CN110987471A - 一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耦合损耗因子测试技术领域，具体为一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，包括以下步骤：测试准备步骤：激振器上设有加速度传感器和力传感器；测试步骤：为任一试件贴上阻尼片，并对另一试件上的激振点施加稳态激励，记录响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应；为另一试件贴上阻尼片，重复测试步骤；测试计算步骤：获得两试件的能量矩阵，获得功率平衡方程式，根据两功率平衡方程式获得激励输入功率矩阵；并根据能量矩阵、激励输入功率矩阵获得阻尼损耗因子矩阵，并求解出两试件间的耦合损耗因子。采用本方案能够在无需考虑试件的情况下，精确计算出复杂结构间耦合损耗因子。

Description

一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法

技术领域

本发明涉及耦合损耗因子测试技术领域，具体为一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法。

背景技术

汽车振动噪声源通过与之相邻的结构件进行振动传递，从而可以有效影响到车内的NVH水平，因此NVH的优劣不但取决于声源或振源的激励水平大小，还与车身的结构特性有直接的关系。车身结构中许多部件均通过密封条或粘胶等进行连接，相联接结构的耦合损耗因子越大，则能量通过其传递后衰减越多，具有较好的隔振性能，因此需对复杂结构间耦合损耗因子进行测量。

目前，统计能量法(简称SEA法)是解决高频声振的有效手段，可用于车型的声振设计，优化和评估汽车声学性能。在满足高性能的要求下，节约成本和时间。SEA方法的三大基本参数为：模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子，如何获得三大基本参数是研究人员一直关注的问题。耦合损耗因子这个概念完全属于新的概念，类似于热力学的热传导系数，而内损耗因子的获得有两种方法：理论和实验。一些简单的结构可以通过理论的方法获得，对于复杂连接方式，需要借助试验手段来获得，但是现有试验手段多是通过速度传感器对响应点的速度进行采集，而速度传感器的精度并不高使得最终测得的耦合损耗因子不能准确的反映真实情况。同时现有的试验手段需要采用材质尺寸相同的试件进行测试，试验受限于试件材质及尺寸限制。

发明内容

本发明意在提供一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，能够在无需考虑试件的情况下，能够精确计算出复杂结构间耦合损耗因子。

本发明提供基础方案是：一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，包括以下步骤：

测试准备步骤：准备两个具备连接关系的试件，并使试件自然悬挂；选择并校正测试仪器，并连接测试仪器和试件；在两个试件上分别设置激振点和响应点，同一试件上激振点和响应点的数量均不少于一个；测试仪器包括激振器，激振器上设有加速度传感器和力传感器；

测试步骤：为任一试件贴上阻尼片，并对另一试件上的激振点使用高频的分析频率施加稳态激励，记录响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应；为另一试件贴上阻尼片，重复测试步骤；

测试计算步骤：根据以下公式获得两试件的能量矩阵，

E_i(j)＝M_j(V_ij ²)

式中，E_i(j)为对i试件施加稳态激励时，j试件的能量，M_j为j试件的质量，V_ij为对i试件施加稳态激励时，j响应点的加速度响应转换的速度值；

根据响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应获得对一试件贴上阻尼片，对另一试件施加稳态激励时的功率平衡方程式，根据测试步骤获取的两功率平衡方程式获得激励输入功率矩阵；并根据能量矩阵、激励输入功率矩阵获得阻尼损耗因子矩阵，并求解出两试件间的耦合损耗因子。

基础方案的工作原理及有益效果：通过在试件上贴阻尼片，使得能量单向流动，从而获取其功率平衡方程式，进而求得耦合损耗因子。这样的测试方式，不受试件材质、尺寸的影响，减小试验限制。使用高频分析频率对试件施加稳态激励，其试验精度更高，从而实现精确计算出复杂结构件的耦合损耗因子的目的。

进一步，所述测试仪器包括加速度传感器，所述加速度传感器用于测量响应点的加速度响应。有益效果：通过加速度传感器测量响应点的加速度响应，再转换为对应的速度值，与直接测量响应点的速度响应相比，加速度传感器比速度传感器的精度更高，从而减小实验数据带来的误差，进而精确计算出复杂结构件的耦合损耗因子。

进一步，当同一试件上响应点的数量大于1个时，取同一试件上响应点的加速度响应的平均值作为所述试件的加速度响应。有益效果：当一个试件上设置有多个响应点时，通过取平均值作为该试件的加速度响应，每个响应点的加速度响应均会对代表试件的加速度响应造成影响，从而全面的反映该试件的加速度响应情况。

进一步，同一试件上响应点的数量为三个。有益效果：三个响应点的设置，既不影响测试进度，又能全面的反映试件的加速度响应情况。

进一步，所述分析频率高于3000Hz。有益效果：更高的分析频率，其测试效果更好。

进一步，所述激振点设置在试件边缘。有益效果：将激振点设置在试件边缘，其测试效果更好。

进一步，所述响应点设置在两试件的连接处。有益效果：将响应点设置在两试件的连接处，可认为连接处的结构最为复杂，从而获得更好的测试效果。

进一步，所述测试步骤还包括在连接测试仪器和试件后，对测试仪器再次校正。有益效果：连接测试仪器和试件后，对测试仪器再次校正，避免连接过程中，使测试仪器受到外力影响，不能正常使用。

进一步，所述测试准备步骤中，使用橡皮绳使试件自然悬挂。有益效果：采用橡皮绳悬挂试件，使试件处于自然状态，其测得的测试数据更贴近于真实数据。

附图说明

图1为本发明一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法实施例一的流程图；

图2为本发明一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法实施例一的试件及测试仪器连接图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

本实施例应用于已知试件的内损耗因子的情况下，计算试件之间的耦合损耗因子。

一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，如附图1所示，包括以下步骤：

测试准备步骤，具体包括以下步骤：

S101：准备两个具备连接关系的试件，对试件材料及尺寸无要求，并采用橡皮绳将试件悬挂在测试台上，并调整试件自然悬挂。在本实施例中，橡皮绳为实验中常用的橡皮绳，因此不再赘述。

为便于说明，在本实施例中，将两个试件分别定义为第一子系统和第二子系统。

S102：选择测试仪器，测试仪器包括激振器、力传感器、加速度传感器、电荷放大器、功率放大器、双通道信号分析器、随机噪声信号源、计算机，并对测试仪器进行校正，使所有测试仪器处于正常的工作状态。

S103：如附图2所示，根据附图2中的连接方式对试件及测试仪器进行连接，并在激振器的激振头上连接力传感器和加速度传感器，在本实施例中，力传感器优选为通过螺钉与激振器连接，加速度传感器优选为粘接在激振器上。再次对测试仪器进行校正，并在第一子系统、第二子系统上分别设置激振点和响应点，加速度传感器位于响应点，在本实施例中，第一子系统和第二子系统上激振点和响应点的数量均为1个。在本实施例中，激励点优选设置在试件边缘，响应点优选设置在两试件的连接处。

为便于说明，在本实施例中，将第一子系统上的激振点和响应点定义为第一激振点、第一响应点，将第二子系统上的激振点和响应点定义为第二激振点、第二响应点。

测试步骤，具体包括以下步骤：

S201：为第二子系统贴上阻尼片，在第一激振点使用高频的分析频率，向第一子系统施加稳态激励，并记录响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应；高频为本领域公知的定义，其代表大于1000Hz的频率，在本实施例中，分析频率优选为3125Hz。

具体的，使用激振器在第一激振点施加稳态激励，并分别记录第一响应点和第二响应点的加速度响应，并记录激振器的加速度响应和力响应。

S202：为第一子系统贴上阻尼片，在第二激振点使用高频的分析频率，向第二子系统施加稳态激励，并记录响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应；高频为本领域公知的定义，其代表大于1000Hz的频率，在本实施例中，分析频率优选为3125Hz。

具体的，使用激振器在第二激振点施加稳态激励，并分别记录第一响应点和第二响应点的加速度响应，并记录激振器的加速度响应和力响应。

测试计算步骤，具体包括以下步骤：

S301：测试前，获取第一子系统的质量M₁、第二子系统的质量M₂。

S302：将步骤S201、S202中记录的加速度响应转换为速度值，并根据能量计算公式：

E＝M(V²)，获得系统能量等式：

E₁(1)＝M₁(V₁₁ ²) (1)

E₁(2)＝M₂(V₁₂ ²) (2)

E₂(1)＝M₁(V₂₁ ²) (3)

E₂(2)＝M₂(V₂₂ ²) (4)

式(1)中，E₁(1)为在对第一子系统施加稳态激励时，第一子系统的能量，V₁₁为在对第一子系统施加稳态激励时，根据在第一响应点测得加速度响应所转换的速度值。

式(2)中E₁(2)为在对第一子系统施加稳态激励时，第二子系统的能量，V₁₂为在对第一子系统施加稳态激励时，根据在第二响应点测得加速度响应所转换的速度值。

式(3)中，E₂(1)为在对第二子系统施加稳态激励时，第一子系统的能量，V₂₁为在对第二子系统施加稳态激励时，根据在第一响应点测得加速度响应所转换的速度值。

式(4)中，E₂(2)为在对第二子系统施加稳态激励时，第二子系统的能量，V₂₂为在对第二子系统施加稳态激励时，根据在第二响应点测得加速度响应所转换的速度值。

S303：当第二子系统贴上阻尼片，对第一子系统施加稳态激励时，能量单向流动，即能量只从第一子系统流向第二子系统，使得P₂₁＝0。此时功率平衡方程式为：

P₁＝ωη₁E₁(1)+ωη₁₂E₁(2) (5)

式(5)中，P₁为第一子系统的功率，ω为激振器的分析频率，η₁为第一子系统的内损耗因子，η₁₂为第一子系统对第二子系统的耦合损耗因子。

当第一子系统贴上阻尼片，对第二子系统施加稳态激励时，能量单向流动，即能量只从第二子系统流向第一子系统，使得P₁₂＝0。此时功率平衡方程式为：

P₂＝ωη₂E₂(1)+ωη₂₁E₂(2) (6)

式(6)中，P₂为第二子系统的功率，η₂为第一子系统的内损耗因子，η₂₁为第二子系统对第一子系统的耦合损耗因子。

P_in＝f(t)v(t) (7)

式(4)中，P_in为激振器的输入功率，f(t)为在激振器测得的力响应，v(t)为在激振器测得的加速度响应所转换的速度值。

S304：功率平衡方程为：

ω[L][E]＝{P_in} (8)

式(8)中，[L]为阻尼损耗因子矩阵；[E]为能量矩阵；{P_in}为激励输入功率矩阵。

对式(8)中的能量矩阵、激励输入功率矩阵转置，即得：

{E}^T＝{E₁，E₂，......E_N}

{P_in}^T＝{P_1，in，P_2,in,......P_n,in}

由此可知，根据公式(1)-(4)构建能量矩阵，根据公式(5)-(7)构建激励输入功率矩阵。

即：

将能量矩阵、激励输入功率矩阵代入公式(9)中获得阻尼损耗因子矩阵，从而计算出第一子系统对第二子系统的耦合损耗因子和第二子系统对第一子系统的耦合损耗因子

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于：S103步骤、S201步骤、S302步骤。

S103步骤中，第一子系统和第二子系统上激振点的数量均为1个，第一子系统和第二子系统上响应点的数量均为3个，同一子系统的响应点随机分布。为便于说明，将第一子系统上的响应点定义为第101响应点、第102响应点、第103响应点，将第二子系统上的响应点定义为第201响应点、第202响应点、第203响应点。

S201步骤中，使用激振器在第一激振点施加稳态激励时，分别记录第101响应点、第102响应点、第103响应点、第201响应点、第202响应点、第203响应点的加速度响应；再使用激振器在第二激振点施加稳态激励，并分别记录第101响应点、第102响应点、第103响应点、第201响应点、第202响应点、第203响应点的加速度响应。

S302步骤中，先对第101响应点、第102响应点、第103响应点的加速度响应取平均值，作为第一子系统的加速度响应；并对第201响应点、第202响应点、第203响应点的加速度响应取平均值，作为第二子系统的加速度响应，再将加速度响应转换为速度值。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

测试准备步骤：准备两个具备连接关系的试件，并使试件自然悬挂；选择并校正测试仪器，并连接测试仪器和试件；在两个试件上分别设置激振点和响应点，同一试件上激振点和响应点的数量均不少于一个；测试仪器包括激振器，激振器上设有加速度传感器和力传感器；

测试步骤：为任一试件贴上阻尼片，并对另一试件上的激振点使用高频的分析频率施加稳态激励，记录响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应；为另一试件贴上阻尼片，重复测试步骤；

测试计算步骤：根据以下公式获得两试件的能量矩阵，

E_i(j)＝M_j(V_ij ²)

式中，E_i(j)为对i试件施加稳态激励时，j试件的能量，M_j为j试件的质量，V_ij为对i试件施加稳态激励时，j响应点的加速度响应转换的速度值；

根据响应点的加速度响应，以及激振器的加速度响应和力响应获得对一试件贴上阻尼片，对另一试件施加稳态激励时的功率平衡方程式，根据测试步骤获取的两功率平衡方程式获得激励输入功率矩阵；并根据能量矩阵、激励输入功率矩阵获得阻尼损耗因子矩阵，并求解出两试件间的耦合损耗因子。

2.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：所述测试仪器包括加速度传感器，所述加速度传感器用于测量响应点的加速度响应。

3.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：当同一试件上响应点的数量大于1个时，取同一试件上响应点的加速度响应的平均值作为所述试件的加速度响应。

4.根据权利要求3所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：同一试件上响应点的数量为三个。

5.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：所述分析频率高于3000Hz。

6.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：所述激振点设置在试件边缘。

7.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：所述响应点设置在两试件的连接处。

8.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：所述测试步骤还包括在连接测试仪器和试件后，对测试仪器再次校正。

9.根据权利要求1所述的一种使用增大阻尼测试复杂结构间耦合损耗因子的方法，其特征在于：所述测试准备步骤中，使用橡皮绳使试件自然悬挂。

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