动力模型实验报告Word文档格式.docx
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（4）USB数据采集仪（同步采样）
（5）台式计算机
图1.3电荷放大器和数据采集仪
1.4实验步骤
1.4.1.实验仪器布置和连接
加速度传感器放置在1/4梁处，位于锤击点7和8之间。
图1.4模态测试实物图
图1.5锤击点分布
1.6程控电荷放大器参数
1.4.2设定程控电荷放大器参数图
1.4.3锤击试验
1）.锤击试验流程：
①选择锤击点，锤击测振逐一测点进行，根据试验需要任意选择测点。
②清除，表示是否继续本测点的锤击测振，选择“清除“是把上次的锤击计算平均结果清除，开始新的锤击测振；
选择“不清”则继续锤击测振。
③示波显示，按“示波显示”键，开始示波，这时可观察锤击信号和加速度响应信号的幅值是否合适？
在没有锤击时，信号是否为零？
如信号不在零线，那么需要清零。
准备锤击，按“准备锤击”键开始锤击，这时程序等待锤击激励信号。
⑤锤击、多次平均，当锤击信号的幅值超过触发阀值时，锤击激励信号和加速度响应信号会被捕捉到，然后自动开始计算传递函数等，并进行多次平均计算。
⑥锤击点1和10位于固定端，测试时不敲击。
2）简支梁模态动画显示
①读取频率。
将光标悬在共振频率处，左击，点击读取频率，保存数据，
②动画显示。
选择保存的振型文件、节点坐标。
3）.实验内容
实验更换不同材质锤头，分别锤击简支梁，得到简支梁共振频率和阵型。
图1.7橡胶锤头
图1.8钢制锤头
1.5实验结果
（1）锤击力和加速度时程图。
实验报告仅给出某一次锤击的锤击力和加速度时程图，采样频率为5000Hz，采样分辨率为0.6104Hz，触发阀值为10，采集时间为0.2s。
图1.9加速度时程图和传递函数图
（2）振型图
图1.10一阶振型图
图1.11二阶振型图
1.6实验结论
1）通过锤击实验，得到简支梁的前三阶振型和共振频率，本实验主要取前两阶共振频率，一阶共振频率在82Hz附近，二阶频率在228Hz附近。
2）不同材质锤头对简支梁共振频率几乎没有影响，但是振型动画结果因实验操作人而异，相比较而言，橡胶锤头比钢制锤头得到的加速度信号稳定，振型动画更符合理论解。
实验2二自由度钢弦振动实验
2.1实验目的
掌握钢弦的二自由度钢弦振动实验频率测量方法，观察其不同阶次的振形。
2.2实验内容与原理
非接触式激振器给二自由度钢弦以相应共振频率的正弦激励，钢弦会产生比较明显的一阶和二阶阵型。
图2.1实验原理图
2.3实验仪器设备
1.非接触激振器及功率放大器1套。
2.计算机1台和激振控制软件1套。
2.4实验方法与步骤
钢弦一端固定，另一端悬挂在滚动轴上并配上配重块，调整非接触激振器与钢弦的距离，使激振器与钢弦保持一定间距，用正弦信号激振，调整振信号源的功率放大器和信号源的频率，使钢弦达到共振，测试钢弦振动频率。
2.5实验数据处理及分析
通过观察可知，调节激震器频率从小到大，当达到系统的第一阶固有频率时，钢丝线的振动幅值明显增大，结构震动响应明显；
继续增大激震器频率，振动幅值明显先减小；
当激震器频率达到系统的第二阶共振频率时，钢丝的振动幅度又明显增大。
实验3正弦扫频
3.1实验目的
1.以简支梁为例，了解和掌握机械振动系统幅频特性曲线的测量方法以如何由幅频特性曲线得到系统的固有频率。
2.了解常用简单振动测试仪器的使用方法。
3.2实验原理
简支梁系统在周期干扰力作用下，以干扰力的频率作受迫振动。
振幅随着振动频率的改变而变化。
由此，通过改变干扰力（激振力）的频率，以其为横坐标，以振幅为纵坐标，得到的曲线即为幅频特性曲线。
以单自由度为例
（3.1）
放大系数
（3.2）
其中，
3.3实验仪器
1.激振器及功率放大器1套
2.加速度传感器1只
3.电荷放大器1台
4.信号发生器1台
5.数据采集仪1台
6.信号分析软件1套及计算机1台
3.4实验内容与步骤
1）将激振器通过顶杆连接到简支梁上（注意确保顶杆与激振器的中心线在一直线上），激振点位于简支梁中心偏左50mm处（已有安装螺孔），将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率放大器与激振器相连接。
图3.1正弦扫频仪器
2）首先将加速度传感器安置在简支梁右四分之一处（同简支梁模态测试实验），将电荷放大器输出端分别与数据采集仪输入端连接；
待实验结束，将加速度传感器安置在简支梁中点位置，保留扫频曲线，重新实验，比较简支梁响应的差异。
3）将信号发生器和功率放大器的幅值旋钮调至最小，打开所有仪器电源。
设置初始信号发生器输出频率为20Hz，终止频率为1000Hz。
输出电压为1V，设置频率补偿为1Hz，并开始激励。
4）调节功率放大器的幅值旋钮，逐渐增大其输出功率至100mA即可。
保持功率放大器的输出功率恒定。
5）保留首次扫频曲线。
6）调整加速度传感器位置，重新试验。
3.5实验数据整理与分析
1.依据在不同频率下测得的振动幅值，以频率为横坐标，得到加速度幅频特性曲线。
2.根据加速度幅频特性曲线，找出振动系统的固有频率。
一阶频率在90Hz附近，二阶频率在240Hz附近,得到的共振频率相比于锤击试验偏小，原品是激振器提供了附加约束，是的简支梁刚度减小，共振频率减小。
图3.2简支梁自振频率（正弦扫频法）
图3.3正弦扫频曲线
信号采集通道：
10单位：
m/s2采样频率：
5000.0Hz
实验4结构阻尼比测试实验
4.1实验目的
掌握结构的两种阻尼比测试方法：
半功率带宽法和衰减法。
4.2实验原理
4.2.1半功率带宽法
计算公式：
图4.1半功率带宽法
4.2.2衰减法
软件程序计算方式如下：
当N2时，A1=（A11-A12），A2=（A21-A22）；
当N>
2时，A1=A11，A2=A21；
N为A11与A21间隔的周期数
图4.2衰减法
4.3实验仪器设备及布置
1.触激振器及功率放大器1套
2.力锤或其它锤形重物1个
3.加速度传感器1只
4.电荷放大器1台
5.数据采集系统1套
6.信号分析软件1套
7.计算机1台
图4.3传感器布置
4.4实验方法与步骤
1.半功率带宽法：
用激振器激振被测试件，调整信号源使其产生共振，先按“示开始测试”功能键显示波形和频谱值，调整放大器和传感器，使波形幅值在1伏左右比较合适，软件会根据公式计算阻尼比。
2.衰减法：
对于悬臂梁结构，先按软件的“示波显示”功能键显示波形，用力锤（或其它锤形重物）轻敲击悬臂梁调，整传感器放大器，使波形峰值在1伏左右比较合适，然后按“触发采集”功能键，软件会自动进入触发状态，等待信号值达到触发阈值，用力锤（或其它锤形重物）和同样的里敲击被测试件，使其产生振动，程序会捕捉到振动的衰减曲线，然后根据公式计算阻尼比。
4.5实验数据处理及分析
1．实验曲线记录
图4.4半功率带宽法实验曲线—采集和频谱曲线
图4.5衰减法实验曲线
2．结构阻尼比计算
根据两种方法的计算公式，可得结构阻尼比。
衰减法的计算起始点为N响应衰减曲线的第N个正峰值。
表4.1半功率带宽法求结构阻尼比
频率（HZ）
ξ
一阶
78
83
81
0.028
表4.2衰减法求结构阻尼比
计算起始点
周期数
A11
A21
5
3
1.867
1.90
0.012
实验5信号处理
5.1实验目的
1）了解采样定律（采样频率＝2×
信号最高频率）
2）恰当选择采样频。
5.2实验内容
1）正弦波信号采样及计算正弦波信号的傅立叶谱
2）方波信号采样及计算方波的傅立叶谱、了解多次谐波的含义
3）了解白噪声信号、学习使用滤波器
5.3实验结果
5.3.1正弦波信号
采集时间5s。
1信号频率100Hz，采样频率200Hz
2.信号频率100Hz，采样频率500Hz
3.信号频率100Hz，采样频率1000Hz
4.信号频率100Hz，采样频率2000Hz
5计算正弦波信号的傅立叶谱，采用1024根谱线。
图5.1信号频率100Hz，采样频率200Hz
图5.2信号频率100Hz，采样频率500Hz
图5.3信号频率100Hz，采样频率1000Hz
图5.4信号频率100Hz，采样频率2000Hz
图5.5信号频率100Hz的傅里叶谱
5.3.2方波信号
1.周期信号：
0.05s，采样频率1000Hz
2.傅里叶幅值谱计算
图5.6周期0.05s，采样频率1000Hz
图5.7周期0.05s的傅里叶谱
5.3.3白噪声信号
1.生成频带1:
1000Hz，采样频率5000Hz白噪声信号。
2．计算自功率谱。
图5.8采样频率为5000Hz的白噪音信号和自功率谱图
5.4实验结论
1.由正弦波信号的分析结果来看，根据采样定律采集信号，不能完全还原正弦波信号曲线，5倍于正弦波信号频率采集信号时，采集信号因采样频率较低，正弦波呈现锯齿波形状；
用10倍于正弦波信号采样，采集得到的正弦波信号基本还原。
采集频率并非越高越好，采样频率越高，则采集的数据量越大，占存储空间越大。
2.信号频谱分析过程是把时域信号（以时间为单位）变为频域信号（以频率为单位）在时域内可看出波形形状，在频域内可看出信号的频率情况。
3.从实验看出，方波信号是由一系列谐波（正弦波）组成，方波的傅立叶级数数学展开式为无穷级数，谱线由高到低分布。
把方波的高频部分用低通滤波过滤以后，去掉了方波的傅立叶级数的高阶部分，方波信号曲线显现出去掉高阶部分后的曲线形状，带通也是相同的现象。
4.通过实验能认识白噪声信号是宽频带信号，频带的带宽可由设置频带的下限频率和上限频率给定
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