液壓振動臺激振力三折線對數分析方法與流程
2024-02-24 06:48:15
本發明涉及振動試驗臺技術領域，特別是涉及一種液壓振動臺激振力三折線對數分析方法。
背景技術：
振動試驗臺是現代產品研發的一個重要技術手段。由于振動試驗臺的激振力比較大，特別是液壓振動臺最大激振力可以達到數千kN，廣泛用於地震模擬試驗、道路模擬試驗機以及航空航天產品的振動環境模擬等，為了避免振動試驗臺振動對環境的影響，確保試驗設施周邊建築物的安全，工程設計人員需要了解振動臺激振力的頻率特性。在以往的工程設計中，由於缺少激振力分析的基本方法，只能憑經驗來估計，使得結構工程往往不經濟，而且也無法確保結構的安全。
技術實現要素：
本發明的目的提供一種液壓振動臺激振力三折線對數分析方法，已解決上述現有技術中存在的技術問題。
為實現本發明的目的，本發明提供了一種液壓振動臺激振力三折線對數分析方法，所述激振力通過下述公式計算得出，
F(f)＝m·a(f) (式1)
式中，F(f)為激振力；m為試驗臺運動部分質量；a(f)為對應頻率f的加速度值。
其中，為了計算試驗臺的振動加速度值，在選擇振動試驗臺時，需要先確定最大位移Umax、最大速度Vmax和最大加速度Amax，
假定試驗臺加速度曲線在雙對數坐標下呈三折線曲線，其中，橫坐標為頻率f，縱坐標為加速度a，對於這樣的三折線曲線，需要確定四個端點，分別為(f0,a0),(f1,a1),(f2,a2),(f3,a3)，上述四個端點連成一個三折線，也就是將液壓振動臺可分為三個加速度區間：
低頻部分的位移控制區段，a1＝Umaxω2
中頻部分的速度控制區段，a2＝Vmaxω
高頻部分的加速度控制區段，a3＝Amax
式中，ω＝2πf為圓頻率
計算每個區段的斜率ki以及截距ci，公式如下：
yi＝kixi+ci
yi＝lgai，
xi＝lgfi，
ci＝lgai-kilgfi
i＝0,1,2,3
於是，lgai＝kilgfi+ci
a1＝2πf1·Vmax＝(2πf1)2·Umax
u1＝Umax
其中，高頻部分的加速度控制區段為平直段，因此，
a2＝a3＝Amax
c3＝lgAmax
k3＝0
根據上述計算結果，就可以得到全頻域的通式：
計算出加速度a(f)後，按照(式1)即可計算激振力。
與現有技術相比，本發明的有益效果為，根據振動試驗臺的結構特性和工作原理，參考牛頓定律建立了一個振動試驗臺激振力三折線對數分析方法，可以方便、準確的分析振動試驗臺的激振力，為試驗臺基礎設計提供有效的振動荷載依據，為結構工程安全和試驗設施的正常使用提供可靠的保障。
附圖說明
圖1為本發明實施例試驗臺加速度曲線圖；
圖2為本發明實施例試驗臺三參數控制線圖；
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
根據振動試驗臺的結構特性和工作原理，參考牛頓定律建立了一個振動試驗臺激振力三折線對數分析方法，可以方便、準確的分析振動試驗臺的激振力，為試驗臺基礎設計提供有效的振動荷載依據，為結構工程安全和試驗設施的正常使用提供可靠的保障。
該方法是首次提出，其分析結果已在《建築振動荷載規範》中應用。
振動試驗臺的主要目的是給被試件提供有效的作用力。因此振動臺的主要技術指標包括激振力，振動位移，振動速度和振動加速度等。由於受振動臺的作動器結構特性的制約，試驗臺在整個試驗頻率區間的激振力並不相等。振動試驗臺是一種開敞式加載的裝置，激振力表現為慣性力，當被試件質量確定後，激振力就與加速度成正比。所以在低頻區段受到試驗臺作動器活塞行程和液壓油流速的限制，運動加速度達不到最大值。可見在低頻段振動臺激振力大小由位移決定，中頻段激振力大小由速度決定，高頻部分激振力則由加速度控制。
如圖2所示，為振動臺的三參數控制線示意圖。
為了計算振動試驗臺的激振力首先需要確定試驗臺的振動加速度，依據牛頓第二定律可以推算出振動試驗臺的慣性力，也就是激振力，即
F(f)＝m·a(f) (式1)
式中，F(f)為激振力；m為試驗臺運動部分質量；a(f)為對應頻率f的加速度值。
為了計算試驗臺的振動加速度包絡值，在選擇振動試驗臺時，需要先確定最大位移Umax，最大速度Vmax和最大加速度Amax。參考振動分析方法中常用的雙對數圖形，假定試驗臺曲線在雙對數坐標下呈線性，如圖1所示。
對於這樣的三折線曲線，需要確定四個端點，分別為(f0,a0),(f1,a1),(f2,a2),(f3,a3)，上述四個端點連成一個三折線，也就是將液壓振動臺可分為三個加速度區間：
低頻部分的位移控制區段，a1＝Umaxω2
中頻部分的速度控制區段，a2＝Vmaxω
高頻部分的加速度控制區段，a3＝Amax
式中，ω＝2πf為圓頻率
按照幾何代數方法，不難計算出該曲線的函數式。計算每個區段的斜率ki以及截距ci，公式如下：
yi＝kixi+ci
yi＝lgai，
xi＝lgfi，
ci＝lgai-kilgfi
i＝0,1,2,3
於是，lgai＝kilgfi+ci
a1＝2πf1·Vmax＝(2πf1)2·Umax
u1＝Umax
其中，高頻部分的加速度控制區段為平直段，因此，
a2＝a3＝Amax
c3＝lg Amax
k3＝0
根據上述計算結果，就可以得到全頻域的通式：
計算出加速度a(f)後，按照(式1)即可計算激振力。
計算實例
在0.01-100Hz頻率範圍，已知最大位移Umax＝150mm，最大速度Vmax＝1.2m/s，最大加速度amax＝10m/s2，且a＝0.01m/s2,(當f＝0.01Hz時)。振動臺運動部分質量為m＝800kg，最大激振力為Fmax＝20kN。計算f＝2.5Hz處的激振力。
解：
a1＝2πf1·Vmax＝2π×1.273×1.2＝9.598(m/s2)
a2＝a3＝Amax＝20(m/s2)
c1＝lga1-k1lgf1＝lg9.598-1.332lg1.273＝0.8336
c2＝lga2-k2lgf2＝lg20-1.000lg2.653＝0.8774
激振力為
F＝m·a(f)＝800×100.8774×2.51.0＝15.08(kN)＜Fmax＝20kN
滿足激振力的要求。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。