GB T 11349.2-2006 振动与冲击.机械导纳的试验确定.第2部分;用激振器作单点平动激励测量.pdf

1、画画ICS 17. 160 J 04 和国国家标准11: ./、中华人民GB/T 11349.2-2006/ISO 7626号:1990 代替GB/T11349.2-1989 振动与冲击机械导纳的试验确定第2部分:用激振器作单点平动激励测量Vibration and shock-Experimental determination of mechanical mobility-Part 2: Measurements using single-point translation excitation with an attached vibration exciter . E | lllIll

2、-。MHHHHHHHHHHH-hu -咱ILHHHHHHHHHunu -EEEEEEEEnU HHHHHHHO 呻闹闹闹闹啤啤啤啤啤咱A哇EE-Em-A EEEBEEt2 EE-唱IAEEEEI-户。EEEta-BEt-七七n川U| . | . (ISO 7626-2: 1990 , IDT) 2006-11-01实施2006-06-02发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会GB/T 11349.2-2006/ISO 7626号:1990 目次前言.皿引言.N I 范围2 规范性引用文件-3 术语和定义4 测量系统的总体结构-5 试验结构的支承6 激励-7 激励

3、力与运动响应的测量88 传感器信号的处理9 激励的控制1010 有效数据的检验131 模态参数识别四附录A(规泡性附录)测量结果的有效性检验M附录B(规范性附录)对激励频率增量与持续时间的要求17附录c(资料性附录)模态参数识别四参考文献. GB/T 11349.2-2006/ISO 7626-2: 1990 前言GB/T 113491 29.3 3.0 29.3 3. 0 1/2 10. 6 1. 0 1/3 5.1 0.5 1/4 3.0 o. 3 1/5 1. 9 O. 2 1/6 1. 4 O. 1 1/7 1. 0 O. 1 1/8 0.7 O. 1 注:上表列出的误差是用参考文献8

4、J的方程计算出的;但在计算中还包含了些附加项以改善计算精度。9.2.3 慢扫描正弦激励采用慢扫描正弦激励时，频率以时间的线性函数或者以时间的对数函数变化。扫描速率的选择应使在共振频率士10%以内测得的结构运动响应的幅值与真实值的偏差小于5%。(df 对于线性扫描激励，最大扫描速率(U/.1 max(单位:Hz!min)应为:飞dt) (吉)max川n)2/OZ(dJ 对于对数扫描激励，最大扫描率rU/ 1 max(单位:oct/min)应为:飞dt) (市7)maxC7以/Q2上述二式中:fn 估计的共振频率;Q 在该共振频率处，估计的结构模态的动力放大(品质)因数。注:上述两个关系式引自参考

5、文献8J.预计可保证得到基本上是稳态的测量。9.3 随机激励所要求的时间. ( 1 ) . ( 2 ) 施加激励和测量运动响应，要有足够长的持续时间，以便对8.1. 3中所规定的数目的谱进行平均。要平均的谱数是测量系统的信噪比的函数。应该用激励力信号和运动响应信号间的相干函数来确定在90%的置信度内，为使随机误差小于5%必须加以平均的最小谱数(见A.l)。每个谱所需的激励时间(单位:s)应是离散傅里叶变换的频率增量(单位:Hz)的倒数(见8.4. 3的注)。11 GB/T 11349.2-2006/ ISO 7626-2: 1990 9. 4 动态范围9. 4. 1 概述在关注的频率范围内，小

6、阻尼结构的导纳幅值范围可能会大于105: 1(100 dB)。每个数据通道除了有个最高工作电压外，还有一个最低电压。若高于最高电压会发生饱和，若低于最低电压则电路噪声和数字系统中与数字化处理有关的噪声与信号相比就变得很显著了。为了测量精确，应该控制激励，使两个通道内的电压都在规定界限以内。9.4.2和9.4.3中给出了当采用不同类型的激励波形进行导纳测量时，为了得到合适的动态范围而进行激励幅值控制的指南。9. 4. 2 正弦激励采用恒幅值激励时，导纳测量可获得的大约是300: 1或50dB)。为了扩反共振频率(响应陡降处)附近限性。采用恒幅值激励，由最大运动响应。同样地，过适当控制激励力测得的

7、频率响应幅值频率a) 恒幅值激励频率b) 变幅值激励图5采用变幅值激励而不用恒幅值激励可增大动态范围的说明12 GB/ T 11349.2-2006/ ISO 7626-2 : 1990 9. 4. 3 随机激励当激励力是6.2.4或6.2.5所述的某一随机波形时，也应当利用在9.4. 2中所述以及图5b)说明的激励控制的概念。至少在最大的关注的频率处为消除在其以上的激励和响应信号，应快速截断激励谱。如果用限制带宽分析来提高测量的频率分辨率，那么，应当用带通(或用高通和低通)滤波器把激励限制在为进行高分辨率测量所选定的带宽内(见8.4.3)。10 有效数据的检验当用随机激励测定导纳数据时，可用

8、A.l中所述的方法估计为达到指定的置信度而需要平均的最小谱数。A.2至A.4描述了可用于所在拳型二朋响卒作充边验。这些补充试验可提供有关试验结果的线性度、互易性和总体有效性自句有且梧息。如将数据绘在预先印好自如军纳方格町的准线。11 模态参数识别析超出了本标准的范13 G/T 11349.2-2006/180 7626-2: 1990 附录A(规范性附录)测量结果的有效性检验A.1 相干采用非正弦激励(见6.2.4和6.2.5)时，总要计算出力信号和响应信号间的相干函数y2(f)，以发现在计算的频率响应函数中某些潜在的误差。为了得到适用的相干函数估计，至少要对两个集合进行平均。y2 (f)定义

9、为激励力(输入)和结构的运动响应(输出)间的互功率谱幅值的平方除以输入功率谱和输出功率谱的乘积，如下式:|GXY (f) 12 y2 (f) = ( A.1 ) Gx (f)Gy (f) 由定义可知，相干函数的值总是介于0和I之间(即:O:S二y2(f)l)。图A.1就是一个典型的相干函数曲线。14 相干函数值较低说明存在下述问题:a) 在试验结构的共振和反共振频率处相干函数的凹陷可能是下述某种原因引起的。1) 频率分辨率不适当(即分析频带太宽，如在参考文献9J所讨论的); 注:不适当的频率分辨率在汁算的频响函数中将会引起系统误差。改善频率分辨率的方法可参考8.4.3，2) 在分析仪中使用了不

10、适当的时域加权(见8.4.3); 3) 试验结构具有非线性(见A.2)或信号放大器饱和(见8.3); 4) 有多个输入力;5) 存在伴随数字化处理的噪声或电路噪声污染，可能是由激振器的不适当的力输入引起的。b) 共振频率处相干函数的凹陷也可能说明，在此频率下激振器所产生的激励力由于激振器本身固有的局限性而减小了。若力信号降低到噪声水平以下，而频响函数又是根据运动响应和激励力的互谱密度除以激励力的自谱密度计算的，则频响函数计算幅值将会太小(见8.1. ;)。在参考文献10J中讨论了可能的补救方法。c) 在某个宽频范围上的低相干说明信噪比低。这常常是由于动态范围不适当。可通过把激励谱适当修形使之有

11、所改善(见9.的。若应用6.2.5中所述的激励波形，也可通过波形的同步时域平均未提高信噪比(见参考文献lJ)。d) 结构的非线性可能在频率范围内的任一位置导致低相干，这些影响取决于结构非线性的类型。低信噪比会在计算频响函数时产生随机误差。对于给定的信噪比(即对于一给定的相干函数值)，频域平均可减小误差。要达到90%的置信度(随机误差小于任意指定值)，需要平均的最小谱数(视为测得的相干函数值的函数)可由图A.2查出。例如若测得的相干函数值是0.80，为达到90%的置信度，而且计算的频响函数幅值的随机误差小于士5%，那么至少必须平均178个谱。注1:图A.2所示的曲线是由参考文献口1J的分析导出的

12、。注2:严格地说，相干函数不能根据激励和响应信号的单个样本来计算，因为这总是会得到一个虚假的单位值。注3:相干函数高并不总能证明数据的有效性，因为它也可能表明力和响应通道之间的互相串扰。GB/T 11349.2-2006/ISO 7626-2: 1990 11 飞飞r 1 飞j -、. 1. 0 、在罪哩。.5叶- 10000 1000 100 0 30 频率1Hz典型的相干函数曲线90%的置信度图A.150 10 20 5 2 WA刺强-5握nu nu nu l 178 100 10 2 平均的谱数为了达到90%的置信度(导纳数据幅值的随机误差不超过规定值，如5%)需要平均的谱测量数图A.2

13、线性度A. 2.1 概述螺栓连捷、支承间隙以及实际结构的其他情况都可能会引起非线性响应c为了检测非线性影响，在每次试验过程中应完成A.2. 2所述的检查。A.2.2 检验方法首先按照给定的激励幅值与频率的关系，测量频率响应函数。然后，大幅度增加或减小激励的幅值进行重复测量。若两次试验结果一致，则证实了测量仪器的动态范用是适宜的，而且避免了非线性的影响。如果结果不一致，应确定原因并消除之。A.2 互易性对于线弹性结构，功力互易性原理要求对应的传递导纳对相等。设在频率t.通过确定结构在i点A.3 G/T 11349.2-2006/ISO 7626-2: 1990 的速度响应与在1点施加的力的相量的

14、比来测量YJ(f)，则动力互易性原理规定Yj(f) = Y j, (f)。这里，新测量值Yj，(f)表示上述激励方向在1点测量的速度响应与前述响应方向施加在i点的力的相量之比。对于一个给定的线性结构，这样的测量对之间的一致性证实了采用的试验设备和方法是适用的。尽管大部分结构的传递导纳显示出动力互易性，但有些系统元件，如液压动力轴承并不表现为互易。当一个非互易元件位于驱动点和响应点之间时，则YJ(f)不等于Yj，(f)。A.4 驱动点测量与传递测量的比较驱动点的频率响应函数在每对共振之间应出现一个反共振。在传递测量中，两个邻近共振之间并不一定出现反共振。若在驱动点测量中任何相邻共振之间没有反共振

15、，则表明试验装置有某种不完善(如力和运动传感器之间的小偏心)，这种不完善应予以纠正。关于驱动点导纳测量有效性的另一个检查是相位角可以落在一90。与+90。之间。而传递导纳的相位角可以落在四个象限中的任意一个。16 GB/T 11349.2-2006/ISO 7626-2: 1990 附录B(规范性附录)对激励频率增量与持续时间的要求B. 1 频率增量为了精确地确定在任一共振频率处试验结构的共振幅值，需要在这个共振频率附近测量足够多个频率的响应。用有限个等间隔的测量频宅应小于O.32B。B. 2 激励的持按下式衰减:式中:r一一幅值瞬态响应的初鉴于上述假设，则M. ._. ( B. 2 ) 17

16、 GB/T 11349.2-2006/ISO 7626-2: 1990 附录C(资料性附录)模态参数识别巳1模态参数识别的要求为了得到所需的包括峰值幅值在内的频率响应函数，并由频率响应测量提取模态阻尼和固有频率值，则要求在结构每个共振点附近的幅值和相位数据要有适当的动态范围和足够高的分辨率。共振峰处的真实幅值和相位测量误差的影响可利用先进的数据简约方法(如拟合圆法)使之减至最小(见参考文献12J)。C.2 确定模态振型的方法用C.2. 1至C.2. 3所阐述的方法之-，利用导纳测量或测量设备可以得到模态振型。C. 2.1 激振器的位置不变，测量所有关注的响应点和方向的传递导纳。利用每个共振频率

17、上测得的幅值和相位数据，确定相应的模态振型。注:鉴于动力互易性原理，若只在某个位置和方向上测量响应，而改变激振器的位置和方向，应得到相同的结果(对动力互易性例外的情况，见A.3)。C.2.2 首先应由单个导纳测量确定试验结构的共振频率。然后，在每个共振频率依次激励。当以某个共振频率激励结构时，用-个传感器依次测量每个关注的点的运动响应的幅值和相位。注:本方法有如下缺点:当某个节点碰巧和激振器的位置或运动响应传感器的位置重合时，将会遗漏模态。C. 2.3 C. 2.1和C.2. 2中所述的方法可改进为:在每个关注的点上各用一个传感器，而共用一台多通道运动响应分析仪或类似的信号处理器。C. 3 藐

18、得转动运动晌应的方法参考文献13J描述了进行导纳试验时，用平动激励和平动响应测量得到转动运动响应的方法。18 GB/T 11349.2-2006/ISO 7626-2: 1990 参考文献lJ BROWN, D , CARBON , G. and RAMSEY , K , Survey of Excitation Techniques Applica ble to the Testing of Automotive Structures(纵览应用于汽车结构试验的激励技术)，50cie tyof Automotive Engineers Paper No. 770029 ,1977. 2J BO

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