一种测量柔性结构的模态振型和扭转振型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种测量柔性结构的模态振型和扭转振型的方法。 技术背景
[0002] 模态分析是研究结构动态特性的重要研究方法。在机械，汽车，航天，±木等工程 领域中，常常需要考虑到结构的模态参数。而结构的动态参数是通过模态测试和模态分析 的方法来确定。一种操作简单精度高的模态测试装置就成为模态参数测试的关键。目前国 内外对模态测试主要采用W下方法： 一，键击法模态测试；键击法能量较小，敲击力大小及方向不易控制，一般键击法都需 要采用多次平均W获得较稳定的测量数据。键击法测试结构的的模态，存在W下难点；（1) 难W保证每次敲击力相同和敲在同一位置。（2)键击法无法直接测出柔性结构的振型。
[0003] 二，激振法模态测试；主要是通过分析仪器输出信号源来控制激振器，激励被测试 件。输出信号有先进扫频正弦，随机噪声，正弦，调频脉冲等信号。支持单点激励（SIMO)与 多点同时激励法(MIM0)。而激振器对被测试件击振时，是通过控制激振器的位置来进行不 同点的击振，该种击振方法操作繁琐，精度低，也有可能定位在节点处，该使得击振效果不 明显。
[0004]W上方法都是一种接触式间接的测量方法，由于都是由人为的去敲击或者是移动 激振器，操作过程中必然存在误差，使得测试精度低，W致达不到测试要求。
[0005]目前的模态测试方法中大都主要关注柔性结构的模态频率的测试，而对反应柔性 结构振动特性的重要指标-振型的测试却非常少见。而即使在现有的测量方法中，主要是 通过移动激振器对结构上的不同位置进行测试，然后通过分析所测数据得出结构的模态频 率和振型，操作过程繁琐，测试精度低，并且是通过固定的传感器间接测量。该种测量方法 存在W下显著缺点： (1)在激振测量的过程中，往往只关注对弯曲模态的测量，而对振动产生的扭转模态的 测量却无法检测反映出来。该就对模态检测形成了局限性，无法客观直接的反映结构在振 动过程中产生的动态效果，对结构的动态分析也受到限制。
[0006] (2)通过移动激振器，整个过程非常麻烦，而且只能测量有限的几个点的振幅值， 测量结构比较粗趟，不能精确刻画柔性结构的固有振型。
[0007] (3)是一种间接测量方法，不能直观形象揭示结构的固有振型。
[0008] (4)通常在待测结构上粘贴传感器，该就给待测结构带来了附加质量，从而改变了 结构的质量分布，影响结构的固有特性，导致测试结果与实际相差甚远。
【发明内容】
[0009] 为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种能够既能测量到待测量件的弯 曲模态，又能测量到待测量件的扭转模态的方法。
[0010] 测量柔性结构的模态振型和扭转振型的方法，包括W下步骤： 1) 、将待测量件一端装夹固定于夹持机构，待测量件形成悬臂梁或悬臂板； 2) 、确定待测量件的振型测量精度，根据测量精度沿待测量件的长度方向细分为一系 列等距离设置的测量点； 测量点的具体数量根据所需要的振型精度而定，而间隔的长度跟待测构件的长度也有 直接关系，一般建议划分的点数不得少于10个。步进电机带动同步带的运动是一个间歇运 动，由扫频实验得出待测量件的各阶固有频率，激光传感器组在每一个测量点的停留时间 为固有振动周期的两倍，测试完后再移动至下一测试点，依次完成待测试件的测量。
[0011] 3)、多个激光传感器(不小于3个)沿待测量件的高度方向排列形成激光传感器组； 使激光传感器组位于测量起始位置，测量起始位置为待测量件的任意一端，测量结束位置 为待测量件的另一端； 4)、激发待测量件的在第n阶固有频率下的多模态振动，激光传感器组步进式运动，依 次通过每个测量点并获取该测量点的振幅，激光传感器组在每一个测量点的测量时间大于 待测量件的固有振动周期；处理器获取所有振幅、并将振幅呈网状连接形成C2连续的连接 面，该连接面为待测量件在第n阶固有频率下的固有振型。
[0012] 进一步，步骤4)的具体实现方法是： (4. 1)W激光传感器组的最下面的一个激光传感器在测量起始位置的点作为原点，W待测量件的长度方向为X轴，从测量起始位置向测量结束位置的方向为X轴的正向；W待测 量件的高度方向为Y轴，从下向上为Y轴的正向；W待测量件的振动方向为Z轴建立OXYZ 坐标系； (4. 2)根据各激光传感器与原点处的激光传感器之间的距离计算得到第i个激光传 感器在测量起始位置的坐标化;根据每个测量点与测量起始位置的距离，计算第i个 激光传感器在第j个测量点的坐标(?.，乃，巧； (4. 3)确定需要测量的振型是待测量件在第n阶固有频率下的振型，使激振器的激振 频率等于待测量件的第n阶固有频率，激振器将激励信号施加于待测量件；激励信号施加 在激振器上激起待测量件的多模态振动； (4. 4)激光传感器组步进式运动、依次通过每个测量点，激光传感器组在每一个测量点 的测量时间大于待测量件的固有振动周期；第i个激光传感器在第j个测量点测得振幅％ ，该点的振幅坐标为(?'，乃，却）；振幅的坐标输入处理器中； (4. 5)处理器连接所有振幅坐标形成C2连续的连接面；该连接面为待测量件在第n阶 固有频率下的固有振型。
[0013] 由于待测量件的n阶固有频率是待测量件的固有属性，因此其第n阶固有频率是 可获知的。通过本发明的系统和方法，可W对待测量件的任一阶固有频率进行模态振型的 测量。
[0014] 本发明方法具有W下优势： 1)、激光传感器组为沿待测量件的高度方向从上到下直线排列，该样就可实现激光传 感器组所对待测量件的一个截面检测，即实现了柔性结构的面测量。
[0015] 2)、由于是对被测试件的面测量，可W明显的识别出被测试件的振动模态为弯曲 模态还是扭转模态；该可W通过激光传感器组将检测到的振动信息经数据采集卡传输到PC机上，即可显示出被测试件的模态振型，直观的反映出被测试件的动态特性。
[0016] 3)、本发明方法采用激光传感器检测，为非接触直接测量，不会带来附加质量。通 过控制激光传感器的数量；可W反映测试的疏密程度，即反映测试的精密程度；也可控制 激光传感器的数量，实现对测试件的线测量。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的测试方案原理框图。
[001引图2为被测试件的网格划分。
[0019] 图3为一阶模态的振型网格图。
[0020] 图4为一阶模态沿y轴方向的振型图。
[0021] 图5为二阶模态下的扭转振型图。
[0022] 图6为二阶模态沿y轴方向的振型图。
【具体实施方式】
[0023] 参照附图，进一步说明本发明： 一种测量柔性结构的模态振型和扭转振型的方法，包括W下步骤： 1) 、将待测量件一端装夹固定于夹持机构，待测量件形成悬臂梁或悬臂板； 2) 、确定待测量件的振型测量精度，根据测量精度沿待测量件的长度方向细分为一系 列等距离设置的测量点； 测量点的具体数量根据所需要的振型精度而定，而间隔的长度跟待测构件的长度也有 直接关系，一般建议划分的点数不得少于10个。步进电机带动同步带的运动是一个间歇运 动，由扫频实验得出待测量件的各阶固有频率，激光传感器组在每一个测量点的停留时间 为固有振动周期的两倍，测试完后再移动至下一测试点，依次完成待测试件的测量。
[0024] 3)、多个激光传感器(不小于3个)沿待测量件的高度方向排列形成激光传感器组； 使激光传感器组位于测量起始位置，测量起始位置为待测量件的任意一端，测量结束位置 为待测量件的另一端； 4)、激发待测量件的在第n阶固有频率下的多模态振动，激光传感器组步进式运动，依 次通过每个测量点并获取该测量点的振幅，激光传感器组在每一个测量点的测量时间大于 待测量件的固有振动周期；处理器获取所有振幅、并将振幅呈网状连接形成C2连续的连接 面，该连接面为待测量件在第n阶固有频率下的固有振型。
[00巧]步骤4)的具体实现方法是； (4. 1)W激光传感器组的最下面的一个激光传感器在测量起始位置的点作为原点，W待测量件的长度方向为X轴，从测量起始位置向测量结束位置的方向为X轴的正向；W待测 量件的高度方向为Y轴，从下向上为Y轴的正向；W待测量件的振动方向为Z轴建立OXYZ 坐柄系； (4. 2)根据各激光传感器与原点处的激光传感器之间的距离计算得到第i个激光传 感器在测量起始位置的坐标化.>';，巧；根据每个测量点与测量起始位置的距离，计算第i个 激光传感器在第j个测量点的坐标(?，乃巧；在测量过程中激光传感器在测量点停留的位 置形成网格，每个传感器停留在每个测量点的位置，形