CN107024330A - 一种模态实验平台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模态实验平台及其使用方法，包括悬吊绳、机架、下基座、中基座、上基座、滚筒以及用于固定滚筒、上基座和中基座的锁紧机构，所述上基座与中基座的滑移方向不平行，上基座、中基座以及下基座上分别开设有竖向中孔，悬吊绳贯穿各个竖向中孔，悬吊绳的上端与滚筒相连，悬吊绳的下端与位于机架内的用于放置被试结构件的悬吊台相连。本发明通过简单的手轮控制，利用中基座、上基座及滚筒可实现被试结构件位置的精确调整，不仅使结构模态实验结果的可靠性得到了保证，更是减轻了实验人员的实验劳动强度。

Description

一种模态实验平台及其使用方法

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种模态实验平台及其使用方法。

背景技术

实验模态分析又称模态分析的实验过程，是理论模态分析的逆过程，是验证有限元分析可靠性的方法之一，也是进行结构动态设计必要和有效的手段之一。在模态实验中，被试结构件的支撑方式是否恰当非常重要，因为结构在不同的边界条件下将有不同的模态参数。结构设计时，人们首先关心的是结构件在自由边界下的模态，所以实验中需将被试结构件用弹性绳悬吊起来，使结构具有较低的支撑刚度和阻尼，以尽量接近自由边界状态。实验中多采用单点激励多点响应的方法测试结构模态，为使实验操作和传感器的更换简便易行，被试结构件的悬挂方式和可调整性就显得尤为重要。目前没有专门的针对模态实验用的平台，大多数模态实验是将被试结构件悬吊在一个固定位置(或固定在一个很软的泡沫上)，在被试结构件上连接一个激振器和多个传感器，由于被试结构件位置固定不可调，在实验过程中需反复的移动激振器，实验人员需不断搬运设备，劳动强度过大。另外实验时，也常常因为没有合适的支撑和悬挂工装，质量较大的结构件无法悬挂或悬挂不可靠，质量小的结构件又不能保证结构和激振器的方向一致，造成了实验结果不可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种模态实验平台及其使用方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模态实验平台，该实验平台包括悬吊绳、机架、设置于机架上的下基座、设置于下基座上的可水平滑移的中基座、设置于中基座上的可水平滑移的上基座、设置于上基座上的滚筒以及用于固定滚筒、上基座和中基座的锁紧机构，所述上基座与中基座的滑移方向不平行，上基座、中基座以及下基座上分别开设有竖向中孔，悬吊绳贯穿各个竖向中孔，悬吊绳的上端与滚筒相连，悬吊绳的下端与位于机架内的用于放置被试结构件的悬吊台相连。

所述滚筒的端部设置有手轮，所述锁紧机构包括设置于上基座上的用于限制滚筒转动的棘轮棘爪装置。

所述下基座以及中基座上分别设置有滑轨以及丝杠，所述中基座以及上基座上分别设置有用于支撑自身于对应滑轨上的滑块；其中，设置于上基座上的滑块与设置于中基座上的丝杠相连，设置于中基座上的滑块与设置于下基座上的丝杠相连。

各个丝杠的端部设置有手轮，所述锁紧机构包括分别设置于下基座以及中基座上的用于防止下基座基及中基座上的对应丝杠转动的锁紧闸。

所述锁紧闸包括弧形制动闸片、定位螺栓以及固定座，定位螺栓设置于固定座上，弧形制动闸片的外凸面与定位螺栓相连，弧形制动闸片的内凹面可与对应丝杠接触配合，固定座与对应丝杠固定在同一基座上。

所述实验平台还包括用于指示上基座、中基座以及悬吊台移动距离的刻度盘。

所述悬吊绳采用尼龙材料制成，悬吊台采用铁丝网制成。

所述滚筒至少为两个，悬吊绳为多个，每个滚筒上至少连接有一个悬吊绳。

所述机架的底部设置有万向轮。

上述模态实验平台的使用方法，包括以下步骤：

1)将被试结构件放置在悬吊台上；

2)解除所述锁紧机构对滚筒、上基座以及中基座的固定；根据实验的要求和激振器的位置，通过中基座、上基座以及滚筒调整悬吊台上的被试结构件的位置，其中，被试结构件的前后、左右位置变化分别通过中基座、上基座的水平滑移实现调整，被试结构件的上下位置变化通过转动滚筒对悬吊绳进行收放而实现调整；

3)经过步骤2)后利用所述锁紧机构对滚筒、上基座以及中基座再次进行固定，然后，将激振器以及传感器与被试结构件连接，利用激振器进行模态实验；

4)重复步骤2)～3)，通过多次调整被试结构件的位置改变激振器的作用位置或方向，并在每次调整完毕后进行模态实验。

本发明的有益效果体现在：

本发明利用中基座、上基座及滚筒使被试结构件在上下、左右、前后三个自由度方向精确移动，可实现模态实验中被试结构件位置的精确调整，一方面可以保证结构件和激振器的安装方向一致，使结构受力均匀，响应准确；另一方面有效避免了实验人员在实验时反复搬动激振器。本发明不仅使结构模态实验结果的可靠性得到了保证，更是减轻了实验人员的实验劳动强度。

附图说明

图1是模态实验平台的装配关系图；

图2是模态实验平台的三维示意图；

图3是图2的局部放大示意图(棘轮棘爪装置)；

图4是图2的局部放大示意图(刻度盘)；

图5是激振器连接示意图；

图6是模态实验系统连接示意图；

图中：1-铁丝网；2-尼龙绳；3-万向轮；4-机架；5-下基座；6-下滑轨；7-下滑块；8-中基座；9-上基座；10-棘轮棘爪装置；11-滚筒；12-锁紧闸；13-手轮；14-上滑轨；15-丝杠；16-刻度盘；17-上滑块；18-激振器；19-激振头；20-结构件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

参见图1、图2及图3，本发明所述模态实验平台包括：机架4、下基座5、中基座8、上基座9、下滑轨6(前后移动导轨)、上滑轨14(左右移动导轨)、两个滚筒11(控制上下移动)等部分。所述机架4(具有四个支腿的框架结构)下方安装有四个万向轮3(四个支腿底部分别安装一个)，可控制平台在地面自由移动，移动到位置后可锁紧。下基座5固定在机架4上，与机架4连成一体，可随机架4一起运动。下基座5上安装有两条下滑轨6，中基座8下部固定有两个下滑块7，两个下滑块7可沿对应下滑轨6前后移动。中基座8上部安装有两条上滑轨14，上基座9下部固定有两个上滑块17，两个上滑块17可沿对应上滑轨14左右移动。上基座9上部安装有两个相平行的滚筒11，每个滚筒11上安装有三条尼龙绳2；六条尼龙绳长度一致；尼龙绳2下方悬挂着一个铁丝网1，铁丝网1上可以平放需要进行模态实验的结构件20。所述上基座9、中基座8及下基座5为环形结构，内部中空部分相互贯通，形成供尼龙绳2升降的竖井状通道，从而使铁丝网1可以上下移动。其中的一个上滑块17和一个下滑块7内部各有一个孔，每个孔内具有螺旋槽，螺旋槽中安装有丝杠15，两个丝杠15的端部对应固定在中基座8和下基座5上。

参见图1、图3及图4，所述丝杠15端头连接有手轮，滚筒11端头也连接有手轮，手轮上有可相对转动的刻度盘16，各刻度盘16通过轴承座支撑在对应的基座(下基座5、中基座8、上基座9)上，可精确控制铁丝网1的运动的距离。

参见图1、图3，所述铁丝网1的上下运动：是由与滚筒11连接的手轮驱动滚筒11旋转，尼龙绳2进行收放(尼龙绳2下端升降)，使铁丝网1上下运动来实现。该手轮部位安装有棘轮棘爪装置10，可对该手轮进行锁紧(锁紧后手轮仅可单向转动)。中基座8的前后运动：是由位于与下滑块7连接的丝杠15的端部的手轮驱动该丝杠旋转，带动下滑块7，使下滑块7沿下滑轨6前后运动来实现，该手轮部位安装有锁紧闸12，可对手轮进行锁紧。上基座9的左右运动：是由位于与上滑块17连接的丝杠15的端部的手轮13驱动该丝杠15旋转，带动上滑块17，使上滑块17沿上滑轨14左右运动来实现，该手轮13部位也安装有锁紧闸12，可对手轮进行锁紧。

参见图4，所述锁紧闸12包括弧形制动闸片、定位螺栓以及固定座，定位螺栓设置于固定座上，弧形制动闸片外凸面与定位螺栓相连，内凹面与对应丝杠接触配合，完成定位锁紧，固定座与对应丝杠固定在同一基座(下基座5或中基座8)上。

转筒11外壁设计有许多小孔，其主要作用是减轻转筒质量，并有利于尼龙绳在转筒上的缠绕，避免打滑。

上述模态实验平台的原理如下：

模态实验平台具有前后、左右、上下移动的三个自由度，工作时，首先将平台底部的万向轮3调整到合适位置后锁紧，阻止平台自由运动；然后将被试结构件20平放在铁丝网1上，并由尼龙绳2悬吊；再根据实验的要求和实验激振器18的位置，通过模态实验平台调整实验结构件的位置，其中，前后、左右移动是通过滑块和丝杠15的配合带动对应基座运动来实现的；而结构件的上下运动则是通过转动滚筒11从而带动尼龙绳2转动绕在滚筒上(或放出)实现的，位置调整后，固定前后、左右、上下三个自由度，连接激振器和传感器于结构件后进行模态实验。

该模态实验平台的特点和优点：

(1)铁丝网可沿三个方向自由移动，保证了被试结构件和激振器的安装方向一致、结构受力均匀，响应准确；

(2)采用机架在外侧、铁丝网在内侧，铁丝网沿平台中部升降的结构，使模态实验平台可有效地承载，结合双层滑移基座设计以及相应的锁紧机构，保证了各类结构件及组件的悬挂可靠性，提高了实验效率；

(3)有效避免了实验人员在实验时为了改变激振方向而不停的搬动激振器和调整结构件位置，减轻了实验的劳动强度。

上述模态实验平台的使用方法，包括以下步骤，参见图5、图6：

(1)将被试结构件20平放在模态实验平台的铁丝网1上。

(2)移动模态实验平台，调节铁丝网的位置(前后、左右、上下)，使被试结构件20处于实验设定的位置，锁紧模态实验平台(即锁紧万向轮、丝杠以及滚筒)。

(3)将激振器18(通过激振头19)和传感器(力传感器、响应传感器)连接到被试结构件上，进行模态实验(激励系统：由数据采集处理系统利用功率放大器驱动激振器，产生激振力通过激振头传递并作用在被试结构件上；测量系统：包括由数据采集处理系统利用适调放大器采集各传感器数据)和分析。实验中，激振器根据监测力传感器反馈的信号，分析对比后自动调整激振力的大小，以实现激振力大小的精确反馈控制。比如说希望施加的力是200N，激振器激振头初始施加的激振力是200N，力传感器测得的力是205N，激振器会根据测试结果将施加的激振力调小5N，直到力传感器测得的力是200N为止。

(4)重复步骤(2)、(3)，反复进行调整，进行多个方向(或位置)的实验和分析。

(5)实验完成后，取下被试结构件。

本发明很好的模拟了被试结构件的自由状态，与现有技术相比，被试结构件的测试状态更接近于理想状态，模态实验的效果更真实可靠。

总之，本发明可实现模态实验中被试结构件的上下、左右、前后三个自由度方向的精确移动，一方面可以保证结构件和激振器的安装方向一致，使结构受力均匀，响应准确；另一方面有效避免了实验人员在实验时为了改变激振方向(或者位点)而不停的搬动激振器和调整结构件位置，而是通过简单的手轮控制，使中基座、上基座或滚筒运动来实现调整。本发明不仅使结构模态实验结果的可靠性得到了保证，更是减轻了实验人员的实验劳动强度。

Claims (10)

1.一种模态实验平台，其特征在于：该实验平台包括悬吊绳、机架(4)、设置于机架(4)上的下基座(5)、设置于下基座(5)上的可水平滑移的中基座(8)、设置于中基座(8)上的可水平滑移的上基座(9)、设置于上基座(9)上的滚筒(11)以及用于固定滚筒(11)、上基座(9)和中基座(8)的锁紧机构，所述上基座(9)与中基座(8)的滑移方向不平行，上基座(9)、中基座(8)以及下基座(5)上分别开设有竖向中孔，悬吊绳贯穿各个竖向中孔，悬吊绳的上端与滚筒(11)相连，悬吊绳的下端与位于机架(4)内的用于放置被试结构件(20)的悬吊台相连。

2.根据权利要求1所述一种模态实验平台，其特征在于：所述滚筒(11)的端部设置有手轮，所述锁紧机构包括设置于上基座(9)上的用于限制滚筒(11)转动的棘轮棘爪装置(10)。

3.根据权利要求1所述一种模态实验平台，其特征在于：所述下基座(5)以及中基座(8)上分别设置有滑轨以及丝杠(15)，所述中基座(8)以及上基座(9)上分别设置有用于支撑自身于对应滑轨上的滑块；其中，设置于上基座(9)上的滑块与设置于中基座(8)上的丝杠相连，设置于中基座(8)上的滑块与设置于下基座(5)上的丝杠相连。

4.根据权利要求3所述一种模态实验平台，其特征在于：各个丝杠(15)的端部设置有手轮，所述锁紧机构包括分别设置于下基座(5)以及中基座(8)上的用于防止下基座基(5)及中基座(8)上的对应丝杠(15)转动的锁紧闸(12)。

5.根据权利要求4所述一种模态实验平台，其特征在于：所述锁紧闸(12)包括弧形制动闸片、定位螺栓以及固定座，定位螺栓设置于固定座上，弧形制动闸片的外凸面与定位螺栓相连，弧形制动闸片的内凹面与对应丝杠通过接触进行配合，固定座与对应丝杠固定在同一基座上。

6.根据权利要求1所述一种模态实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括用于指示上基座(9)、中基座(8)以及悬吊台移动距离的刻度盘(16)。

7.根据权利要求1所述一种模态实验平台，其特征在于：所述悬吊绳采用尼龙材料制成，悬吊台采用铁丝网(1)制成。

8.根据权利要求1所述一种模态实验平台，其特征在于：所述滚筒(11)至少为两个，每个滚筒(11)上至少连接有一个悬吊绳。

9.根据权利要求1所述一种模态实验平台，其特征在于：所述机架(4)的底部设置有万向轮(3)。

10.一种如权利要求1所述的模态实验平台的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将被试结构件(20)放置在悬吊台上；

2)解除所述锁紧机构对滚筒(11)、上基座(9)以及中基座(8)的固定；根据激振器(18)的位置，通过中基座(8)、上基座(9)以及滚筒(11)调整悬吊台上的被试结构件(20)的位置，其中，被试结构件(20)的前后、左右位置变化分别通过中基座(8)、上基座(9)的水平滑移实现调整，被试结构件(20)的上下位置变化通过转动滚筒(11)对悬吊绳进行收放而实现调整；

3)经过步骤2)后利用所述锁紧机构对滚筒(11)、上基座(9)以及中基座(8)再次进行固定，然后，将激振器(18)以及传感器与被试结构件(20)连接，利用激振器(20)进行模态实验；

4)重复步骤2)～3)，通过多次调整被试结构件(20)的位置改变激振器(18)的作用位置或方向，并在每次调整完毕后进行模态实验。