振動激勵裝置和使用該裝置的結構振動測試裝置的製作方法
2023-05-22 08:05:31
專利名稱：振動激勵裝置和使用該裝置的結構振動測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及能夠進行多自由度振動激勵測試的振動激勵裝置，並涉及使用這種裝置的結構的振動測試裝置，以便對結構的一部分實驗地計算振動激勵運動，根據振動響應的數值計算而對其它部分計算振動激勵運動，並通過將它們組合而對整個結構計算振動激勵運動。
在JP-A-5-10846中描述了對一種結構進行振動測試的一實施例，該實施例對結構的一部分實驗地進行振動激勵測試，對結構的其它部分進行振動響應數值計算，並通過將它們組合而測試整個結構。這一公開中描述的方法使用一種振動激勵裝置實時進行振動激勵測試。
這裡，作為用於實驗引起振動激勵的振動激勵裝置，在43屆應用力學聯合學術講座會(43rdApplied Mechanics Joint LectureMeeting)(1993年)的原始報告第581頁中描述了用於向被測試物體在平移方向和旋轉方向施加負荷的裝置。
這裡，上述日本專利未審申請No.5-10846中描述的結構是在原型只在一個方向變形的情形下假定的，並建立了以下任何一個假設。這就是，(1)建築物中地板的剛性與牆壁的剛性相比很大，且地板的彎曲變形可被忽略。進而，牆壁反抗其表面內變形的剛性與牆壁反抗其表面以外變形的剛性相比很大，從而可忽略牆壁的膨脹和壓縮。(2)原型以在原型兩端部分施加的力矩支撐。
然而，由於實際的管道、橋梁、振動緩衝裝置等對應於一種在平移方向和旋轉方向都發生變形的結構，故必須對原型在平移方向和旋轉方向進行振動激勵，然而在上述日本專利未審申請No.5-10846描述的結構中，沒有考慮在兩個方向都施加振動激勵的結構，於是很難實際上知道振動激勵運動。
反之，在其中對於原型的平移方向和旋轉方向能夠進行振動激勵的後者情形下，具有大質量擺動的振動激勵機，及油液管道的慣性力和彈性力對于振動激勵起擾動作用。於是有振動激勵的精確性被降低這樣的問題存在。此外，在這種裝置中，由于振動激勵機配置在反作用力框架之內，故很難使反作用框架變得緊湊和高剛性。
本發明是在考慮上述先有技術的問題情形下作出的，且本發明的目的是要提供一種能夠測試在平移方向和旋轉方向兩者都有變形的結構的振動激勵裝置，以及使用這種振動激勵裝置的振動測試裝置。
本發明的另一目的是要提供一種振動激勵裝置，它具有改進的振動激勵精確性、緊湊的尺寸和高的剛性，並可用于振動測試裝置。
為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了用於結構的振動測試裝置，該裝置裝有用於引起對模仿結構一部分的原型的振動激勵的振動激勵裝置，及用於計算設想與原型連接的數值模型的振動響應的控制計算裝置，該裝置還進行整個結構的振動測試，其中振動激勵裝置裝有多個用於引起原型振動激勵的振動激勵器，用於檢測多個振動激勵器位移的多個位移檢測器及用於檢測施加到原型的負荷的負荷檢測器，且控制計算裝置裝有計算器，用於計算先前基於由負荷檢測器所檢測的負荷及由多個位移檢測器檢測的振動激勵器的位移而確定的激勵力點的平移方向和旋轉方向的位移，並裝有信號產生器，用於基於計算器的輸出來產生驅動振動激勵器的驅動信號。
根據本發明的第二方面，為了實現上述目的，提供了振動測試裝置，該裝置裝有用於對模仿結構的一部分的原型引起振動激勵的振動激勵裝置，及用於計算設想與原型連接的數值模型的振動響應的數字計算器，並進行整個結構的振動測試，其中振動激勵裝置裝有多個振動激勵器，且多個振動激勵器這樣配置，使得向原型同時施加平移位移和旋轉位移。
因此，振動激勵裝置最好有至少三個振動激勵器，並包含用於在水平方向引起振動激勵的水平振動激勵機及在垂直方向引起振動激勵的垂直振動激勵機，並具有至少兩個用於結構上在振動激勵器和原型之間連接的接合點；分別有水平連杆連接到水平振動激勵器，垂直連杆連接到垂直振動激勵器，並至少一個水平連杆和至少一個垂直連杆連接到接合點；裝有用於把接合點固定到振動激勵裝置的接合點固定器，且能夠至少在兩個不同方向上檢測負荷的負荷檢測器裝在接合點固定器與接合點之間；用於安裝原型的接合點固定器安裝到接合點，且能夠檢測兩個不同方向上至少任意一個負荷及繞軸線的力矩的負荷檢測器裝設在接合點固定器上；裝有用於從多個振動激勵器位移來計算激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，用於基於至少振動激勵器的位移、速度及加速度中任何一個來估計激勵力點加速度的振動激勵點加速度估計器，以及用於基於通過振動激勵點加速度估計器估計的加速度、由負荷檢測器檢測的負荷及由振動激勵點位置計算器計算的激勵力點的位置而計算原型的反作用力的反作用力計算裝置；並裝有至少加速度檢測器和角加速度檢測器之一，用於基於任何檢測器的檢測值計算激勵力點的加速度的振動激勵點速度和加速度計算器，用於計算激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，以及反作用力計算器，用於基於由負荷檢測器檢測的負荷、由振動激勵點位置計算器計算的激勵力點的位置、及由振動激勵速度和加速度計算器計算的激勵力點的加速度，計算原型的反作用力。
根據本發明的第三方面，為了實現上述目的，提供了具有用於引起被測試的物體振動激勵的多個振動激勵器的及用於安裝振動激勵器的框架的振動激勵裝置，其中多個振動激勵器這樣配置，使得對被測試的物體同時施加平移位移和旋轉位移。
因此，最好提供至少三個振動激勵器，並包含用於引起水平方向振動激勵的水平振動激勵機及用於引起垂直方向振動激勵的垂直振動激勵機；提供能夠在被測試物體和振動激勵器之間進行結構連接的至少兩個接合點；分別把水平連杆連接到水平振動激勵器，和垂直連杆連接到垂直振動激勵器，且至少一個水平和至少一個垂直連杆被連接到接合點；提供了用於固定接合點的接合點固定器，且能夠檢測至少兩個不同方向上的負荷及繞一軸線的力矩的負荷檢測器裝設在接合點固定器中；提供了用於基於對於水平振動激勵機和垂直振動激勵機的位移、速度和加速度中至少任何一個來估計激勵力點的加速度的振動激勵點加速度估計器，用於從水平振動激勵機和垂直振動激勵機的位移計算激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，及反作用力計算器，用於基於由負荷檢測器檢測的負荷、由振動激勵點位置計算器計算的激勵力點位置以及由振動激勵點加速度估計器估計的激勵力點的加速度去計算來自被測試物體反作用力；並提供了至少加速度檢測器和角加速度檢測器中的任何一個，用於基於任何檢測器的檢測值計算激勵力點的加速度的振動激勵點速度和加速度計算器，用於計算激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，以及反作用力計算器，用於基於由負荷檢測器檢測的負荷、由振動激勵點位置計算器計算的激勵力點的位置、以及由振動激勵速度和加速度計算器計算的激勵力點的加速度，計算原型的反作用力。
圖1是根據本發明的振動測試裝置的第一實施例的示意圖；圖2是根據本發明的多軸振動激勵裝置實施例的示意圖；圖3是解釋圖2中所示多軸振動激勵裝置中的負荷檢測器細節的圖示；圖4是解釋根據本發明的激勵力點的圖示；圖5是根據本發明的振動測試裝置另一實施例的示意圖；圖6是根據本發明的振動測試裝置又一實施例的示意圖；圖7是負荷檢測器另一實施例的示意圖。
以下，將參照附圖詳細說明根據本發明的某些實施例。
圖1到3涉及根據本發明的振動測試系統的第一實施例，其中圖1是用於結構的振動測試裝置的示意圖，圖2是表示用於圖1中所示振動測試裝置的振動激勵裝置一實施例的圖示，而圖3是表示圖2中使用的負荷檢測器細節的圖示。根據本發明的振動測試裝置使用對實際尺寸或小型尺寸建模獲得的原型，對被測試的結構的一部分進行振動激勵測試，並對結構的其它部分進行數值建模，且對數值建模部分進行振動響應計算。然後，把兩個結果進行組合併估算整個結構的振動響應。因而，本實施例中，提供了多軸振動激勵裝置110，它具有多個振動激勵機1，2和3，用於向安裝在基座15上的原型14傳送振動激勵機位移的接合點，用於從原型14到振動激勵機1，2和3配置接合點和負荷檢測器12的固定器6，並提供了控制計算裝置100，它控制該多軸振動激勵裝置110且具有用於計算數值模型振動響應的數字計算器或模擬計算器。然後，每一振動激勵機1，2和3裝有圓柱體1b，2b和3b，驅動軸1a，2a和3a，及位移檢測器1c，2c和3c。
控制計算裝置100裝有每一個以下器件。即裝有用於基於每一振動激勵機1，2和3的位移來計算位於數值模型和原型14之間邊界部分的激勵力點16的位置的振動激勵位置計算器101，用於基於由負荷檢測器12檢測的負荷和激勵力16的點16的位置而計算原型14中產生的反作用力的反作用力計算器102，用於基於原型14中產生的反作用力和已知的外力而在經過預定時間後計算數值模型14的位移的振動響應計算器103，用於從激勵力點16的位置命令值來計算對每一振動激勵機1，2和3的位移命令值的振動激勵機位移計算器104，以及用於根據對振動激勵機1，2和3的位移命令值來操縱振動激勵機1，2和3的振動激勵機控制器105。
這種情形下，本發明的特點之一在於，提供了一個能夠施加旋轉位移和平移位移的激勵力點。激勵力點16是從明確表示原型變形的一點或者1對1地對應於該點的點選擇的。即，如果當可選地選擇激勵力點時以高精度從點的位移計算原型的位移，則能夠把該點設置為激勵力點。例如，在對圖1所示結構進行振動激勵測試的情形下，柱狀物部分設置為原型，而其上部分設置為數值模型。以下將參照圖4說明這時選擇激勵力點的方法。在原型14中形成的中性軸20和數值模型與原型之間的邊界面之間的交叉點設置為邊界點。在如圖1所示簡化的模型中，由於中性軸對應於最佳表示模型變形的點，故在最簡單的情形下選擇邊界點作為激勵力點。然而，邊界點對應於圖1中內部的一點，並很難實際測量其位移。在測量位移以便用於控制激勵機1，2和3等的情形下，最好是裝置的表面上的一點。這種情形下，能夠在接合固定器6上提供激勵力點16。然而，這種情形下，必須對向邊界點位移的轉換進行計算。反之，在複雜形狀的情形下，其情形是很難選擇中性軸。這種情形下，如果在等價模型上有中性軸，則最好選擇等價模型中的中性軸上的一點。如果甚至在等價模型中也很難選擇中性軸，則最好選擇一幾何中心點等。在每一情形下，只要是能夠表示原型位移的點，而不涉及必須轉換、計算等，就能夠用作激勵力點。
以下，將基於操作過程描述控制計算裝置100中處理內容的一實施例。
(1)使用多軸振動激勵裝置110以便在平移方向和旋轉方向移動並激勵原型14，從而向控制計算裝置100輸入來自負荷檢測器12檢測的負荷。
(2)與檢測負荷相關的振動激勵機1，2和3的位移也輸入到控制計算裝置100，且振動激勵點位置計算器101基于振動激勵機1，2和3的位移計算激勵力點16的位置。
(3)反作用力計算器102基於由負荷檢測器12檢測的負荷及在條款(2)計算的激勵力點16的位置計算在原型14中產生的反作用力。
(4)振動響應計算器103基於在條款(3)計算的反作用力和已知的外力，在對應於預定時間之後的步驟的下一個步驟中計算數值模型的位移。
(5)通過抽取原型14和數值模型之間的邊界部分，即在條款(4)中獲得的數值模型的位移之中激勵力點16的位移，振動激勵點位置計算器104基於該位移計算每一振動激勵機1，2和3的位移命令值。
(6)根據在條款(5)計算的振動激勵機位移命令值，振動激勵機控制器105驅動振動激勵機1，2和3，且結果是，多軸振動激勵裝置110位移並激勵原型14。
重複上述從(1)到(6)的處理。於是，即使當所屬的結構在平移方向和旋轉方向兩個方向位移時，也能獲得其振動響應。
以下，將參照圖2描述用於本振動激勵測試裝置的多軸振動激勵裝置的一實施例。多軸振動激勵裝置110具有固定到基座15的側壁4和4，它們互相面對原型14的兩個側面邊。然後，頂板5配置在原型14之上，使之連接兩個側壁4和4。側壁4和4及頂板5構成反作用力框架。具有固定到側壁4的振動激勵機圓柱體的驅動軸一邊的水平振動激勵機1在驅動軸中有接合點8。然後，水平振動激勵機1這樣配置，使得振動激勵機圓柱體不會進入反作用力框架的內側。同樣地，構造在驅動軸中有接合點9的垂直振動激勵機2和3，使得振動激勵機圓柱體的驅動軸側固定到頂板5，且每一振動激勵機的圓柱體的配置，使其不會進入反作用力框架的內側。進而，接合點固定器6在原型14的上表面連接，而接合點7通過接合點固定器6連接到原型14。
作為接合點固定器6，圖2中使用形成為一個板形狀的結構，然而其形狀、數目和安裝位置不限於此，且能夠按個別需要適當提供。而且，接合點固定器6包含由加工原型14本身提供的用於安裝接合點7的結構。而且，安裝到原型14的接合點7在圖2中由兩個構成，然而其形狀、自由度、數目和安裝位置不限於接合點固定器6那樣的情形。
原型14的接合點7之一和水平振動激勵機的驅動軸的接合點8由水平連杆10連接。原型的接合點7之一和安裝到垂直振動激勵機的驅動軸的接合點9由垂直連杆11連接。在根據本實施例的多軸振動激勵裝置110中，水平振動激勵機1和垂直振動激勵機2和3的每一個的位移，通過水平連杆10和垂直連杆11傳送到安裝在原型14的接合點7。結果，原型14被激勵。
在以上實施例中所示多軸振動激勵裝置110中，由於只有各振動激勵機驅動軸1a，2a和3a，水平連杆10，垂直連杆11，負荷檢測器12，接合點固定器6和原型側的接合點7作為可移動部分，故整個質量小於組合水平振動激勵機1和垂直振動激勵機2和3獲得的質量。於是與其中整個振動激勵機擺動的傳統結構相比，能夠大大降低在振動激勵時所產生的慣性力。而且，在傳統技術中，由於向每一振動激勵機提供油液壓的管道與振動激勵機的擺動相對應操作，故管道的彈性力起振動激勵的幹擾作用。反之，本實施例中，由于振動激勵機圓柱體固定在反作用力框架上，故管道不動且不對振動激勵施加影響。如上所述，根據本實施例，由於能夠降低由可運動部分慣性力和油液管道的彈性力所引起的幹擾，改進了振動激勵的精確性。
而且，由於水平振動激勵機和垂直振動激勵機傳統上配置在反作用力框架內側，故必須構成大尺寸的反作用力框架。然而，根據本實施例，由于振動激勵機圓柱體能夠配置在反作用力框架外側，故只需配置反作用力框架，使得能夠安置水平連杆10和垂直連杆11即可，於是能夠使每一連杆的長度比振動激勵機圓柱體的長度短。於是，能夠使反作用力框架緊湊，並從而使之有高的剛性。
以下，將對振動激勵機的位移和激勵力點的位置之間的對應關係給出說明，這種對應關係對參照上述實施例的激勵的情形是必須的。
首先，基於激勵力點16的位置計算水平振動激勵機1的位移和垂直振動激勵機2和3的位移。水平振動激勵機的數目為一，垂直振動激勵機的數目為二。進而，原型14側的接合點數目為二。這種情形下，每一位移能夠由公式1計算。l1=-(xr-b)+(a1-a12-zr2)]]>l2=-zr+(a2-a22-(xr-b)2)]]>l3=-z1+(a2-a22-(x1+b)2)]]>(公式1)其中，
Xr＝X-dzsinθy+bcosθyZr＝Z-dz(1-cosθy)+bsinθyXl＝X-dzsinθy-bcosθyZl＝Z-dz(1-cosθy)-bsinθy(公式2)其中，X，Z，θy激勵力點的位置11水平振動激勵機1的位移12垂直振動激勵機2的位移13垂直振動激勵機3的位移a1水平連杆的長度a2垂直連杆的長度2b原型側接合點的間隔(參見圖3)dz接合點固定器的高度(參見圖4)通過使用以上公式，能夠基於激勵力點16的位置明確地計算出振動激勵機1，2和3的位移。而且，當水平振動激勵機和垂直振動激勵機的總數為三或更多、且原型14側接合點的數目為二或更多時，根據上述方法能夠基於激勵力點的位置明確地確定振動激勵機的位移。
於是，這樣形成結構，使得水平振動激勵機和垂直振動激勵機的總數為三或更多、且原型側接合點的數目為二或更多，從而能夠基於激勵力點的位置明確地計算振動激勵機的位移。然後，能夠明確地確定施加到原型的平移方向和旋轉方向兩者的變形量。
反之，基於水平振動激勵機1的位移和垂直振動激勵機2和3的位移，能夠計算激勵力點的位置。以下將考慮圖2所示的情形，其中至少一個水平連杆和至少一個垂直連杆同時連接到原型側的任一接合點。這時，能夠基於公式3計算激勵力點的位置。
x＝xr-bcosφy+dzsinθyz＝zr-bsinφy-dzcosθy+dry=cos-14b2+(xr+b)2+(a2-l3-zr)2-a224b(xr+b)2+(a2-l3-zr)2]]>-tan-1a2-l3-zrxr+b]]>(公式3)其中，xr＝b+a1-l1-arcosφ1zr＝arsinφ11=tan-1a2-l2a1-l1-cos-1a12+(a1-l1)2+(a2-l2)2-a222a1(a1-l1)2+(a2-l2)2]]>(公式4)根據本方法，能夠基於水平振動激勵機和垂直振動激勵機的位移嚴格計算激勵力點的位置。
如上所述，在根據本實施例的振動測試裝置中，用於基於水平振動激勵機和垂直振動激勵機的位移計算激勵力點的位置的控制計算裝置100是必須的。然而，在不能嚴格計算每一垂直振動激勵機的位移的情形下，可執行近似計算和收斂計算，然而，在這種情形下，鑑於操作的精確性和操作時間，可能會引起不充分的結果。於是，如果能夠獲得嚴格的解法，則能夠解決問題並改進測試的精確性。
以下，將參照圖3描述計算原型14中產生的反作用力的實施例。圖3是圖2中所示接合點固定器6的詳圖。用於檢測兩個垂直交叉方向負荷的負荷檢測器12a和12b配置在原型側接合點固定器6和接合點7之間。
這時反作用力的計算方法如下。在振動激勵時，接合點固定器6、原型側接合點7以及負荷檢測器12a和12b同時被激勵，於是在每一裝置中產生慣性力、離心力和科裡奧利(Corioli’s)力。而且，當施加使原型14旋轉的力時，則由於相對空重而使接合點固定器6、原型側接合點7以及負荷檢測器12產生傾覆力矩。由振動激勵產生的慣性力、離心力和科裡奧利力及傾覆力矩重疊到來自原型14的反作用力上並在負荷檢測器12a和12b檢測到。於是通過從負荷檢測器12a和12b的檢測值中減去慣性力、離心力和科裡奧利力及傾覆力矩的分量，能夠獲得原型14中產生的反作用力。在原型中產生的反作用力由公式5表示。
Fx＝(f1x+f2x)cosθy-(f1z+f2z)sinθy+mtx..-mthtcosy..y+mthtsiny.y2]]>Fz＝(f1x+f2x)sinθy+(f1z+f2z)cosθy+mtz..-mthtsiny..y-mthtsiny.y2+mtg]]>My＝(f1z-f2z)b-(f1x+f2x)dz+(I1+mtht2)..y-mthtcosyx..-mthtsinyz..-mtghtsiny]]>(公式5)其中，Fx，Fz，My在原型中產生的反作用力f1x，f1z，f2x，f2z由負荷檢測器檢測的負荷
激勵力點的加速度mt接合點固定器、接合點和負荷檢測器的總質量It圍繞接合點固定器、接合點和負荷檢測器的整體重心的慣性力矩ht從接合點固定器下表面到接合點固定器、接合點和負荷檢測器的整體重心的高度g自由落體加速度根據本實施例，由於負荷檢測器12配置在接合點固定器6和接合點7之間，故能夠獲得原型14的反作用力。這種情形下，當在上述位置配置負荷檢測器12時，減少了原型14和負荷檢測器之間存在的部件數量，於是能夠降低由慣性力、離心力、科裡奧利力、空載力和多餘部件摩擦力對負荷檢測值的影響，並以較高精度獲得反作用力。
這種情形下，如公式5中所示，為了計算原型14中產生的反作用力，除了在負荷檢測器12中檢測的負荷之外，作用於接合點固定器6、接合點7和負荷檢測器12的慣性力、離心力、科裡奧利力和傾覆力矩的值是必要的。在它們之中，當能夠知道激勵力點16的位置時，能夠計算傾覆力矩。反之，對於慣性力、離心力、科裡奧利力，當知道激勵力點16的加速度時，能夠計算它們。這時，其中計算這些量及補償其影響的控制計算裝置100的實施例將示於圖5中。
在控制計算裝置100中，提供了用於基于振動激勵機的位移來估算激勵力點16處的速度的振動激勵點速度估算器106a，用於估算加速度的振動激勵點加速度估算器106b。在反作用力計算器102中，使用公式5基於由負荷檢測器12檢測的負荷、由振動激勵點位置計算器101計算的激勵力點的位置、由振動激勵點速度估算器106a估算的激勵力點的速度、以及由振動激勵點加速度估算器106b估算的加速度來計算反作用力。這時，根據上述的方法，補償慣性力、離心力、科裡奧利力和傾覆力矩。在振動激勵點速度估算器106a和振動激勵點加速度估算器106b中，例如通過對基于振動激勵機的位移獲得的激勵力點位置進行微分並使用觀察器，從振動激勵機的位移、速度和加速度，估算激勵力點的速度和加速度。根據本實施例，由於能夠通過振動激勵點速度估算器106a估算速度，並通過振動激勵點加速度估算器106b估算加速度，故能夠補償慣性力、離心力、科裡奧利力，並能夠以較高精度獲得反作用力。
以下將參照圖6說明根據本發明的第三實施例。本實施例不同於第二實施例在於，在接合點固定器6中提供了加速度檢測器13a和角速度檢測器13b，以便獲得激勵力點速度和加速度。使用加速度檢測器13a和角速度檢測器13b的輸出，能夠以高精度得到激勵力點的速度和加速度。這種情形下，加速度檢測器13a和角速度檢測器13b可以是分體的或可以是整體的。而且，能夠基於由加速度檢測器13a檢測的值計算角速度。又，除了角速度檢測器13b之外，還可以提供角加速度檢測器13c。這種情形下，能夠以比較簡單的方式計算激勵力點的速度和加速度。
振動激勵點速度和加速度計算器107基於分別由加速度檢測器13a和角速度檢測器13b檢測的加速度和角速度來計算激勵力點16的速度和加速度。反作用力計算器102，基於由負荷檢測器12檢測的負荷、由振動激勵點位置計算器101計算的激勵力點16的位置、以及由振動激勵點速度和加速度計算器107計算的激勵力點16的速度和加速度，補償慣性力、離心力、科裡奧利力和傾覆力矩，並根據公式5計算反作用力。這種情形下，例如在振動激勵點速度和加速度計算器107中，分別對由加速度檢測器13a和角速度檢測器13檢測的加速度和角速度進行坐標系變換。
根據本實施例，由於在接合點固定器6中提供了加速度檢測器13a和角速度檢測器13b，並在控制計算裝置100中提供了用於基於檢測的加速度和角速度計算激勵力點的速度和加速度的器件107，故對於由反作用力測量器測量的反作用力能夠補償慣性力，於是能夠以較高精度獲得反作用力。這種情形下，在上述實施例中，角加速度是基於角速度的檢測值計算的，然而，當用於檢測角加速度的檢測器被獨立提供時，能夠以較高精度獲得激勵力點的速度和加速度。
進而，以下將說明根據本發明振動測試裝置的其它實施例。在接合點固定器6和原型14之間提供了用於檢測兩個垂直交叉方向的負荷及圍繞交叉垂直於負荷檢測方向的軸線的力矩的負荷檢測器12。接合點固定器6的細節如圖8所示。在這樣構造的本實施例中，能夠基於公式6計算反作用力。
Fx＝fxcosθy-fzsinθyFz＝fxsinθy+fzcosθyMy＝my (公式6)其中，fx，fz，my由負荷檢測器檢測的負荷根據本實施例，按與上述每一實施例相同的方式，能夠以高精度檢測反作用力。
在上述每一實施例中，多軸振動激勵裝置基於預定的輸入信號能夠在平移方向和旋轉方向對於被測試物體引起振動激勵。進而，振動測試裝置具有用于振動激勵測試所必須的功能，諸如從激勵力點的位置到振動激勵機的位移的轉換，對應於其反向轉換從振動激勵機的位移到激勵力點的轉換，檢測被測試物體中反作用力等等。
根據本發明，即使在所述結構在平移方向和水平方向兩個方向變形的情形下，也能夠通過實際進行結構的一部分的振動激勵測試並組合結構的其它部分的振動響應的計算，以高精度進行整個結構的振動測試。這時，能夠提供多軸振動激勵裝置，該裝置能夠改進振動激勵測試中振動激勵的精確度，並能夠用於具有緊湊尺寸和高剛性的振動測試裝置中。
本發明能夠在其範圍和主要特徵內在其它方面實現。因而，本說明書所述實施例只是作為示例性結構展示，而不是以限制方式展示。本發明的範圍由所附權利要求書陳述，並在權利要求書內所有修改的實施例包含在本發明的範圍中。
權利要求
1.一種用於結構的振動測試裝置，該裝置裝有用於對模仿結構一部分的原型引起振動激勵的振動激勵裝置，及用於計算設想與原型連接的數值模型的振動響應的控制計算裝置，該裝置還進行整個結構的振動測試，其中所述振動激勵裝置裝有多個用於引起原型振動激勵的振動激勵器，多個用於檢測多個振動激勵器位移的位移檢測器及用於檢測施加到所述原型的負荷的負荷檢測器，且所述控制計算裝置裝有計算器，用於計算先前基於由所述負荷檢測器所檢測的負荷及由所述多個位移檢測器檢測的振動激勵器的位移而確定的激勵力點的平移方向和旋轉方向的位移，並裝有信號產生器，用於基於計算器的輸出產生驅動所述振動激勵器的驅動信號。
2.一種用於結構的振動測試裝置，該裝置裝有用於對模仿結構的一部分的原型引起振動激勵的振動激勵裝置，及用於計算設想與原型連接的數值模型的振動響應的數字計算器，並進行整個結構的振動測試，其中所述振動激勵裝置裝有所述多個振動激勵器，且所述多個振動激勵器這樣配置，使得向所述原型同時施加平移位移和旋轉位移。
3.如權利要求2中所述用於結構的振動測試裝置，其中所述振動激勵裝置具有至少三個所述振動激勵器，並包含用於引起水平方向振動激勵的水平振動激勵機及用於引起垂直方向振動激勵的垂直振動激勵機，並具有用於在所述振動激勵器和原型之間進行結構連接的至少兩個接合點。
4.如權利要求3中所述用於結構的振動測試裝置，其中分別有水平連杆連接到水平振動激勵器，和垂直連杆連接到垂直振動激勵器，並有至少一個水平連杆和至少一個垂直連杆連接到接合點。
5.如權利要求3中所述用於結構的振動測試裝置，其中裝設了用於把接合點固定到所述振動激勵裝置的接合點固定器，且能夠至少在兩個不同方向上檢測負荷的負荷檢測器裝在接合點固定器與所述接合點之間。
6.如權利要求3中所述用於結構的振動測試裝置，其中用於安裝所述原型的接合點固定器安裝到所述接合點，且能夠檢測兩個不同方向上至少任意一個負荷及繞軸線的力矩的負荷檢測器裝設在接合點固定器上。
7.如權利要求3中所述用於結構的振動測試裝置，其中裝有用於從所述多個振動激勵器位移來計算激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，用於基於至少所述振動激勵器的位移、速度及加速度中任何一個來估計所述激勵力點加速度的振動激勵點加速度估計器，以及用於基於通過振動激勵點加速度估計器估計的加速度、由所述負荷檢測器檢測的負荷及由所述振動激勵點位置計算器計算的激勵力點的位置而計算所述原型的反作用力的反作用力計算裝置。
8.如權利要求3中所述用於結構的振動測試裝置，其中裝有至少加速度檢測器和角加速度檢測器之一，用於基於任何檢測器的檢測值來計算激勵力點的加速度的振動激勵點速度和加速度計算器，用於計算所述激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，以及反作用力計算器，用於基於由所述負荷檢測器檢測的負荷、由所述振動激勵點位置計算器計算的激勵力點的位置、及由所述振動激勵速度和加速度計算器計算的激勵力點的加速度，計算所述原型的反作用力。
9.一種具有用於引起被測試的物體振動激勵的多個振動激勵器及用於安裝振動激勵器的一個框架的振動激勵裝置，其中所述多個振動激勵器這樣配置，使得對被測試的物體同時施加平移位移和旋轉位移。
10.如權利要求9中所述振動激勵裝置，其中提供至少三個所述振動激勵器，並包含用於引起水平方向振動激勵的水平振動激勵機及用於引起垂直方向振動激勵的垂直振動激勵機。
11.如權利要求10中所述振動激勵裝置，其中提供能夠在被測試物體和所述振動激勵器之間進行結構連接的至少兩個接合點。
12.如權利要求11中所述振動激勵裝置，其中分別有一個水平連杆連接到所述水平振動激勵器，和一個垂直連杆連接到所述垂直振動激勵器，且有至少一個水平和至少一個垂直連杆被連接到所述接合點。
13.如權利要求12中所述振動激勵裝置，其中提供了用於固定所述接合點的接合點固定器，且能夠檢測至少兩個不同方向上的負荷及繞一軸線的力矩的負荷檢測器裝設在接合點固定器中。
14.如權利要求12中所述振動激勵裝置，其中提供了用於基於對於所述水平振動激勵機和所述垂直振動激勵機的位移、速度和加速度中至少任意一個來估計激勵力點的加速度的振動激勵點加速度估計器，用於從所述水平振動激勵機和所述垂直振動激勵機的位移計算激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，及反作用力計算器，用於基於由所述負荷檢測器檢測的負荷、由所述振動激勵點位置計算器計算的激勵力點位置以及由所述振動激勵點加速度估計器估計的激勵力點的加速度而計算來自被測試物體的反作用力。
15.如權利要求12中所述振動激勵裝置，其中提供了至少加速度檢測器和角加速度檢測器任何之一，用於基於任何檢測器的檢測值來計算激勵力點的加速度的振動激勵點速度和加速度計算器，用於計算所述激勵力點位置的振動激勵點位置計算器，以及反作用力計算器，用於基於由所述負荷檢測器檢測的負荷、由所述振動激勵點位置計算器計算的激勵力點的位置、以及由所述振動激勵速度和加速度計算器計算的激勵力點的加速度，計算所述原型的反作用力。
全文摘要
用於結構的尋找在平移方向和旋轉方向變形的結構振動響應的振動激勵測試裝置,及用於該裝置的振動激勵裝置。該振動激勵測試裝置實際上進行結構的一部分的振動激勵測試,進行結構的其它部分振動響應的數值計算,並組合這兩種方法尋找整個結構的振動響應。於是,該振動激勵測試裝置包括用於在平移方向和旋轉方向引起原型(14)振動激勵的多軸振動激勵裝置(110),用於從振動激勵器(1,2,3)的位移計算激勵力(16)點的位置的器件(101),及用於從負荷檢測器(12a,12b)檢測的負荷和激勵力(16)點的位置來計算反作用力的器件(102)。在下一步計算器(103)使用由計算器(102)計算的反作用力和已知的外力計算數值模型的位移,計算器(104)基於該位移計算振動激勵器位移命令值,且驅動器件(105)基於來自計算器(104)的輸出驅動振動激勵器(1,2,3)。
文檔編號G01M7/00GK1253623SQ97182121
公開日2000年5月17日 申請日期1997年3月17日 優先權日1997年3月17日
發明者桃井康行, 堀內敏彥, 梅北和弘, 井上雅彥, 今野隆雄, 菅野正治, 多田野有司 申請人:株式會社日立製作所