结构动力学实验指导书

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1、《结构动力学》实验指导书,报告书(土木建筑学院工程力学专业)学号姓名班级中南大学土木建筑学院工程力学教研室黄方林编2003年5月1实验一动力学实验系统的认识一、实验目的1.了解现代动力学测试的仪器设备,以对动力学测试有一个整体概念;2.熟悉DH5937动态应变测试系统、DH5938振动测试系统的功能和基本操作;3.了解CA-YD加速度传感器的工作原理及应用;4.了解LC冲击力锤的工作原理。二、实验设备DH5937动态应变测试系统1台DH5938振动测试系统1台CA-YD压电式加速度传感器3个LC-03冲击力锤1把悬臂梁试验件1件三、实验内

2、容1.DH动态信号测试分析系统简介DH动态信号测试分析系统是基于PC机的高性能、便携式测量仪器,传感器信号放大后通过打印机接口送入计算机。根据被测物理量的类型分为应变、电荷、温度、电压等4个模块,DH5937动态应变测试系统和DH5938振动测试系统是其中的两个模块。测量通道从2到128可任意配置(通常8通道),每通道独立信号调理和A/D转换(14位)。DH5937调理为应变放大器,适用于应变及各种桥式传感器,DH5938调理为电荷放大器,适用于压电式加速度传感器和压力传感器。2.动力学测试系统框图传感器放大信号调理激励传输计算机打印数据

3、处理信号采集图1动力学测试系统框图23.DH5938的基本操作(1)接通DH5938及计算机电源,开机;(2)双击DH5938软件图标,进入主界面;(3)系统参数设置:①选择工作通道范围(开始通道1-1,结束通道2-8);②从“设置(S)”下拉菜单“信号选择”中确定具体的通道;③选择采样频率;④选择采样方式;(4)通道参数设置;①测量内容(均选“压电传感器”);②工程单位(选N或ms-2);③转换因子(点击“压电传感器”修改);(5)点击“绘图新建窗口”(可重复);(6)将所有窗口进行“水平平铺”或“垂直平铺”;(7)点击“控制(C)”下

4、拉菜单中“清除零点”;(8)进行采样;(9)结束采样,数据文件存储。4.CA-YD压电式加速度传感器的基本原理CA-YD压电式加速度传感器采用压电陶瓷材料,利用压电效应原理,即压电晶体材料在承受一定方向的外力作用时,其极化表面会产生相应的电荷,且Q=d•F式中Q为电荷量,d为材料压电常数,F为作用力。这种压电传感器具有频响宽、灵敏度高、精度高、横向灵敏度小和抗外界干扰能力强的优点,目前广泛应用于航空航天、机械、土木、交通等各领域。本实验用加速度传感器由底座、质量块、敏感元件和外壳组成。常用安装方法有:螺钉安装(M5螺钉);粘接安装(如用5

5、02胶、环氧树脂等);云母片(隔热、绝缘);磁铁座注意事项:1)压电式加速度传感器是精密换能仪器,使用时防止跌落;2)为保证其高阻抗性,使用时防止插座部位污染;3)不得自行拆开5.LC冲击力锤的工作原理P(f)p(t)tf图2力脉冲信号图3力脉冲频谱LC冲击力锤也是利用石英晶体的压电效应制作的,它具有灵敏度高、非线3性误差小、固有频率高,测量时所需设备简单、操作方便,不需激振器和功率放大器等特点,广泛用于机械阻抗的测量、模态分析和桩基检测。力脉冲及其频谱见图2、图3。本实验试件材料为A3钢,采用铝锤帽敲击。锤击力大小的选择:锤击力的大小取

6、决于冲击锤的质量和敲击速度,对小试件用力不能过大,否则会引起结构的非线性而致使测试系统过载;对于小试件不能用力过小,否则不足以激起各阶模态。注意事项:1)冲击力锤电缆联接后,不可任意拉动,以免接线端点断脱;2)严禁用手触摸电缆线的插头;3)切忌超过适用范围的冲击力、撞击力。思考题:1)电荷信号怎样送入计算机采样?2)加速度传感器对结构固有频率测试有影响吗?若有,如何修正?3)本实验采用尼龙锤帽合适吗?4)每次锤击时,力的大小不可能完全一致,那么,实验得到的结构模态参数可靠吗?为减少误差,可采取什么办法?4实验二悬臂梁自由振动响应、锤击激励

7、响应的测量一、实验目的1.进一步学习和掌握现代测试仪器设备的使用;2.熟悉结构自由振动响应的测量;3.了解不同初始条件下自由振动响应特性;4.掌握结构锤击激励下响应的测量。二、实验设备DH5937动态应变测试系统1台DH5938振动测试系统1台CA-YD压电式加速度传感器3个LC-03冲击力锤1把悬臂梁试验件1件三、实验内容1.悬臂梁试件理论固有频率、振型及自由振动响应本试验件如下图所示,材料为A3钢,且L=800mm,b=75mm,t=4mm。u(x,t)bL图4悬臂梁试件悬臂梁横向自由振动方程为(EIu)Au0其特征

8、方程为cosLchL10前三阶解分别是L1.8751,L4.6941,L7.85481233.516EI22.03EI61.69EI前三阶固有频率理论值,,n1

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