使用激振器對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵時,必須將激振器產(chǎn)生的激勵力有效地施加到待測結(jié)構(gòu)上,因此,安裝激振器時,需要考慮待測結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性、激振器的動態(tài)特性、安裝支承方式、合適的激勵點和選擇合適的頂桿等方面。本文主要介紹以下內(nèi)容:
1. 激振器支承方式;
2. 力傳感器的安裝;
3. 激勵點的選擇;
4. 頂桿的影響。
1. 激振器支承方式
為了使激振器的激勵能量盡量作用于激振對象的激勵上,在激振時讓激振器基座在空間上基本保持靜止。激振器對待測結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵時,需要將激振器進(jìn)行合理地安裝,安裝時存在安裝頻率。安裝頻率是指激振器與支承基礎(chǔ)所組成的振動系統(tǒng)的固有頻率。對待測結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵的頻率稱為激振器工作頻率。通常激振器有三種方式支承方式。
1)激振器剛性固定在基礎(chǔ)上
這種方式是指將激振器剛性連接在固定的基礎(chǔ)上或固定支架上,但實際上基礎(chǔ)不可能是理想的剛性基礎(chǔ),二者組成的系統(tǒng)總會存在一定的安裝頻率。當(dāng)?shù)皖l激振時,即安裝頻率遠(yuǎn)大于激振器工作頻率時,宜采用這種方式連接。通常要求,安裝頻率高于激振器工作頻率3倍以上。這類安裝常見的是白車身自由模態(tài)測試,將激勵器與基礎(chǔ)固定,將車身懸掛起來。
2)激振器彈性固定在基礎(chǔ)上
彈性固定是指用彈簧或彈性繩等柔性連接方式將激振器支承起來,這種安裝方式的安裝頻率低。如果關(guān)心結(jié)構(gòu)的固有頻率很高,需要高頻激振,當(dāng)采用剛性連接,將導(dǎo)到安裝頻率與工作頻率相差不大,所以,為了滿足安裝頻率遠(yuǎn)小于激振器工作頻率時,可采用彈性連接方式,通常這種安裝方式要求使安裝頻率低于激振器工作頻率的1/3以下。這種安裝方式的缺點是激勵力偏小。通常大型的結(jié)構(gòu),如飛機(jī)、大型機(jī)床等,激振器采用這種安裝方式,對航空發(fā)動機(jī)進(jìn)行激振器測試,用于支承激振器的支架通過彈簧與激振器相連。
當(dāng)激振器處于柔性安裝方式時,為了進(jìn)一步降低激振器的低頻工作頻率范圍,增大激振力,通常會在激振器外殼上附加一些質(zhì)量塊,用于改善低頻效果。
3)激振器彈性固定在待測結(jié)構(gòu)上
上述兩種安裝方式都是將激振器安裝在基礎(chǔ)上,而不是待測結(jié)構(gòu)上。有些時候,試驗現(xiàn)場很難找到合適的安裝基礎(chǔ),特別是一些大型結(jié)構(gòu),如飛機(jī)、橋梁等,往往無法在周圍的基礎(chǔ)上固定激振器。這時的解決辦法是將激振器彈性固定在待測結(jié)構(gòu)本身的適當(dāng)部件上,對于大型結(jié)構(gòu)而言,激振器的附加質(zhì)量是可以忽略的。采用這種方式安裝時,應(yīng)盡量減少支撐剛度,以避免由支撐傳遞到結(jié)構(gòu)的力較大而產(chǎn)生明顯的多點激勵。
2. 力傳感器的安裝
激振器頂桿與待測結(jié)構(gòu)之間都要安裝力傳感器或阻抗頭。阻抗頭是將力傳感器和加速度傳感器做在一起的傳感器,使用這種類型的傳感器適用于測量驅(qū)動點頻響函數(shù)。如果僅使用力傳感器,想測量驅(qū)動點頻響函數(shù),還需要額外安裝一個加速度傳感器,但此時除了力傳感器外,還有一個加速度傳感器,相對于單個阻抗頭而言,附加質(zhì)量更明顯。
由于力傳感器安裝在頂桿端部,但頂桿有兩個端部可供選擇:靠近激振器端和靠近待測結(jié)構(gòu)端。正確的安裝方式是將力傳感器安裝在靠近待測結(jié)構(gòu)端,這樣力傳感器起到了分離待測結(jié)構(gòu)與激振器的作用。如果力傳感器安裝在靠近激振器端,而頂桿需要與待測結(jié)構(gòu)剛性連接,那么,此時頂桿將成為待測結(jié)構(gòu)的一部分了,這是不正確的。
很多情況下,由于激勵點位置為曲面或斜面,或者需要使激勵力在多個方向有分量,通常會采用傾角激勵。如果采用傾角激勵,測試工程師需要考慮兩個方面的事情:是否需要將傾角的激勵力進(jìn)行分解,怎樣定義激勵力的方向。
事實就是真的不需要將激勵力分解到整體坐標(biāo)系下各個方向的力分量。即使你能將激勵力分解成整體坐標(biāo)系中的兩個分離的分力,實際上你也得不到兩個獨立分離的分力,這兩個分力與施加到結(jié)構(gòu)的這個獨立激勵力是線性相關(guān)的。還記得當(dāng)使用多個激振器對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵時,要通過PCA分析來檢查各個激勵力之間是否線性無關(guān)嗎?因此,當(dāng)使用傾角激勵結(jié)構(gòu)時,不需要分解激勵力。
在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時,必須定義一個激勵力的激勵方向,由于使用傾角激勵,激勵力的方向與總體坐標(biāo)有一定的夾角,因此,定義激勵力的方向時,通常選一個力分量的方向作為通道設(shè)置中的激勵力方向。
當(dāng)對結(jié)構(gòu)施加激勵時,通常使用膠水將力傳感器(帶底座)粘貼在待測結(jié)構(gòu)上,雖然激勵力僅沿頂桿軸向激勵,但結(jié)構(gòu)在激勵點還是會產(chǎn)生橫向振動,因此,粘貼力傳感器的脫水還需要承受一定的剪切力,像502膠就不滿足要求,通常的做法是采用AB粘貼力傳感器。