一种环形或筒形结构的模态测试系统及方法技术方案

本发明专利技术属于环形或者筒型结构测试技术领域，具体地说，涉及一种环形或筒形结构的模态测试系统及方法。测试系统包括用于悬挂待模拟试件的支架和敲击试件的力锤；还包括依次连接的加速度传感器、信号采集器、LMS振动测试分析系统和系统终端；力锤与LMS振动测试分析系统直接连接，力锤敲击圆环后，振动的输入信号输入LMS系统，同时圆环振动，加速度传感器接收振动输出信号，经信号采集器连接至LMS振动测试分析系统，系统终端软件可根据输入和输出信号，整合计算传递函数得到模态信息。本发明专利技术针对环形或筒形结构的面内振动模态问题，依据振动测试理论，提出了定测试点、变激振点的实验方法，以简化实验操作流程。以简化实验操作流程。以简化实验操作流程。

【技术实现步骤摘要】
一种环形或筒形结构的模态测试系统及方法


[0001]本专利技术属于环形或者筒型结构测试
，具体地说，涉及一种环形或筒形结构的模态测试系统及方法。

技术介绍

[0002]环形或者筒型结构在工程中应用非常广泛，例如电机定子、轴承内外圈、行星轮齿圈等等。此类结构的模态特性往往对整体结构的动力学行为影响很大，故而需要进行模态测试。其中，固有频率的测试较为简单，采用各类加速度传感器均能完成。而对振型的测试，若采用传统方法，精度要需要较多的传感器以尽量遍布整个试件，不易实施。若采用激光测振仪扫描测试，测点成近似平面分布时，可通过激光扫描方便的得到精度较高的结果，但是如果测点是沿筒形件外表面这种圆周分布，一个激光头不能轻易完成扫描，需借助辅助设备。采用多个激光头也可配合完成全方位扫描，但是实际情况是激光头一般数量紧张，而且布置多个需要空间太大。
[0003]例如伍济钢,袁继广,蒋勉,等人发表的《单点激光连续扫描测振的薄壁圆筒件模态测试》这一文献中,激光不直接聚焦于被测筒形试件，而是沿着试件的轴线射向与轴线成45度夹角的平面镜片，经反射垂直射向试件内壁，平面镜片在支撑它的旋转装置带动下，可帮助激光扫过试件内壁一圈，完成空间模态测试。该方法的优点是自动化程度高，测试效率高，但要求有这种能使镜片随激光扫描间隔旋转的控制设备和实验台，在没有现成的或不方便制作这种装置的情况下将给测试造成障碍。
[0004]有鉴于此特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种环形或筒形结构的模态测试系统及方法。
[0006]本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0007]一种环形或筒形结构的模态测试系统，包括支架、力锤；所述支架上方固定有水平的支撑环以用于悬挂待模拟试件；所述力锤用于敲击待模拟试件上的锤击点；
[0008]还包括依次连接的加速度传感器、信号采集器、LMS振动测试分析系统和系统终端；力锤与LMS振动测试分析系统直接连接，力锤敲击圆环后，振动的输入信号输入LMS系统，同时圆环振动，加速度传感器接收振动输出信号，经信号采集器连接至LMS振动测试分析系统，LMS振动测试分析系统配套的系统终端软件可根据输入和输出信号，整合计算传递函数得到模态信息。
[0009]进一步的，所述加速度传感器为激光测试传感器。
[0010]进一步的，所述的模态测试装置的测试方法包括以下步骤：
[0011]步骤1.将每个待测圆环试件做等分标记作为锤击点；
[0012]步骤2.连接模态测试系统；
[0013]步骤3.在LMS振动测试分析系统的配套软件中建立由步骤3中的锤击点组成的离散圆环模型；
[0014]步骤4、将圆环试件用多根弹性悬线水平悬挂于支撑环下方；
[0015]步骤5、将激光对焦于圆环试件，光线垂直于圆环外表面；
[0016]步骤6、锤击测试：圆环稳定时在锤击点位置垂直表面轻敲，每点敲三次，系统将分析并记录数据，一点敲完后，软件界面选下一点，继续测试，所有点全部完成操作后，将得到圆环试件的模态信息，即固有频率及各固有频率对应的振型图；
[0017]步骤7、数据处理：锤击完成后，系统终端可分析出测试闯值范围内的固有频率和振型，逐点激励后，经软件分析，可得频谱和离散点模拟振型。
[0018]进一步的，步骤5中激光对焦于圆环，对焦位置根据试件形状而定：若试件具有周期性，则焦点要偏于波峰一侧；若试件形状是标准的圆筒或者存在未知的误差，需改变激光对焦点多次测试，并比较结果。
[0019]进一步的，步骤5中需在距起始点角坐标相差所测最小振型周期的1/8处测试，有利于保证测点在各阶振型上均有位移信号。
[0020]进一步的，步骤1中锤击点数量标记为32个点，可保证前8阶振型的每个周期至少有五个点。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术在只有单个激光头，且不借助辅助扫描装置的情况下，与LMS振动测试分析系统配合完成了环形或筒形结构的空间模态测试，包括固有频率和振型，尤其是振型。测试过程中，激光无需扫描，保持激光对焦点即拾振点不动，通过多次在分布在试件表面的不同位置依次激振，就可测出试件模态。
[0023](2)针对环形或筒形结构的面内振动模态问题，依据振动测试理论，提出了定测试点、变激振点的实验方法，以简化实验操作流程。
[0024](3)得到了某环形或筒形结构前八阶振动的固有频率和振型，并将结果与有限元仿真及现有技术相关结论对比，验证了实验方法的可行性。
[0025]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
[0026]图1为本专利技术中模态测试装置的整体结构示意图；
[0027]图2为本专利技术中坐标系O
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rθ下示例圆环模型；
[0028]图3为本专利技术中示例圆环试件的参数；
[0029]图4为本专利技术中划分锤击点后的圆环试件；
[0030]图5为本专利技术中示例圆环2～8阶模态的实验和仿真结果对比。
[0031]图中：1、支架；2、力锤；3、加速度传感器；4、LMS振动测试分析系统；5、系统终端；6、信号采集器；7、支撑环；8、悬线；9、试件。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本专利技术。
[0033]如图1～5所示，本申请公开了一种环形或筒形结构的模态测试装置，包括支架1、力锤2；所述支架1上方固定有水平的支撑环7以用于悬挂待模拟试件9；所述力锤用于敲击待模拟试件上的锤击点；
[0034]还包括依次连接的加速度传感器3、信号采集器6、LMS振动测试分析系统4和系统终端5；力锤2与LMS振动测试分析系统4直接连接，力锤2敲击试件后，振动的输入信号输入LMS振动测试分析系统4，同时试件振动，加速度传感器3接收振动输出信号，经信号采集器6连接至LMS振动测试分析系统4，LMS振动测试分析系统4配套的系统终端软件可根据输入和输出信号，整合计算得到模态信息。
[0035]优选的，所述待测试件与支撑环的直径相等以保证二者的悬挂点能在竖直方向完全对应。优选的，所述加速度传感器3优选激光测试传感器，也可用其他加速度传感器代替，但是精度会略有降低；所述LMS振动测试分析系统可用其他具有输入
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输出信号处理和傅里叶分析功能的产品代替；所述试件为变半径法向等厚薄圆环。
[0036]本专利技术还公开了一种环形或筒形结构的模态测试方法，该测试方法包括以下步骤：
[0037]步骤1.如图4，将待测圆环做32等分标记，作为锤击点，图2、图3分别为为示例圆环的截面形状和参数；
[0038]步骤2连接测试系统；
[0039]步骤3.系统连接完成后，首先在LMS振动测试分析系统的配套软本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环形或筒形结构的模态测试系统，其特征在于：包括支架、力锤；所述支架上方固定有水平的支撑环以用于悬挂待模拟试件；所述力锤用于敲击待模拟试件上的锤击点；还包括依次连接的加速度传感器、信号采集器、LMS振动测试分析系统和系统终端；力锤与LMS振动测试分析系统直接连接，力锤敲击圆环后，振动的输入信号输入LMS系统，同时圆环振动，加速度传感器接收振动输出信号，经信号采集器连接至LMS振动测试分析系统，LMS振动测试分析系统配套的系统终端软件可根据输入和输出信号，整合计算传递函数得到模态信息。2.如权利要求1所述的环形或筒形结构的模态测试装置，其特征在于：所述加速度传感器为激光测试传感器。3.如权利要求2所述的模态测试装置的测试方法，该方法包括以下步骤：步骤1.将每个待测圆环试件做等分标记作为锤击点；步骤2.连接模态测试系统；步骤3.在LMS振动测试分析系统的配套软件中建立由步骤3中的锤击点组成的离散圆环模型；步骤4、将圆环试件用多根弹性悬线水平悬挂于支撑环下方；步骤5、将激光对焦于圆环试...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东升，刘鹏成，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：