模態(tài)試驗中的附加質量問題

2017-12-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

附加質量問題在模態(tài)試驗中經(jīng)常存在。在模態(tài)試驗中(如圖1),普遍采用接觸式傳感器獲得結構振動響應信號。當使用接觸形式的傳感器時,傳感器需通過某種形式與被測結構固定連接,一般通過蜂蠟(圖2a)或磁力座(圖2b)等形式。傳感器與磁力座是一種附加質量,一般情況下重量達到十幾克,尤其一個安裝座上放置有三個傳感器時(三向同時測量),或者磁力安裝座重量較大時(圖2c,梁的寬度為30mm),傳感器與安裝座整體的附加質量將達到數(shù)十克。這類附加質量將影響結構模態(tài)試驗的結果,尤其影響到質量、剛度不大的被測結構。

圖1 懸臂梁與LMS采集儀、軟件和傳感器組成的實驗系統(tǒng)

圖2 被測件與傳感器的連接:(a) 蜂蠟式連接;(b) 磁力座式連接;(c) 質量較大的磁力座連接

附加質量與被測件在模態(tài)試驗中的匹配比較模糊,針對附加質量的選用,尚沒有一個明確的標準,這種選用標準包括附加質量的大小和放置位置。然而,這恰是以模態(tài)參數(shù)為基礎的研究所要關注的。因此,正確選用附加質量及其安裝位置,對采用磁力安裝座的形式進行模態(tài)試驗,有助于準確獲得結構模態(tài)參數(shù)和基于模態(tài)參數(shù)的研究開展。因此,模態(tài)試驗中,附加質量的選用應該有一定標準。

基于此,開展兩個內容的實驗研究:

實驗1:不同附加質量作用于同一測點時的結構模態(tài)頻率變化(圖3);
實驗2:相同附加質量作用于不同測點的模態(tài)頻率變化(圖4)。

結構為懸臂梁,長659mm、厚6mm、寬30mm,等分6個測點。針對實驗1,附加質量位于從固定端數(shù)起的第3個測點。兩個實驗內容均考慮前三階模態(tài)。

圖3 不同附加質量對前三階模態(tài)頻率影響(縱坐標可視比例8%)

圖4 附加質量(61g)對前三階模態(tài)頻率影響(縱坐標可視比例15%)

針對附加質量的選用可獲得以下結論:

同一測點,附加質量越大,各階模態(tài)受到的影響越大,這種影響是使結構模態(tài)頻率變小(圖3)。因此,模態(tài)試驗時,附加質量越小對各階模態(tài)的影響越小。
相同附加質量,作用于不同測點,附加質量對各階模態(tài)的影響不同,每階模態(tài)受到附加質量的影響規(guī)律不同,這種影響是使結構模態(tài)頻率變小(圖4)。附加質量及其位置對結構模態(tài)的影響與相應的模態(tài)振型有關,如附加質量位于某階模態(tài)節(jié)點或節(jié)點附近時,此階模態(tài)頻率不受影響(圖4中間圖形)。
針對附加質量對模態(tài)的影響,是否可以獲得一個包含模態(tài)頻率、被測結構質量或剛度的經(jīng)驗公式,這將是下一步深入考慮的問題。

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