力学实验报告文档格式.docx
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仪
操作工艺流程:
1.准备工作:
试件的准备:
在粘贴部位的表面,用砂纸与轴向成45度方向交叉打磨至粗糙度Ra为6.3cm清洗净打磨面划线即确定粘贴坐标线均匀涂一层
粘结剂作底。
②应变片的准备:
外表和阻值检查划线轴向标记清洗。
2.涂胶:
在准备好的试件表面和应变片的基底上均匀的涂一薄层粘结剂。
3.贴片:
将涂好胶的应变片与试件,按坐标线对准贴上——用手指顺轴向滚压法去除气
泡和多余胶液按固化条件固化处理。
4.
焊接应变片引线、导线
*组桥:
焊点粘贴导电板桥路连接。
标定流程和方法:
1.把扭转传感器固定在扭转试验机上,把传感器的电桥接入到静态应变仪对应的电路中。
2.打开扭转试验机和静态应变仪,同时进行清零,然后开始加载,应变每改变5卩戸记录
一下对应扭矩。
数据如下:
表一压力传感器实验数据表
压力(N)
10
20
30
40
应变(卩)
-5
-9
-14
-20
由实验数据可知:
传感器的线性度相对比较理想。
制作中遇到的问题和解决途径:
1.贴片位置选择不合理,角度不准确。
(贴片之前应该先标出贴片的位置和方向,再粘贴
时不要抖,应快速放好应变片,然后用手滚压固定。
)
2.贴片时把应变片的引出线同时粘到了试件上。
(粘接时不要弄太多粘接剂,同时提着引
出线,不让其与试件接触。
)
3.由于给导线去除绝缘层时,有些导线的金属丝暴露在外面。
(需要做绝缘工作,将用绝
缘胶布将暴露的金属丝缠绕起来,做好绝缘工作。
简支梁模态分析
1.学习模态分析原理;
2.学会模态测试方法;
3.学习变时基的原理和应用。
实验原理:
(一)模态分析方法及其应用
模态分析方法是把复杂的事迹结构简化成模态模型,来进行系统的参数识别,从而大大
的简化了系统的数学运算。
通过实验测得实际相应来寻示相应的模型或调整预想的模型参数,使其成为实际结构的最佳描述。
主要应用有:
用于振动测量和结构动力学分析。
可测的比较精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。
可用模态实验结果去知道有限元理论模型的修正,是计算模型更趋完善和合理。
用来进行结构动力力学修改、灵敏度分析和反问题的计算。
用来进行相应计算和载荷识别。
(二)模态分析基本原理
工程实际中的振动系统都是连续弹性体,其质量与刚度具有分布的性质,只有掌握无限
多个点在每瞬时的运动状况,才能全面的描述系统的振动。
因此,理论上它们都属于无限多
自由度的系统,需要用连续模型才能加以描述。
但实际上不可能这样做,通常采用简化的方
法,归结为有限个自由度的模型来进行分析,即将系统抽象为由一些集中质块和弹性元件组
成的模型。
如果简化的系统模型中有n个集中质量,一般它便是一个n自由度的系统,需要n个独立坐标来描述它们的运动。
系统的运动方程是n二阶互相耦合的常微分方程。
模态分析是在承认实际结构可以运用所谓模态模型”来描述其动态响应的条件下,通过
实验数据的处理和分析,寻求其模态参数”,是一种参数识别的方法。
模态分析的实质是一种坐标变换。
其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量,放到所谓模态坐标系统”中来描述。
这一坐标系统的每一个基向量恰是系统的一个特征向量。
也就是说在这个坐标下,振动方程是一组无耦合的方程,分别描述振动系统的各阶振动
形式,每个坐标均可单独求解,得到系统的某阶结构参数。
经离散化处理后,一个结构的动态特性可有N阶矩阵微分方程描述:
MXCXKx=f(t)
(1)
式中f(t)为N维激振力向量;
X、X、X分别是N维位移、速度和加速度响应向量;
M、
N阶矩阵。
K、C分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵,通常为实对称
s为变
设系统的初始状态为零,对方程
(1)两边进行拉普拉斯变换,可以得带以负数量的矩阵代数方程
Ms2CsKX(s)=F(s)
(2)
式中的矩阵
Z(s)-JMs2CsK(3)
反映了系统动态特性,成为系统动态矩阵或广义阻抗矩阵。
其逆矩阵
H(sHMs2CsKJ(4)
成为广义导纳矩阵,也就是传递函数矩阵。
由
(2)可知
X(s)=H(s)F(s)(5)
式中j■,即可得到体统在频域中输出和输入的关系式
X(J=H(JF()(6)
式中HCJ为频率响应函数矩阵。
H(「)矩阵中第i行第j列的元素
在(3)式中零j■,可得阻抗矩阵
Z(J=(K-2M)j,C(8)
其中矩阵:
>
-1成为振型矩阵,假设C也满足振型正交性关系
带入(8)式得到
式中Zr二kr_,mr!
亠jcr
因此
2kr
2mrr
mr、kr分别成为第r阶模态质量和模态刚度。
-r、r和;
分别为第「阶模态频率、
模态阻尼和模态振型。
不难发现,N自由度系统的频率响应,等于N个单自由度系统频率响应的线性叠加。
为了确定全部模态参数.r、r和r(r=1,2,…,N),实际上秩序测量频率响应矩阵的一列(对应一点激振,各点测量的H(「))或一行(对应一次个点激振,一点测量的HCJt)就够了。
(三)模态分析的方法和测量过程
1)激励方法
为了进行模态分析,首先要测得激振力及响应的响应信号,进行传递函数分析。
传递函
数分析实质上就是机械导纳,i个j亮点之间的传递函数表示在j点作用单位力时,在i点所引起的响应。
要得到i和j点之间的传递导纳,只要在j点加一个频率为■的正弦的力信号激励,而在i点测量其引起的响应,就可得到计算传函曲线上的一个点。
如果■是连续变化
的,分别测得其相应的响应,就可得到传递函数曲线。
根据模态分析的原理,我们要测的传递函数矩阵中的任一行或任一列,由此可采用不同
的测试方法。
要得到矩阵中的任一行,要求采用个点轮流激振,多点测量响应的方法。
实际
应用时,单点响应法,常用锤击法激振,用于结构较为轻小,阻尼不大的情况。
对于笨重、大型以及阻尼较大的系统,则常用固定点激振的方法,用激振器激励,已提供足够的能量。
2)结构安装方式
在测试过程中是结构系统处于何种状态,是实验准备工作的一个重要方面。
一种是经常采用的自由状态。
即使实验对象放在任意坐标上不与地面相连接,自由地悬
浮在空气中。
另一种是地面支撑状态,结构上有一点或若干点与地面固结。
3)变时基方法的应用
变时基的原理:
用较高的频率对脉冲进行采样,用较低的频率对响应信号进行采样,两
个采样频率的倍数是变时倍数。
测试方案:
采用“多点激发,单点摄取”的方式对简支梁进行模态分析。
所需仪器设备:
INV1601B型振动教学试验仪、INV1601T型振动教学试验台、加速度传感器、MSC-1力锤。
软件:
INV1601型DASP软件。
实验步骤:
1.固定简支梁,根据情况把简支梁划分成数等份,目前定为十六份,共十七节点。
2.把力锤和加速度传感器分别连接到INV1601B型振动教学试验仪上的第一通道、第二通
道。
把传感器贴到简支梁的6节点上(节点可以任选,但注意不要贴到振型对应的节点上,在振型节点上传感器接收不到信号)。
3.打开INV1601型DASP软件的“模态教学”模块,在左上方的“结构采样分析动画”选择项中选择“结构”,选择并设置结构参数。
选择结构之1为简支梁,节点X方向划分为16份,其余均为1。
设置好参数后,可以在右面窗口中显示出当前简支梁的图形和节点分布情况。
4.在左上方的“结构采样分析动画”选择项中选择“采样”,进入采样界面,在多次出发采样中设置每个点出发采样次数(此次试验设为2次),在“采样参数”设置中选定采样频率,采样长度2k,程控倍数为1,根据提示用力捶(力锤采用橡胶头)敲击各个测点,根据波形显示,调节力度大小,直至采样完毕。
5.完成采样后,选择左上方的“结构采样分析动画”选择项中选择“分析”,分析采样
数据。
调入测点号(此次试验选择测点号为5),按调入波形按钮,窗口中显示波形。
然后进行传函计算。
6.之后按开始模态定阶,手动选择定阶模态。
模态拟合采用复模态单自由度拟合方法,按开始模态拟合得到拟合结果。
7.选择质量归一,完成显示。
之后可以观察模态振型结果。
图形显示及结果分析:
夹层方板的模态分析
(三)模态分析方法及其应用
从而大大
模态分析方法是把复杂的事迹结构简化成模态模型,来进行系统的参数识别,
用来进行结构动力力学修改、灵敏度分析和反问题的计算。
(4)模态分析基本原理
MXexKx二f(t)
(1)
k、e分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵,通常为实对称n阶矩阵。
设系统的初始状态为零,对方程
(1)两边进行拉普拉斯变换,可以得带以负数s为变
量的矩阵代数方程
Ms2CsKX(s)二F(s)
(2)
Z(s)-||Ms2CsK⑶
H(s)-||Ms2CsK'
(4)
式中S二j「,即可得到体统在频域中输出和输入的关系式
X('
)=H(JF(J(6)
式中H(「)为频率响应函数矩阵。
等于尽在j坐标激振时,i坐标响应与激振力之比。
在(3)式中零S=j•‘,可得阻抗矩阵
Z(・J=(K-2M)j•C
利用实对阵矩阵的加权正交性,有
\1
、1
M①=
mr
*
-
①K①=
kr
•・」
其中矩阵G-!
门1,门2,川“N1成为振型矩阵,假设C也满足振型正交性关系
①TC6=
(9)
式中召二kr_2mr1亠jcr
mr、kr分别成为第
r阶模态质量和模态刚度。
分别为第r阶模态频率、
(对
了确定全部模态参数'
r、r和;
(r=1,2,…,N),实际上秩序测量频率响应矩阵的一列应一点激振,各点测量的H(「))或一行(对应一次个点激振,一点测量的HCJT)就够了。
1)激励方法
采用“多点激发,单点摄取”的方式对简支梁进行模态分析。
INV1601B型振动教学试验仪、INV160仃型振动教学试验台、加速度传感器、MSC-1力
锤。
1.使用矩形蜂窝板(300X200X22mm3),布点方式采用4X5共30个点,表板与夹芯采用胶合方式连接,自由约束状态,使用橡胶管悬挂的方式来代替。
把传感器贴到简支梁的14节点上(节点可以任选,但注意不要贴到振型对应的节
点上,在振型节点上传感器接收不到信号)。
3.打开INV1601型DASP软件的“模态教学”模块,在左上方的“结构采样分析动画”
选择项中选择“结构”,选择并设置结构参数。
选择结构为矩形方板,节点X方向划分
为5份,Y方向划分为4份,Z方向划分为1份。
设置好参数后,可以在右面窗口中显示出当前简支梁的图形和节点分布情况。
4.在左上方的“结构采样分析动画”选择项中选择“采样”,进入采样界面,在多次出
发采样中设置每个点出发采样次数(此次试验设为2次),在“采样参数”设置中选定
采样频率,采样长度2k,程控倍数为1,根据提示用力捶(力锤采用钢头)敲击各个测点,根据波形显示,调节力度大小,直至采样完毕。
5.完成采样后,选择左上方的“结构采样分析动画”选择项中选择“分析”,分析采样
调入测点号(此次试验选择测点号为11),按调入波形按钮,窗口中显示波形。
模态拟合采用复模态单自由度拟合方法,按
开始模态拟合得到拟合结果。
8.
图形显示及结果分析:
图2夹层板样件前2阶实验模态振型图
工厂电机对周围环境的影响与减振
问题的引入与情况描述:
目前,工厂企业里由电机拖动机械设备十分普遍,由于机械传动装置不平衡,其各运动
部件产生的惯性力矩会引起电机的振动,使之运行不正常甚至烧毁,而机械传动装置的不平
衡问题十分复杂,要调整到位有时很难做到。
如某企业一台380kW电机带动一台水泥磨机
生产水泥,其机械传动装置经多次调整!
始终不能解决不平衡问题,引起电机振动过大,经
测试其振动速度为13.4cm/s(国家标准为小于7.1cm/s),最后通过加固电机基础使之达到5.8cm/s而勉强运行,但每过一段时间就必须停机进行螺丝紧固,对生产造成很大影响。
问题简化:
实际上,电机的工作环境和复杂,但是,在环境中的振动主要是由电机振动引起的,电机的振动主是引起电机所在的基础的振动。
所以实验中,可用变速小型偏心电机的转动来代
替工厂电机的转动,环境用实验台的基础来代替。
通过来分析对小型偏心电机的转动对实验台振动的影响,来验证工厂电机对周围环境的影响。
INV1601B型振动教学试验仪、INV160仃型振动教学试验台、加速度传感器、可变速小型偏心电机、电机减震器。
INV1601型DASP软件。
实验或验证步骤:
1.把偏心电机连接到INV1601B型振动教学试验仪上,同时固定在实验平台的基座上,把
加速度传感器贴到基座上;
打开INV1601型DASP软件,选择“单通道”按钮。
2.接通试验仪的电源,把偏心电机的调到较低转速下,在软件界面上可以得到基座对应的振动频率(f)和振动振幅(A)。
3.在不改变电机转速的情况下,在电机与基座之间加上减震器,再得到对应的基座的振动
频率(fi)振动振幅(Ai)。
4.调节电机的转速,重复2,3中的步骤,可以得到几组不同转速下基座的振动振幅。
5.对数据进行对比分析。
数据记录:
表二电机不同转速下基础的振动测试数据
转速(rad)
慢快
加减振器前
频率f(Hz)
19.18
22.0
23.9
29.1
42.5
振幅A()
71
12.4
5.5
14.2
7.5
加减振器后
频率fi(Hz)
19.03
21.9
振幅Ai()
190
42.7
19.0
6.2
2.4
数据分析:
1.加减震器前,在频率为23.9Hz附近,基础的振幅为最小。
且整体上振幅随着频率及偏
心电机的转速的增加而呈现衰减的趋势。
2.在低速转动时,减震器起到了相反的效果,在频率到29.1Hz及其以后更高频时,减震
器才显示其应有作用。
且在42.5Hz时,减振效果相对最好。
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