CN108827569A - 一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆 - Google Patents

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    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/022—Vibration control arrangements, e.g. for generating random vibrations

Abstract

本发明提出了一种非线性结构地面振动试验中的激振杆装置，用于在结构地面共振衰减试验中快速移除对受试结构的稳态正弦激励和附加刚度。整个发明包括：第一弹性激振杆，万向节，第一紧固螺钉，第二紧固螺钉，第二弹性激振杆，电磁铁，第三弹性激振杆，第三紧固螺钉，力传感器连接件。在非线性结构地面共振衰减试验中，由激振杆引起的附加刚度严重影响测试结果。本发明主要利用电磁铁通电产生吸力、断电不产生吸力的特性，断电后可快速移除对受试结构的激励，使受试结构进入自由衰减阶段，使得地面共振衰减试验的测试结果更加准确。

Description

一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆
技术领域
本发明涉及用于地面振动试验的激振杆，特别涉及用于地面共振衰减试验的激振杆。
背景技术
如今，地面振动试验广泛应用于航空航天、机械制造、土木工程、建筑、船舶等工程领域，成为解决实际结构中振动问题的重要手段之一。随着地面振动试验技术的发展，人们能够快速地获得复杂结构的模态特性和参数。但是，对于线性度较差的非线性结构，其存在着模态耦合的特性，在实际测试中难以获得准确的模态参数。
近十年来，共振衰减法提出了研究非线性结构的模态特性新方法。共振衰减法有2个步骤：首先，通过传统地面振动试验，获取非线性结构的固有频率；然后，对结构施加某一固有频率的稳定幅值的正弦激励，结构振动达到稳态之后，移除激振力，使结构进入自由衰减状态，以获得在该固有频率下非线性结构的动力学特性。
共振衰减法由于使结构进入自由衰减状态，能够得到非线性结构的固有频率随能量变化情况，并且能够得到模态之间的耦合特性。但在实际非线性结构的地面振动试验中，目前，缺乏有效完成共振衰减试验的手段。
如何在激振器发出稳态激振力的情况下迅速移除其对受试结构的激振力，是一个需要解决的问题。
发明内容
传统激振杆将激振器与受试结构之间采用诸如胶接的耦合方式，这样激振器和激振杆会给受试结构带来附加刚度。在共振衰减实验中，需要受试结构自由衰减，而上述附加刚度会影响受试结构的自由衰减，导致测试结果发生偏移。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆，其特征在于包括：
第一弹性激振杆；
与第一弹性激振杆通过螺纹连接在一起的万向节；
第一紧固螺钉，用于紧固第一弹性激振杆与万向节；
第二弹性激振杆；
与第二弹性激振杆通过螺纹连接在一起的万向节；
与第二弹性激振杆通过螺纹连接在一起的电磁铁；
第二紧固螺钉，用于紧固第二弹性激振杆与万向节；
第三弹性激振杆；
与第三弹性激振杆与电磁铁通过磁力耦合；
与第三弹性激振杆通过螺纹连接在一起的力传感器连接件；
第三紧固螺钉，用于紧固第三弹性激振杆与力传感器连接件。
其中
所述第一弹性激振杆、万向节、第二弹性激振杆、电磁铁、第三弹性激振杆、力传感器连接件用于把一个激振器产生的激振力传递至受试结构上，
当电磁铁通电、激振器上下运动产生激振力时，引起受试结构发生振动。激振器以某一频率产生单一正弦激振力，受试结构以该频率进入稳态受迫振动状态。当电磁铁断电时，电磁铁与第三弹性激振杆之间的磁力消失，受试结构进入自由衰减状态。
本发明利用了电磁铁的特殊属性，即通电时具有磁力，断电时不具有磁力的特性。这样，在通电时，两段激振杆相连，激振器将激振力传递到受试结构上，引起受试结构的受迫振动；断电时，两段激振杆断开，受试结构不再受激振力的作用，进入自由衰减状态。万向节用于减小激振杆对结构施加的附加刚度，并有利于断电时电磁铁脱开受试结构。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆，其特征在于包括：
第一弹性激振杆；
与第一弹性激振杆连接在一起的万向节；
第二弹性激振杆；
与第二弹性激振杆连接在一起的万向节；
与第二弹性激振杆连接在一起的电磁铁；
第三弹性激振杆；
第三弹性激振杆与电磁铁通过磁力耦合；
与第三弹性激振杆连接在一起的力传感器连接件；
其中
所述第一弹性激振杆、万向节、第二弹性激振杆、电磁铁、第三弹性激振杆、力传感器连接件用于把一个激振器产生的激振力传递至受试结构上，
当激振器以某一频率产生单一正弦激振力时，受试结构以该频率进入稳态受迫振动状态，当电磁铁断电时，电磁铁与第三弹性激振杆之间的磁力消失，受试结构进入自由衰减状态。
根据本发明的另一个方面，提供了基于一种激振杆的非线性结构地面共振衰减试验的激振方法，所述激振杆包括：
第一弹性激振杆；
与第一弹性激振杆连接在一起的万向节；
第二弹性激振杆；
与第二弹性激振杆连接在一起的万向节；
与第二弹性激振杆连接在一起的电磁铁；
第三弹性激振杆；
第三弹性激振杆与电磁铁通过磁力耦合；
与第三弹性激振杆连接在一起的力传感器连接件；
其特征在于：
用所述第一弹性激振杆、万向节、第二弹性激振杆、电磁铁、第三弹性激振杆、力传感器连接件把一个激振器产生的激振力传递至受试结构上，
使激振器以某一频率产生单一正弦激振力，从而使受试结构以该频率进入稳态受迫振动状态，
在受试结构以该频率进入稳态受迫振动状态之后，使电磁铁，从而使受试结构进入自由衰减状态。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆。
图2是根据本发明的一个地面共振衰减试验实施例。
附图标记说明：
01——第一弹性激振杆 02——第一紧固螺钉
03——万向节
04——第二紧固螺钉 05——第二弹性激振杆
06——电磁铁
07——第三弹性激振杆 08——第三紧固螺钉
09——力传感器连接件
10——激振器 11——基座
12——力传感器
13——加速度传感器 14——受试结构
15——支持工装
具体实施方式
如图1所示，是根据本发明的一个实施例的一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆，其中：
第一弹性激振杆(01)与万向节(03)通过螺纹连接，并用第一紧固螺钉(02)紧固连接处；
万向节(03)与第二弹性激振杆(05)通过螺纹连接，并用第二紧固螺钉(04)紧固连接处；
第二弹性激振杆(05)与电磁铁(06)通过螺纹连接；
电磁铁(06)与第三弹性激振杆(07)接触，电磁铁(06)通电时具有磁力，吸住第三弹性激振杆(07)；
第三弹性激振杆(07)与力传感器连接件(09)通过螺纹连接，并用第三紧固螺钉(08)紧固连接处。
如图2所示，是使用了根据本发明的一个实施例的一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆进行地面共振衰减试验的设备的配置，其中：
激振器(10)固定在基座(11)上；
第一弹性激振杆(01)通过螺纹连接在激振器(10)上；
力传感器(12)通过螺纹连接在力传感器连接件(09)上；
受试结构(14)固定在支持工装(15)上；
力传感器(12)与受试结构(14)胶接，用于测量作用在受试结构(14)上的激振力；
布置在受试结构(14)上的加速度传感器(13)用于测量出受试结构(14)测量点的加速度响应；
将电磁铁(06)连接至24V稳压直流电源(未显示)，通电产生磁力；
通过商用地面振动测试系统(未显示)采集力传感器(12)和加速度传感器(13)的信号，在采集过程中，等到受试结构(14)达到某一频率的稳态受迫振动之后，将电磁铁(06)断电，电磁铁(06)不具有磁力，电磁铁(06)与第三弹性激振杆(07)松开，受试结构(14)进入自由衰减状态；
等受试结构(14)衰减至振动消失，从利用力传感器(12)和加速度传感器(13)采集到的信号，得到受试结构(14)的衰减特性。
地面共振衰减试验过程中，由于电磁铁(06)与第三弹性激振杆(07)在通电状态下串联成一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆，可以把激振器(10)产生的激振力传递到受试结构(14)上，受试结构(14)因此产生受迫振动。当电磁铁(06)断电，电磁铁(06)与第三弹性激振杆(07)之间无磁力作用，受试结构(14)将立刻不再受到激振器(10)的激励，进入自由衰减状态。
传统激振杆将激振器与受试结构之间采用诸如胶接的耦合方式，这样激振器和激振杆会对受试结构带来附加刚度。在共振衰减实验中，需要受试结构自由衰减，激振器和传统激振杆带来的附加刚度会影响受试结构的自由衰减，导致测试结果发生偏移。
本发明中，在激振器与受试结构之间采用磁力耦合，利用电磁铁通电时具有磁力、断电时不具有磁力的特性，在不施加外力的情况下，通过给电磁铁断电，将激振器与受试结构之间的耦合迅速断开，在最大程度上消除了以往的激振器与受试结构之间的连接对地面共振衰减试验过程的影响。
本发明的方案具有结构简易，去耦合响应迅速，去耦合对整个试验系统影响小的优点。

Claims (4)

1.一种用于非线性结构地面共振衰减试验的激振杆，其特征在于包括：
第一弹性激振杆(01)；
与第一弹性激振杆(01)连接在一起的万向节(03)；
第二弹性激振杆(05)；
与第二弹性激振杆(05)连接在一起的万向节(03)；
与第二弹性激振杆(05)连接在一起的电磁铁(06)；
第三弹性激振杆(07)；
第三弹性激振杆(05)与电磁铁(06)通过磁力耦合；
与第三弹性激振杆(05)连接在一起的力传感器连接件(08)；
其中
所述第一弹性激振杆(01)、万向节(03)、第二弹性激振杆(05)、电磁铁(06)、第三弹性激振杆(07)、力传感器连接件(08)用于把一个激振器(10)产生的激振力传递至受试结构(14)上，
当激振器(10)以某一频率产生单一正弦激振力时，受试结构(14)以该频率进入稳态受迫振动状态，当电磁铁(06)断电时，电磁铁(06)与第三弹性激振杆(07)之间的磁力消失，受试结构(14)进入自由衰减状态。
2.根据权利要求1所述的激振杆装置，其特征在于进一步包括：
力传感器(12)，其与力传感器连接件(08)连接在一起，
其中：
受试结构(14)与力传感器(12)胶接，从而实现第三弹性激振杆(07)与受试结构(14)的连接。
3.基于一种激振杆的非线性结构地面共振衰减试验的激振方法，所述激振杆包括：
第一弹性激振杆(01)；
与第一弹性激振杆(01)连接在一起的万向节(03)；
第二弹性激振杆(05)；
与第二弹性激振杆(05)连接在一起的万向节(03)；
与第二弹性激振杆(05)连接在一起的电磁铁(06)；
第三弹性激振杆(07)；
第三弹性激振杆(07)与电磁铁(06)通过磁力耦合；
与第三弹性激振杆(05)连接在一起的力传感器连接件(08)；
其特征在于：
用所述第一弹性激振杆(01)、万向节(03)、第二弹性激振杆(05)、电磁铁(06)、第三弹性激振杆(07)、力传感器连接件(08)把一个激振器(10)产生的激振力传递至受试结构(14)上，
使激振器(10)以某一频率产生单一正弦激振力，从而使受试结构(14)以该频率进入稳态受迫振动状态，
在受试结构(14)以该频率进入稳态受迫振动状态之后，使电磁铁(06)，从而使受试结构(14)进入自由衰减状态。
4.根据权利要求3所述的激振方法，其特征在于：
使力传感器(12)与力传感器连接件(08)连接在一起；
使受试结构(14)与力传感器(12)胶接，从而实现第三弹性激振杆(07)与受试结构(14)的连接。
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