目录一、设计目的与要求 (1)二、设计任务 (1)三、设计内容 (1)3.1 仪器简介 (1)3.2设计原理、设计步骤及数据分析 (3)利萨如图形法测量简谐振动频率 (3)振动测试 (9)四、简支梁振动系统综合性能测试 (13)振动系统固有频率测试的方法 (13)隔振 (17)单式动力吸振器吸振的实验分析 (18)复式动力吸振器吸振的实验分析 (19)五、设计心得 (22)六、参考文献 (23)七、指导老师评语 (24)简支梁动态特性综合测试方法一、设计目的与要求1. 学习测试系统的搭建以及相应仪器的使用2. 学习振动系统的频率阻尼计算、测试的各种方法3. 学习振动量（位移、速度、加速度）的测量及之间关系4. 学习振动系统特性的测试方法及频谱的分析方法5. 学习振动系统吸振、隔振的方法及分析其频率二、设计任务1.掌握仪器设备的使用方法以及测试系统的安装调试2.掌握多种简谐振动的频率方法，特别是使用“利萨如图形法”3.掌握位移、速度、加速度的测定方法以及它们之间的关系4.掌握频谱分析方法以及它们的应用条件，理解频谱图的含义5.掌握吸振、减振的方法，并会计算隔振频率三、设计内容3.1 仪器简介DHVTC振动测试与控制实验系统的组成：如图1所示，实验系统由“振动与控制实验台”、激振测振系统与动态分析仪组成。

1、底座）2、支座）3、二（三）自由度系统）4、薄壁圆板）5、非接触式激振器）6、接触式激振器）7、力传感器）8、偏心电机）9、磁电式速度传感器）10、被动隔振系统）11、简支梁）12、主动隔振空气阻尼器）13、单/复式动力吸振器）14、压电式加速度传感器）15、电涡流位移传感器）16、磁力表座）图1 DHVTC振动测试与控制学生实验系统示意图振动与控制实验台振动测试与控制实验台由弹性体系统（包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆板、单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统模型）配以主动隔振、被动隔振及动力吸振用的空气阻尼减震器、单式动力吸振器、复式动力吸振器等组成。

是完成振动与振动控制等近30个实验的试验平台。

○1激振系统与测振系统（1）激振系统激振系统包括：DH1301正弦扫频信号源，JZ-1型接触式激振器，JZF-1型非接式触激振器，偏心电动机、调压器，力锤（包括测力传感器）。

（2）测振系统测振系统包括：动态采集分析仪，ZG-1型磁电式振动速度传感器，压电式加速度传感器、WD302电涡流位移传感器、测力传感器。

○2动态采集分析系统动态采集分析系统包括：信号调理器、数据采集仪、计算机系统（或笔记本电脑）、控制与基本分析软件、模态分析软件3.2设计原理、设计步骤及数据分析1 、利萨如图形法测量简谐振动频率图 2 利萨如图形法测量简谐振动频率的实验装置框图采集的速度信号、扫频信号源产生的信号分别接入通道。

信号合成时，扫频信号源产生信号为X（Y）轴，在简支梁上采集的速度信号为Y（X）轴。

合成用X-Y显示，注意的是采集的速度信号因存在干扰，所以回放时经过了数字滤波处理。

这时得到的信号就比较理想。

:f fX Y1: 12: 13: 1图3 利萨如图形实验方法及过程1、安装偏心电机偏心激振电机的电源线接到调压器的输出端，电源线接到调压器的输入端（黄线为地线），一定要小心防止接错，要注意调压器的输入和输出端，防止接反。

把调速电机安装在简支梁中部，对简支梁产生一个未知的激振力，电机转速（强迫振动频率）可用调压器来改变，把调压器放在“40”档左右，调好后在实验的过程中不要再改变电机转速。

2、将测试系统连接好将DH1301扫频信号源输出信号接到采集仪的第三通道。

将速度传感器布置在激振电机附近，速度传感器测得的信号接到数采仪的第二通道。

扫频信号源产生信号为X 轴，在简支梁上采集的速度信号为Y 轴。

采集的速度信号通过了数字滤波处理。

3、测试过程①当两信号频率相近时，即X Y f f ≈（X f 为扫频信号源产生信号，Y f 为速度传感器采集的信号）。

图4 采集的速度信号由图4采集的速度信号中双光标测量可知得周期，/5x T d =，则频率约为1/53.55Y f T Hz ==图5 扫频信号源产生的信号图由图5 扫频信号源产生的信号图中双光标测量可知得周期，/5x T d =，则频率约为1/54.01X f T Hz ==由扫频信号源产生信号为X 轴，在简支梁上采集的速度信号为Y 轴的合成图：图6 X-Y 合成图 即当:1:1X Y f f ≈时，利萨如图如上，与预期相符合。

②两信号频率满足:2:1X Y f f =，即（其中X f 为扫频信号源产生信号，Y f 为速度传感器采集的信号）。

图7 采集的速度信号图由图7中双光标测量可知得周期，/10x T d =，则频率：1/54.47Y f T Hz ==图8 扫频信号源产生的信号图由图8中双光标测量可知得周期，/10x T d =，则频率：1/108.47X f T Hz ==由扫频信号源产生信号为X 轴，在简支梁上采集的速度信号为Y 轴，X-Y 合成图（见图9）图9 X-Y 合成图即当:2:1X Y f f ≈时，利萨如图与预期相符合。

③同理信号频率满足f x = f y / 2时，利萨如图形如下图10所示，此图未滤波，故图像并不清晰。

图10 /2x y f f =时利萨如图综合测试结果如，表1表1 利萨图测试结果试验中，如果经过滤波，图像会更清晰。

在实验过程中存在的问题有很多，比如说人为误差、外来干扰、仪器灵敏度参数设置的不合适以及仪器本身存在的误差，都会导致实验结果存在误差。

2、振动测试在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值。

振动信号的幅值可根据位移、加速度、速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器来测量。

计算位移传感器、速度传感器或加速度传感器分别来测量振动信号的幅值。

通过积分、微分运算，将结果与传感器测量得来的数据与相比较。

位移、速度、加速度三者关系：设 振动位移、速度、加速度分别为x v a 、、，其幅值分别是X 、V 、A则：sin()x B t ωϕ=-,则cos()xtd v B t d ωωϕ==-，222sin()x t d a B t d ωωϕ==-- t v a d =⋅⎰，t x v d =⋅⎰。

式中，B 位移振幅 、 ω角频率 、 ϕ初相位。

则得，X=B ，V=B ω A= 2B ω=（2πf ）2B我们用的传感器有速度、位移、加速度传感器，把它们测得的信号就到数采仪的通道，设置仪器的各个参数。

调节扫频信号源的输出频率感和幅值，使梁产生明显的振动，记录结果如下。

表11 扫频信号为40Hz表12 扫频信号为45Hz表13 扫频信号为50Hz表14 扫频信号为55Hz测量结果及分析（X=B ，V=B ω A= 2B ω=（2πf ）2B ） 测得数据及分析计算如下表所示：表2 实际测得位移，速度，加速度表3 根据位移X计算速度，加速度表4 根据速度计算位移，加速度表5 根据加速度计算位移，速度通过比较可知，位移、速度、加速度的实际测量与理论计算值还是有一定的差别，这些都是我们在实验中的误差所致，导致误差产生的原因有很多，包括仪器本身的误差，人为的误差等多种因素，所以在实验中我们应该尽量避免误差的产生。

四、简支梁振动系统综合性能测试瞬态信号产生方式一是快速正弦扫频法。

将正弦信号发生器产生的正弦信号，在幅值保持不变的条件下，由低频很快地连续变化到高频。

从频谱上看，该情况下，信号的频谱已不具备单一正弦信号的特性，而是在一定的频率范围内接近随机信号。

二是脉冲激励。

用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。

信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ，τ越小则频率范围越大。

三是阶跃激励。

在拟定的激振点处，用一根刚度大、重量轻的弦经过力传感器对待测结构施加张力，使其产生初始变形，然后突然切断张力弦，相当于给该结构施加一个负的阶跃激振力。

用脉冲锤进行脉冲激振是一种用得较多的瞬态激振方法，它所需要的设备较少，信号发生器、功率放大器、激振器等都可以不要，并且可以在更接近于实际工作的条件下来测定试件的机械阻抗。

4.1、振动系统固有频率测试的方法振动系统固有频率的测量主要有共振法（幅值和相位判别法）、锤击法（传函判别法）和自由衰减振动波形自谱分析法（自谱分析法）A 幅值判别法在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过示波器，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。

在激振频率不断增加的情况下，通过振动曲线可以观察到在某一频率下，曲线幅值会增到最大。

此时的频率极为系统的固有频率；实验步骤：把接触式激振器安装在支架上，将其信号输入端接到DH1301扫频信号源的输出接口上。

把加速度传感器粘贴在简支梁上，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道，设置各参数。

手动调节输出信号的频率，从0开始调节，当简支梁产生振动，且振动量最大时，保持该频率一段时间，记录下此时信号源显示的频率，即为简支梁振动的固有频率。

继续增大频率即可得到高阶振动频率。

B 相位判别法相位判别法是根据共振时特殊的相位值以及共振动前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。

在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以排除阻尼因素的影响。

实验步骤：将激励信号源信号接入采集仪的2通道，加速度传感器接采集仪的3通道。

加速度传感器放在距离梁端1/3的位置，选择信号的时间波形2和3，选择“X-Y记录仪方式”利用利萨如图，显示两通道的数据。

调节信号源频率，观察图像的变化情况，将加速度传感器换成速度传感器和位移传感器来分别测试，观察图像，根据共振时各物理量的判别法原理，来确定共振频率，调节DH1301的输出电压来调整激振器的激振力的大小，从而调整传感器的输出幅值的大小。

C传函判别法通常我们认为系统振动系统为线性系统，用一特定已知的激振力，以可控的方法来激励结构，同时测量输入和输出信号，通过传函分析，得到系统固有频率。

实验步骤：把力锤的力传感器输出线接到采集仪2通道，把速度传感器按在简支梁上，输出信号接到3通道，设置各项运行参数，选择频响分析模式。

用力锤击简支梁的中部，选择频响曲线的第一个峰就是系统的一阶固有频率。

后面的几个峰是系统的高阶频率，移动传感器或用力锤敲击简支梁的其他部位，在进行测试，记录下梁的各阶固有频率。

D 自谱分析法:当系统做自由衰减振动时包含了各阶频率成分，时域波形反映了各阶频率下自由衰减波形的线性叠加，通过对时域波形做FFT转换就可以得到其频谱图，从而我们可以从频谱图中峰值处得到系统的固有频率。