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模態(tài)錘擊法和激振器測試方法對比

2018-12-29 20:44:55·  來源：汽車座椅系統(tǒng)  
　
從一般模態(tài)理論的發(fā)展來看，為了提取模態(tài)模型，顯然需要測量頻響函數(shù)。為了測量響應(yīng)的特性，有幾個可供選擇的激勵技術(shù)。然而，為了獲得一組校準(zhǔn)的測量函數(shù)，需要
從一般模態(tài)理論的發(fā)展來看，為了提取模態(tài)模型，顯然需要測量頻響函數(shù)。為了測量響應(yīng)的特性，有幾個可供選擇的激勵技術(shù)。然而，為了獲得一組校準(zhǔn)的測量函數(shù)，需要使用已知的激勵力引起系統(tǒng)的響應(yīng)。這限制了可用于獲得頻響函數(shù)的激勵類型。通常，實驗?zāi)B(tài)測試使用兩類力函數(shù)：錘擊激勵和激振器激勵。雖然還有許多其他類型的激勵，但通常它們不能提供一個已知的或可測量到的輸入激勵力。因此，在這討論的激勵僅限于錘擊激勵和激振器激勵，它們是最常用的激勵方法。
 
那么，錘擊法和激振器測試有什么不同之處？
從理論角度講，頻響函數(shù)是由激振器測試得到還是由錘擊法測試得到，并沒有什么本質(zhì)區(qū)別。圖1和2給出了由錘擊法測試和激振器測試得到的3DOF梁的頻響函數(shù)。移動力錘測試通常得到頻響函數(shù)矩陣完整的一行，而激振器測試通常得到頻響函數(shù)矩陣的一列。因為描述系統(tǒng)的頻響函數(shù)矩陣是對稱的方陣，故互易性是成立的。需要著重注意的是，固定加速度計作為參考點將與頻響函數(shù)矩陣的一行相關(guān)，而固定激勵力作為參考點將與頻響函數(shù)矩陣的一列相關(guān)。對于以下所示的例子，頻響函數(shù)矩陣的第三行與第三列是相同的。
圖1  移動力錘測試
圖2  激振器測試
理論上講，激振器測試和錘擊法測試沒有差異。假如我們能夠?qū)Y(jié)構(gòu)施加一個純力，力與結(jié)構(gòu)二者之間沒有任何相互作用，并且用一個無質(zhì)量的傳感器測量響應(yīng)，這樣傳感器對結(jié)構(gòu)沒有任何影響，那么上述描述是正確的。但是如果不是這種情況，結(jié)果又將怎樣呢？  
現(xiàn)在讓我們從現(xiàn)實角度出發(fā)，考慮實際進(jìn)行的測試。觀點就是在模態(tài)測試過程中，激振器和響應(yīng)傳感器通常對結(jié)構(gòu)都有影響。需要記住的主要一項是處于測試下的結(jié)構(gòu)已不再是你最初想獲得模態(tài)參數(shù)的那個結(jié)構(gòu)了。因為在結(jié)構(gòu)上已附加了與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的東西：結(jié)構(gòu)懸掛系統(tǒng)、安裝的傳感器的重量、激振器推力桿/頂桿的潛在剛度影響等等。因此，雖然理論告訴我們，錘擊法測試與激振器測試不存在任何差異，但現(xiàn)實中因數(shù)據(jù)采集方面的原因，二者經(jīng)常存在差異。  
力錘
激振器測試過程中，最明顯的差異 是由移動加速度計引起的。加速度計的質(zhì)量相對于結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量可能非常小，但是它的質(zhì)量相對于結(jié)構(gòu)不同部件的有效質(zhì)量可能又非常大。多通道測試系統(tǒng)，這個問題更加突出，為了獲得所有的頻響函數(shù)，許多加速度計在結(jié)構(gòu)上移動。這會是個問題，特別是對于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。糾正此問題的方法之一是在結(jié)構(gòu)上安裝所有的加速度計，即使一次測量只用到少數(shù)幾個加速度計。另一個方法是在非測量位置上安裝與加速度計質(zhì)量相等的質(zhì)量啞元，這將能消除移動的質(zhì)量效應(yīng)。  
另一個差異在于激振器推力桿帶來的影響。結(jié)構(gòu)的模態(tài)可能會受到激振器附件的質(zhì)量和剛度的影響，雖然我們試圖將這部分影響減少到最低程度，但是它們?nèi)匀淮嬖?。激振器推力桿的作用是分離激振器對結(jié)構(gòu)的影響。然而，多數(shù)結(jié)構(gòu)，激振器附件的影響仍然顯著。因為錘擊法測試不會遭遇這些問題，所以可能會得到不同的結(jié)果。因此，雖然理論告訴我們激振器測試與錘擊法測試二者不存在差異，但一些非?；镜默F(xiàn)實因素卻會引起了一些差異。
激振器
激勵方式選擇的一般性原則：
1）線性結(jié)構(gòu)通常選擇力錘激勵；
2）零部件結(jié)構(gòu)通常選擇力錘激勵；
3）激振器安裝空間不夠時，采用力錘激勵；
4）大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)通常采用激振器激勵；
5）當(dāng)結(jié)構(gòu)具有非線性時，只能使用激振器激勵；
6）純模態(tài)測試，只能使用激振器激勵；
7）結(jié)構(gòu)龐大，單點激勵能量不足以充分激起感興趣的模態(tài)時，宜用激振器；
8）結(jié)構(gòu)比較脆弱，不能施加太大的激勵時，優(yōu)先使用激振器激勵。

總的說來，相比錘擊法而言，激振器安裝麻煩，有可能還需要工裝，將激振器安裝到合適的高度位置，且又不便移動。這是因為激振器還需要功率放大器和信號源等配套設(shè)備，安裝操作起來較復(fù)雜。但是相對于力錘激勵而言，激振器激勵能量更大、分布更均勻、數(shù)據(jù)的質(zhì)量更高，因而，更適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。激振器有多種激勵信號可供選擇，因此，選擇合適的激勵信號可用于研究結(jié)構(gòu)的非線性特征。
雖然錘擊法有諸多缺點，但設(shè)備的便攜性和簡單性使其成為一種有價值的測試技術(shù)，主要用于故障診斷和進(jìn)行實驗?zāi)B(tài)測試。目前就座椅模態(tài)測試而言，錘擊法測試比激振器法更為普遍。
 
 
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