，不用給結構附加質量塊，不用加工特 殊的專用夾具，可操作性強，可很方便地應用於現場測試。


圖1為諧波集中力系的等效原理示意圖
圖2為本發明實施例中待測量的動柔度曲線圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示為一端固定的銅管，其壁厚為lmm，外徑為19. lmm。假設要測量 待測點3上的集中力矩到轉角的動柔度G,w， (53636中的前兩個下標表示響應的位置和方向，後兩個下標表示激勵的位置和方向。
(1) 如圖1所示，首先在待待測點3附近再布置兩個測點，測點之間的間距 為A，然後基於諧波集中力系的等效原理，將作用於待測點3的諧波集中力矩用 作用於測點l、測點2和待測點3的諧波集中力系替代，再由動柔度的定義將待
測點3上集中力矩到轉角的動柔度用多個集中力到轉角的動柔度線性表達
廣——2G3612 + 3G3622 _ G3632 △
這一步解決了集中力矩難以施加的困難，將諧波集中力矩等效為諧波集中力系。
(2) 按照轉角的一階三點數值微分公式，可以將集中力到待測點3的轉角動
柔度用集中力到測點1，測點2和待測點3的三個平動位移動柔度線性表達
廠—G12i2 _ 4G22,2 + 3G32,2 , — i ， ^
"36!2 一 ,一丄，厶,J
2A
這一步解決了轉角難以測量的困難，將集中力到待測點3的轉角動柔度表示為集 中力到測點l，測點2和待測點3的平動位移動柔度的線性組合，而後者可以通 過錘擊實驗或者掃頻實驗獲得。
(3) 通過錘擊實驗或者掃頻實驗測量集中力到平動位移的動柔度激勵測點 1，測量三個動柔度G皿，G2212， G3212;激勵測點2，測量三個動柔度(71222 ， G2222 ，
G3222 ，激勵測點2，測量三個動柔度(7|232 ， G2232 ， G3232 ，將測量得到的上述動
柔度代入前面的兩個計算式從而完成了轉角動柔度的間接測量。
由於目前尚沒有可靠的轉角動柔度直接測量方法，為了驗證所提的轉角動柔 度間接測量方法的正確性，選擇圖l所示的簡單結構，並建立其有限元模型，基 於有限元模型計算待測點3上的集中力矩到轉角的動柔度作為準確值，並將此準 確值和所提間接測量方法得到的轉角動柔度測量值進行比較。待測點3上集中力 矩到轉角的動柔度(53636的測量值和準確值如圖2所示，其中虛線為準確的轉角
動柔度，實線為測量的轉角動柔度。從圖2可以看出，間接測量方法得到的轉角 動柔度測量值和準確值之間符合得很好，在共振區的吻合程度最好，而在振動分 析中，共振區附近的轉角動柔度是最受關注的。
權利要求
1、一種轉角動柔度的間接測量方法，其特徵在於包括如下步驟第一步，在待測點附近布置兩個測點，這三個測點共線，且測點等間距分布，將待測點的諧波集中力矩用上述三個測點的諧波集中力系代替，並根據動柔度的定義式將集中力矩到轉角的動柔度用多個集中力到轉角的動柔度線性表達；第二步，將待測點的轉角轉換為上述三個測點的平動位移的線性組合，同樣，集中力到待測點的轉角動柔度也轉換為集中力到上述三個測點的平動位移動柔度的線性組合；第三步，進行錘擊實驗或者掃頻實驗，通過錘擊實驗或者掃頻實驗測量集中力到上述三個測點的平動位移動柔度，將集中力矩到轉角的動柔度表示為所測量平動位移動柔度的線性組合，從而實現轉角動柔度的間接測量。
2、 根據權利要求1所述的轉角動柔度的間接測量方法，其特徵是，所述第 二步中，是按照轉角的一階三點數值微分公式實現的。
全文摘要
本發明涉及一種振動測試技術領域的轉角動柔度的間接測量方法，在待測點附近再布置兩個測點，以上三個測點共線且等間距分布，基於諧波集中力系的等效原理和轉角的一階三點數值微分公式，將諧波集中力矩用諧波集中力系替代，將轉角表達為平動位移的線性組合，最後將集中力矩到轉角的動柔度用集中力到平動位移的動柔度線性表示，通過測量集中力到平動位移的動柔度間接地測量轉角動柔度。本發明不用給結構附加質量塊，不用施加集中力矩，甚至不需要施加平衡的集中力系，只需要採用錘擊實驗或者掃頻實驗測量多個集中力到平動位移的動柔度就可以構造轉角動柔度的間接測量方法。
文檔編號G01L3/00GK101504323SQ20091004778
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月19日 優先權日2009年3月19日
發明者光 孟, 董興建 申請人:上海交通大學