47.模态空间05.10-我拿简单梁进行激振器试验,但有些模态看起来不对 – 怎么啦?

MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD

模态空间 – 在我们自己的小世界中     Pete Avitabile() KSI科尚仪器 董书伟(译)

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我拿简单梁进行激振器试验,但有些模态看起来不对怎么啦?

我们讨论一下激振器推力杆的一些问题。

2014年05月09日 发布 ver1.0

对于试验模态分析,在设置激振器和通常被称为“顶杆”或“推力杆”的连接装置的过程中,如果不小心,那么激振器试验会引起某些特别的难题。一般情况下,系统如图1所示进行设置。推力杆的想法是允许轴向运动被传递到结构上去,用力传感器测量简单的拉压型载荷。

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图1 – 典型的激振器试验布置

推力杆的目的是允许在激励方向上的载荷,而减少可能传递到系统中去的横向载荷。从根本上讲,分离体的概念让我们知道在连接点上传递到结构上的力。那么,在被测结构的动态特性中不会包含激振器系统和推力杆的任何动态影响。至少从理论的进度看,这就是眼前发生的事情。当然这假定推力杆完全没有横向刚度,对于系统的总体动态特性没有任何明显的贡献。这是极其重要的,因为力传感器仅仅测量所施加的轴向载荷 – 如果有任何其他的载荷(横向载荷或者弯矩载荷)产生,力传感器也不会测它们。

接下来说明得到的测量结果。(这个测量结果是从别人那儿收到的)。建立一个相对柔性的梁,用激振器进行测量,跟图1所示的类似。但是,推力杆相对较短,有一种可能就是,推力杆的转动刚度可能会影响梁的弹性体模态。

所以现在我们看一看已经得到的某些测量结果。图2显示了一个FRF测量结果,是连接到结构上的激振器系统测量的,推力杆可能是太短。那么这使得推力杆的扭转刚度更加明显 – 特别是针对待测的这个柔性梁。模态试验表明,对前两个峰,同预计的一样,有传统的第1阶和第2阶弯曲模态。但是,接下来的两个峰展现出跟传统第3阶基本相同的梁弯曲模态。仅对被测结构测量了FRF结果,在推力杆上没有测。

后续的测试(以及推力杆本身上的额外测量结果)表明这两个峰实际上是调谐吸振器效应的产物。推力杆实际上跟FRF第3个峰上的结构模态振型同相位,而跟FRF第4个峰上的结构运动反相位。

力传感器仅仅测量激振器激励传递的轴向运动 – 没有测量跟梁转动刚度相关的转动影响,在试验设置中,它是由推力杆引入的。但是相对于梁,推力杆在连接点实际上像是一根扭转弹簧。

为了证实这种意见,在结构的第二次试验中用了一根更长的推力杆。长推力杆有效地减少了传递到被测结构上的转动刚度影响。

图3展示出连接了长推力杆的条件下的FRF。显然,这个FRF更干净,并且遵循梁结构形式的模态响应的预期模式。进行简单的模态勘查,前3个峰对应于悬臂梁结构的前3阶传统的模态振型。

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图2 – 利用短推力杆得到的频响

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图3 – 利用长推力杆得到的频响

显然,前2阶模态见证了不同的推力杆布置条件引起的频率迁移。这可以由很多原因造成,它也许是质量载荷影响、推力杆影响、不同的试验设置,等等。(这些测量结果是由别人提供的,所以我不清楚实际的试验设置 – 但是影响非常明显)。第3个峰是迥然不同的。主要的峰上有分叉,如同在调谐吸振器应用中常见的那样 – 所测响应的总体幅值也有明显的减小(如同在调谐吸振器理论中所见的那样)。

对测试系统,如果这个推力杆充当了调谐吸振器,则图4展示了可能产生的预期振型。(同样,这些测量结果也是别人提供的,此处用来说明预计存在的影响)。显然,随着推力杆变短,在结构连接点上,推力杆的转动影响将更加明显。如果推力杆恰好具有跟主结构的某阶模态相同的频率,那么,这种耦合无疑会产生如图2所示的FRFs。

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图4 – 推力杆的调谐吸振器效应

(备注:振型没有归一;简略地描述振型是为了说明跟主结构相耦合的推力杆转动刚度的预计影响)

显然,激振器推力杆的长度对准确FRF的测量起着非常重要的作用。如果推力杆太短,那么在测得的响应函数中可以看到有通常的刚度影响,对于这种特殊的情况,存在通常的调谐吸振器效应,很容易看得出来。这种调谐吸振器效应不见得在每一个推力杆应用中都会发生,但在这个特殊的测量设置中观察到了。

采集到的两个FRF测量结果叠在一起显示在图5中 – 一个用短推力杆而另一个用长推力杆。这两个测量结果进行比较,展现出所测全部系统模态中的明显差异。

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图5 – 频响对比

我希望这一点儿讨论已经把这个关于激振器推力杆设置的问题解释清楚了。如果你有关于模态分析的任何其他问题,尽管问我好了。

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