CN109946031A - 一种单跨梁振动实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单跨梁振动实验系统，整个单跨梁振动实验系统由直角底座、梁支座、强力电动式模态激振器、激光位移传感器、动态力传感器、数字信号发生器、动静态应变数据采集系统及计算器八部分组成。直角形底座的竖直板上开有多个安装孔，支座有简支端支座和固定端支座，计算器输出激励信号通过信号发生器、线性功率放大器和激振器为试件梁提供激励，位移传感器和动态力传感器依次连接动静态应变数据采集系统和计算器得到试件梁振动响应时程曲线。本单跨梁振动实验系统通过改变梁的约束端形式、激振器的位置以及激励信号的类型，可以完成单跨梁的多形式振动实验、固有频率实验以及复杂的随机振动实验。
Description
技术领域
本发明涉及单跨梁振动实验系统，本发明尤其涉及单跨梁随机振动实验系统。
背景技术
现有梁振动实验系统大多将试件梁进行简化，将质量简化为集中在弦上的几处质量点，即利用将激励作用在质量点带动弦振动的方式来模拟梁的振型。例如振动实践教学中经常采用的WS-5923振动综合教学仪器，其通过电磁激励引起质量块带动弦振动，从而模拟不同振型。此种通过质量块带动弦振动的方式存在着缺陷，其将梁简化为弦上的几处质点与实际梁相距甚远。又比如采用传统锤击方法测梁的固有频率时，实验数据不能保持较好的稳定性和连续性，不能很好的用于梁振动的教学和研究。
另外梁在动力荷载作用下的随机振动问题是结构动力学中的一个非常重要的问题，目前国内尚未见到能够实现单跨梁随机振动的实验装置或者专利。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺陷，提供一种单跨梁振动实验系统，可以通过改变梁的约束端形式、激振器的位置以及数字激励信号的类型，而完成单跨梁的多形式振动实验、固有频率实验以及复杂的随机振动实验。
本发明的一种单跨梁振动实验系统，包括直角形底座，在所述的直角形底座的竖直板上开有多个安装孔，激振器的底座通过穿过设定位置的安装孔的螺栓与竖直板固定相连，在所述的直角形底座的水平板的左右两侧分别沿竖直方向安装有一个梁支座，一根沿水平方向设置的试件梁的左右两端与梁支座通过螺栓固定相连，一根沿水平方向设置的顶杆的一端与激振器的激振端口固定相连并且另一端固定有一个动态力传感器，所述的动态力传感器和试件梁接触设置，安装在支架上的激光位移传感器发出的激光照射在试件梁上设定的位置以采集试件梁的振动响应位移，所述的动态力传感器和激光位移传感器分别通过数据线连接动静态应变数据采集系统的信号输入端，所述的动静态应变数据采集系统用于读取动态力传感器输出的动态力信号以及读取激光位移传感器输出的试件梁的振动响应位移信号，所述的动静态应变数据采集系统的信号输出端通过数据线和计算机相连，所述的计算机的信号输出端通过数据线依次连接信号发生器、线性功率放大器以及激振器；所述的计算器用于读取动静态应变数据采集系统输出的动态力信号和试件梁的振动响应位移信号,然后对该信号处理后得到试件梁振动响应的动态力时程曲线和位移时程曲线，所述的计算器在进行试件梁振动响应实验时输出正弦波信号或白噪声信号给信号发生器或在对试件梁进行模态分析实验时输出正弦波扫频信号给信号发生器。
本机构的有益效果是：本发明多功能单跨梁振动实验系统采用的试件梁为实际梁模型的方式进行振动试验，有效的解决了传统梁振动实验仪器将试件梁简化为弦上质量块与实际模型不相符的缺陷。使用激振器为试件梁振动提供激励，解决了传统锤击提供激励导致实验数据不能保持较好的稳定性和连续性的问题，尤其是通过手动设置输出不同类型数字激励信号，可以实现试件梁不同类型的振动也包括复杂的随机振动。
附图说明
图1为本发明的单跨梁振动实验系统的结构示意图；
图2-1为本发明系统采用的简支端梁支座的正视图；
图2-2为图2-1所示的简支端梁支座的俯视图；
图3-1为本发明系统采用的固定端梁支座的正视图；
图3-2为图3-1所示的固定端梁支座的俯视图；
图4为本发明系统采用的试件梁的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明的单跨梁振动实验系统，包括直角形底座，在所述的直角形底座的竖直板1上开有多个安装孔，激振器6的底座通过穿过设定位置的安装孔的螺栓与竖直板1固定相连。可以通过更改激振器6安装在竖直板1上的位置实现试件梁不同位置的加载。所述激振器优选的采用强力电动式模态激振器，可以为梁提供最大激振力为100N、最大振幅为10mm的激励。
在所述的直角形底座的水平板2的左右两侧分别沿竖直方向安装有一个梁支座3，一根沿水平方向设置的试件梁7的左右两端与梁支座3通过螺栓固定相连。所述的梁支座3可以为倒U形简支端支座，试件梁7两端固定在简支端支座顶面上；也可以为H形固定端支座，试件梁7两端固定在固定端支座的水平横梁上。这样可以实现试件梁7的不同约束。
一根沿水平方向设置的顶杆5的一端与激振器6的激振端口固定相连并且另一端固定有一个动态力传感器4，所述的动态力传感器4和试件梁接触设置。为保证梁仅在激振器激励作用下振动而不是与激振器协同振动，动态力传感器与试件梁之间不采取固定约束，在实验时通过调节顶杆使力传感器与试件梁轻微预压紧即可。
安装在支架上的激光位移传感器12发出的激光照射在试件梁7上设定的位置以采集试件梁的振动响应位移(采集试件梁不同位置的振动响应位移例如梁跨的1/2、1/3、1/4处等)。所述的激光位移传感器测量范围在±60mm，分辨率为8μm，具有较高的精度。
所述的动态力传感器4和激光位移传感器12分别通过数据线连接动静态应变数据采集系统11的信号输入端。所述的动静态应变数据采集系统11用于读取动态力传感器4输出的动态力信号以及读取激光位移传感器12输出的试件梁的振动响应位移信号。所述的动静态应变数据采集系统11的信号输出端通过数据线和计算机8相连，所述的计算机8的信号输出端通过数据线依次连接信号发生器10、线性功率放大器9以及激振器6。
所述的计算器用于读取动动静态应变数据采集系统11输出的动态力信号和试件梁的振动响应位移信号,然后对该信号处理后得到试件梁振动响应的动态力时程曲线和位移时程曲线。动态力和位移信号的处理可以采用扬州卓讯软件开发有限公司2018.02.28发表的“卓讯静态信号测试分析软件V1.0”(登记号为2018SR300784)。动态力时程曲线和位移时程曲线可用作试件梁数值模拟分析或试件梁振动模态分析。
通过人工手动选择测试用途，所述的计算器在进行试件梁振动响应实验时输出正弦波信号或白噪声信号给信号发生器或在对试件梁进行模态分析实验时输出正弦波扫频信号给信号发生器，不同类型数字激励信号的输出可以采用公开号为CN108336995A的中国专利公开的“一种信号发生器”实现；信号发生器10给出标准信号，信号发生器10连接线性功率放大器9，将数字信号进行放大，线性功率放大器9连接激振器6，将放大的数字信号传输给激振器6，为试件梁7提供激励。
Claims (4)
1.一种单跨梁振动实验系统，包括直角形底座，在所述的直角形底座的竖直板上开有多个安装孔，其特征在于：激振器的底座通过穿过设定位置的安装孔的螺栓与竖直板固定相连，在所述的直角形底座的水平板的左右两侧分别沿竖直方向安装有一个梁支座，一根沿水平方向设置的试件梁的左右两端与梁支座通过螺栓固定相连，一根沿水平方向设置的顶杆的一端与激振器的激振端口固定相连并且另一端固定有一个动态力传感器，所述的动态力传感器和试件梁接触设置，安装在支架上的激光位移传感器发出的激光照射在试件梁上设定的位置以采集试件梁的振动响应位移，所述的动态力传感器和激光位移传感器分别通过数据线连接动静态应变数据采集系统的信号输入端，所述的动静态应变数据采集系统用于读取动态力传感器输出的动态力信号以及读取激光位移传感器输出的试件梁的振动响应位移信号，所述的动静态应变数据采集系统的信号输出端通过数据线和计算机相连，所述的计算机的信号输出端通过数据线依次连接信号发生器、线性功率放大器以及激振器；所述的计算器用于读取动静态应变数据采集系统输出的动态力信号和试件梁的振动响应位移信号,然后对该信号处理后得到试件梁振动响应的动态力时程曲线和位移时程曲线，所述的计算器在进行试件梁振动响应实验时输出正弦波信号或白噪声信号给信号发生器或在对试件梁进行模态分析实验时输出正弦波扫频信号给信号发生器。
2.根据权利要求1所述的单跨梁振动实验系统，其特征在于：所述激振器采用强力电动式模态激振器。
3.根据权利要求1或者2所述的单跨梁振动实验系统，其特征在于：所述的梁支座为倒U形简支端支座，试件梁两端固定在简支端支座顶面上。
4.根据权利要求1或者2所述的单跨梁振动实验系统，其特征在于：所述的梁支座为H形固定端支座，试件梁两端固定在固定端支座的水平横梁上。
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