59.模态空间07.10-螺栓连接常见于结构中,频率会因为连接而显著改变吗?

MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD

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

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结构中常见螺栓连接。频率会因为螺栓而显著改变吗?

这里有多种情况要讨论。

2014年10月18日 发布 ver1.0

螺栓连接常见于很多应用中。这种连接结构几乎随处可见,也许是系统频率的一个非常重要的影响因素。现在如果非常仔细地并按照可以重复的方式对结构进行装配,那么结构频率可能有相对较小的变化。但是,如果没有按照一致的方式进行螺栓装配,则有相当显著的差异,这可能引起结构频率上的非常明显的变化。显然,将会有很多可能的变化,取决于在每个特定应用中所用的螺栓布置。

尽管可能有分析模型开发出来,用以研究螺栓布置的影响,但这些模型会有很多其自身的假设,引发差异。例如,单元类型,网格密度,螺栓布置和实际连接方式都会对可以看到的变化有所影响。实际上,这些参数的详细研究表明有很多问题要理解。

不是去讨论分析建模的所有可能需要解决的问题,将用一个带有螺栓连接的门形框架的实际布置方式,来展示由于螺栓布置方式导致的一些变化。这个门形框架已经用于很多不同的研究,包括螺栓布局的影响研究(并且已经用于洛斯.阿拉莫斯动力学暑期班活动,用于很多不同的研究目的)。这个研究中所用的门形框架如图1所示。将在正常的连接螺栓的形式下对结构进行试验,接下来,在特别故意地进行螺栓定向误差的情况下进行结构装配来展示结构频率的改变。

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图1 – 门形框架布置

通常,在结构系统上进行任何连接都要小心。但是如果不恰当地进行结构装配,或者如果有一些制造误差使结构装配困难,情况又会如何呢?除了螺栓的正常装配之外,这里考虑两种情况。一种情况允许角座不对齐,另一种情况用一个垫片强制产生不对齐。三种不同的布置方式如图2所示。恰当配合的装配如图2a所示,不对齐的松散装配如图2b所示,加垫片的装配如图2c所示。

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图2 – 研究的三种连接布置方式

现在,对这些配置方式的每一种方式进行装配,来确定前三阶结构模态的频率以进行对比。

在门形框架上梁上测得的典型驱动点结果进行对比。图3展示了正确装配(黑色-顶部),不对中导致的松散装配(红色-中间)和加垫片装配(蓝色-底部)的原始测量结果。即使肉眼,也能看出三种不同配置方式的频响函数的峰的差别。一般来讲,幅值非常类似,但是频率明显不同。

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图3 – 正常装配(上)、不对齐(中)和加垫片(下)的频响函数

对于图3所示的每个频响测量结果,利用频域多项式方法估计模态参数。对每种布置方式得到的频率和阻尼如表1所示。

表1 – 三种布置方式的频率/阻尼

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所以由这些数据,很容易看出不恰当的装配连接会改变结构频率。这需要非常仔细的评价,来理解在制造/装配过程中如果不小心,由装配过程引起的误差。

在这个简短的研究中,仅展示了几种布置方式,来说明在非常简单地对螺栓连接方式进行改变的情况下会发生什么。结果显示出差异,评估要小心。

螺栓连接产生非常重要的影响,需要按照比这里所示的更为详尽的方式进行评价。但是我希望这些简单的例子说明了某些可能发生的变化。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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