专利名称：转角动柔度的间接测量方法
技术领域：
本发明涉及一种检测技术试领域的方法，具体地说，涉及的是一种转角动柔 度的间接测量方法。
背景技术：
转角动柔度在振动分析与振动控制领域有重要的应用价值，然而目前在工程 实践中尚无轻便可靠的角位移或者角加速度传感器，也没有很好的集中力矩施加 方法，使得直接测量转角动柔度非常困难。
经对现有技术文献的检索发现，许庆余等人在《西安交通大学学报》1988， 22(4): 103-lll上发表了 "分析模态与实验模态综合技术的若干问题"。该文介 绍了一种转角静柔度的间接测量技术，按照力系等效原理，用平行力系的作用代 替集中力矩的作用，最后将转角静柔度表达为平动位移静柔度的线性组合。然而 可以看到，这种测量技术并不适合于测量转角动柔度。
检索中还发现，M. A. Sanderson等人在《Journal of Sound and Vibration》 1995， 179(4): 669-684上发表了 "Direct measurement of moment mobility, part I: a theoretical study",(杂志名称声与振动学报，文章名称力矩
导纳的直接测量，第I部分理论研究)。该文介绍在结构上附加高刚度低密
度的T形质量块，然后测量T形块上两点的平动位移动柔度，通过平动位移动柔
度的线性组合间接测量转角动柔度。这种间接测量方法的优点是不需要角位移或
者角加速度传感器，也不需要在结构上施加集中力矩。但是，在结构上附加T形 质量块不可避免地改变了结构的动力学特性，且很难保证待测结构和T形块之间 完全刚性连接。因此这种方法只适合于测量大型结构的转角动柔度，且难以保证 测试精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种转角动柔度的间接测量
3方法，使得可不用附加质量块，不用施加集中力矩，甚至不用施加平衡的集中力 系，只需要做几次锤击实验或者扫频实验就可以由集中力到平动位移的动柔度间 接测量转角动柔度，甚至可以测量集中力矩作用下的转角动柔度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤
第一步，为了克服集中力矩难以施加的困难，在待测点附近布置两个测点， 这三个测点共线，且测点等间距分布，基于谐波集中力系的等效原理，将待测点 的谐波集中力矩用上述三个测点的谐波集中力系代替，根据动柔度的定义式将集 中力矩到转角的动柔度用多个集中力到转角的动柔度线性表达；
第二步，为克服转角难以测量的困难，基于转角的数值微分公式，将待测点 的转角转换为上述三个测点的平动位移的线性组合，同样的道理，集中力到待测 点的转角动柔度转换为集中力到上述三个测点的平动位移动柔度的线性组合；
第三步，进行锤击实验或者扫频实验，通过锤击实验或者扫频实验测量集中 力到上述三个测点的平动位移动柔度，将集中力矩到转角的动柔度表示为所测量 平动位移动柔度的线性组合，从而实现转角动柔度的间接测量。
本发明的优点在于将集中力矩到转角的动柔度表示为多个集中力到平动位 移动柔度的线性组合，不用施加集中力矩，只需要采用缍击实验或者扫频实验测 量多个集中力到平动位移的动柔度就可以构造转角动柔度的间接测量方法。本发 明的测量过程采用了常规的振动测量技术，不用给结构附加质量块，不用加工特 殊的专用夹具，可操作性强，可很方便地应用于现场测试。
图1为谐波集中力系的等效原理示意图
图2为本发明实施例中待测量的动柔度曲线图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示为一端固定的铜管，其壁厚为lmm，外径为19. lmm。假设要测量 待测点3上的集中力矩到转角的动柔度G,w， (53636中的前两个下标表示响应的位置和方向，后两个下标表示激励的位置和方向。
(1) 如图1所示，首先在待待测点3附近再布置两个测点，测点之间的间距 为A，然后基于谐波集中力系的等效原理，将作用于待测点3的谐波集中力矩用 作用于测点l、测点2和待测点3的谐波集中力系替代，再由动柔度的定义将待
测点3上集中力矩到转角的动柔度用多个集中力到转角的动柔度线性表达
广——2G3612 + 3G3622 _ G3632 △
这一步解决了集中力矩难以施加的困难，将谐波集中力矩等效为谐波集中力系。
(2) 按照转角的一阶三点数值微分公式，可以将集中力到待测点3的转角动
柔度用集中力到测点1，测点2和待测点3的三个平动位移动柔度线性表达
厂—G12i2 _ 4G22,2 + 3G32,2 , — i ， ^
"36!2 一 ,一丄，厶,J
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这一步解决了转角难以测量的困难，将集中力到待测点3的转角动柔度表示为集 中力到测点l，测点2和待测点3的平动位移动柔度的线性组合，而后者可以通 过锤击实验或者扫频实验获得。
(3) 通过锤击实验或者扫频实验测量集中力到平动位移的动柔度激励测点 1，测量三个动柔度G皿，G2212， G3212;激励测点2，测量三个动柔度(71222 ， G2222 ，
G3222 ，激励测点2，测量三个动柔度(7|232 ， G2232 ， G3232 ，将测量得到的上述动
柔度代入前面的两个计算式从而完成了转角动柔度的间接测量。
由于目前尚没有可靠的转角动柔度直接测量方法，为了验证所提的转角动柔 度间接测量方法的正确性，选择图l所示的简单结构，并建立其有限元模型，基 于有限元模型计算待测点3上的集中力矩到转角的动柔度作为准确值，并将此准 确值和所提间接测量方法得到的转角动柔度测量值进行比较。待测点3上集中力 矩到转角的动柔度(53636的测量值和准确值如图2所示，其中虚线为准确的转角
动柔度，实线为测量的转角动柔度。从图2可以看出，间接测量方法得到的转角 动柔度测量值和准确值之间符合得很好，在共振区的吻合程度最好，而在振动分 析中，共振区附近的转角动柔度是最受关注的。
权利要求
1、一种转角动柔度的间接测量方法，其特征在于包括如下步骤第一步，在待测点附近布置两个测点，这三个测点共线，且测点等间距分布，将待测点的谐波集中力矩用上述三个测点的谐波集中力系代替，并根据动柔度的定义式将集中力矩到转角的动柔度用多个集中力到转角的动柔度线性表达；第二步，将待测点的转角转换为上述三个测点的平动位移的线性组合，同样，集中力到待测点的转角动柔度也转换为集中力到上述三个测点的平动位移动柔度的线性组合；第三步，进行锤击实验或者扫频实验，通过锤击实验或者扫频实验测量集中力到上述三个测点的平动位移动柔度，将集中力矩到转角的动柔度表示为所测量平动位移动柔度的线性组合，从而实现转角动柔度的间接测量。
2、 根据权利要求1所述的转角动柔度的间接测量方法，其特征是，所述第 二步中，是按照转角的一阶三点数值微分公式实现的。
全文摘要
本发明涉及一种振动测试技术领域的转角动柔度的间接测量方法，在待测点附近再布置两个测点，以上三个测点共线且等间距分布，基于谐波集中力系的等效原理和转角的一阶三点数值微分公式，将谐波集中力矩用谐波集中力系替代，将转角表达为平动位移的线性组合，最后将集中力矩到转角的动柔度用集中力到平动位移的动柔度线性表示，通过测量集中力到平动位移的动柔度间接地测量转角动柔度。本发明不用给结构附加质量块，不用施加集中力矩，甚至不需要施加平衡的集中力系，只需要采用锤击实验或者扫频实验测量多个集中力到平动位移的动柔度就可以构造转角动柔度的间接测量方法。
文档编号G01L3/00GK101504323SQ20091004778
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者光 孟, 董兴建 申请人:上海交通大学