振动的激励与激振设备-西安交通大学

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1、第四部分振动的激励与激振设备在测量机械设备或结构的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、响应和模态等时，需要对被测对象施加一定的外力，让其作受迫振动或自由振动，以便获得相应的激励及其响应。激励方式通常可以分为稳态正弦激振、瞬态激振和随机激振三种。振动的激励与激振设备稳态正弦激振稳态正弦激振是最普遍的激振方法，它是借助激振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力。其优点是激振功率大，信噪比高，能保证响应测试的精度。稳态正弦激振要求在稳态下测定响应和激振力的幅值比和相位差。为了测得整个频率范围内的频率响应，必须用多个频率进行

2、试验以得到系统的响应数据，需要注意的是在每个测试频率处，只有当系统达到稳定状态才能进行测试，这对于小阻尼系统尤为重要。因此测试时间相对较长。瞬态激振瞬态激振为对被测对象施加一个瞬态变化的力，是一种宽带激励方法。常用的激励方式有以下几种：（1）快速正弦扫描激振（2）脉冲激振（3）阶跃（张弛）激振（1）快速正弦扫描激振激振信号由信号发生器供给，其频率可调，激振力为正弦力。但信号发生器能够作快速扫描，激振信号频率在扫描周期T内成线性增加，而幅值保持不变。快速正弦扫描激振力信号的函数表达式为：瞬态激振该激励方式能在两极限频率之间产生一平直谱，

3、而在极限频率之外，谱幅为零，即矩形频谱幅值频谱在起始频率与终了频率处有明显的跃迁，基本上呈矩形，频谱曲线的平均值上叠加的小波幅与成正比，这种激励可以很方便地选定和准确控制所需的激振频率范围。（1）快速正弦扫描激振瞬态激振（2）脉冲激振脉冲激振是用一个装有传感器的锤子（又称脉冲锤）敲击被测对象，对被测对象施加一个力脉冲，同时测量激励和被测对象。脉冲的形成及有效频率取决于脉冲的持续时间。而持续时间则取决于锤端的材料，材料越硬，持续时间越小，则频率范围越大。脉冲锤激振简便高效，因此常被选用。但在着力点位置、力的大小、方向的控制等方面，需要熟

4、练的技巧，否则会产生很大的随机误差。瞬态激振阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在激振点处，由力传感器将弦的张力施加于被测对象上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，这相当于对被测对象施加一个负的阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑结构的振动测试中被普遍应用。（3）阶跃（张弛）激振瞬态激振随机激振随机激振是一种宽带激振，一般用纯随机、伪随机或猝发随机信号为激励信号。1、纯随机信号一般由模拟电子噪声发生器产生，经低通滤波成为限带白噪声，在给定频带内具有均匀连续谱，可以同时激励该频带内所有模态。白噪声的自相关函数是一

5、个单位脉冲函数，即除τ=0处以外，自相关函数等于零，在τ=0时，自相关函数为无穷大，而其自功率谱密度函数幅值恒为1。实际测试中，当白噪声通过功放并控制激振器时，由于功放和激振器的通频带是有限的，所以实际的激振力频谱不能在整个频率域中保持恒值，但如果在比所关心的有用频率范围宽得多的频域内具有相等的功率密度时，仍可视为白噪声信号。随机激振2、在工程上，为了能够重复试验，常采用伪随机信号作为测试信号，把它作为测试的输入激励信号。伪随机信号是一种有周期性的随机信号，将白噪声在时间T（单位为s）内截断，然后按周期T重复，即形成伪随机信号。伪随机

6、信号的自相关函数与白噪声的自相关函数相似，但是它有一个重复周期T，即伪随机信号的自相关函数Rx(t)在τ=0,T,2T,...以及-T,-2T,...各点取值a^2，而在其余各点之值均为零。采用伪随机信号激励的测试方法，既具有纯随机信号的真实性，又因为有一定的周期性，而在数据处理中避免了统计误差。随机激振3、猝发随机信号只在测量周期的初始一段时间输出信号，其占用时间可任意调节，以适应不同阻尼的结构。与连续随机信号作为激励源不同的是，猝发随机激励时，能保证一个测量窗的响应信号完全由同一测量窗的激励信号引起，输入与输出相干性较好。而连续随

7、机信号激励时，下一个测量窗的响应信号可能有一部分是由上一个测量窗的激励信号引起。激振设备常用的激振器有电动式、电磁式和电液式三种，此外还有用于小型、薄壁结构的压电晶体激振器、高频激振的磁致伸缩激振器和高声强激振器等。激振设备的分类按使用方式振动台机械式、电动式、液压式激振器机械式、电动式、液压式分布力集中力按工作原理机械式、电动式、液压式、压电式、磁吸式按振动方向单方向垂直、水平、扭转一维振动多方向垂直、水平二维平面或三维空间振动单方向垂直、水平、扭转一维振动多方向垂直、水平二维平面或三维空间振动按振动波形简谐振动、冲击振动、随机振动

8、、任意波形振动1、最大激振力激振设备的基本特性参数2、最大负荷3、最大空载和满载加速度4、最大位移和最大速度5、使用频率范围6、失真度7、台面的均匀度8、台面的横向运动机械式振动台与激振器1、直接驱动式当它们的主轴由电机