两层刚架结构动力特性实验

1. 两层刚架结构动力特性实验

2. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验目的及内容 • 掌握用实验手段测定结构动力特性的常用方法。 • 了解掌握结构动力实验中的相关仪器设备，熟悉各种仪器的操作方法。 • 观察两层刚架结构的共振现象。 • 通过实验测定两层刚架结构的前二阶频率，振型及阻尼比。

3. 两层刚架结构动力特性实验 2 2 2 1 1 1 • 理论回顾 • 横梁为无限刚性的两层刚架可简化为两个集中质量点的双自由度体系。 • 双自由度系统存在两个频率、振型和阻尼比——结构体系的固有动力特性。 第一主振型 第二主振型

4. 两层刚架结构动力特性实验 • 两层刚架振型 第一振型 第二振型

5. 两层刚架结构动力特性实验 振幅 频率 • 通常测定结构动力特性的方法有自由振动法和强迫振动法。 • 结构在共振情况下，阻尼的影响不能忽略。 • 常用测定结构阻尼比的方法有自由振动衰减法和半功率法（见下图）。 ——第一阶频率和阻尼比 —— 对应 倍振幅极大值处对应的频率值。 第二阶频率和阻尼比同理。

6. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验原理——强迫振动法 • 由4个水平布置在刚架竖杆上的加速度计，来测量频率和加速度，并通过对加速度积分后得到刚架结构的位移。 • 用激振器对刚架结构施加频率变化的激振力，使结构产生振动，通过测量结构的频率和位移做出幅频曲线，并得出结构振动的波形图。 • 当激振力频率与结构某阶固有频率相等时，结构将产生共振，此时振动幅值达到极大值；找出幅频曲线中的某个振幅极大值对应的频率，即为结构的某阶固有频率；此时的结构振动形式归一化后即为此阶结构振型。 • 阻尼比确定的半功率法——由固有频率附近的频率值用公式来确定系统的阻尼比。

7. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验设备 • 低频扫频信号发生器、激振器 • 加速度计、电荷放大器、数据采集器 • 计算机、打印机

8. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验装置 • 实验模型——有机玻璃和配重铁块制成的双层刚架，并沿刚架的竖直杆水平布置4个加速度计。 思考：本实验两层刚架模型与理论上简化的两个自由度模型有什么差异？

9. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验注意事项 ① 信号发生器功率输出已由实验指导老师设置完成，学生不得进行重新调整。 ② 电荷放大器的量程及灵敏度由实验指导老师设置完成，学生不得进行重新调整。 ③ 学生不得使用自带的磁盘进入计算机，不得删除、修改文件。 ④ 不得在计算机上进行任何与本实验无关的操作。

10. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验步骤 一．实验准备 ① 依此打开低频扫频信号发生器、电荷放大器、打印机、计算机的电源。 ② 点击计算机桌面上的刚架动力特性实验图标进入该实验系统。 ③ 点击登记,进行学生情况登记 ,登记完成后, 点击存盘退出 。。

11. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验步骤 二．频率测试及振型观测 ① 点击采样进入计算机监视状态,在此界面点击示波进入示波状态。 ② 使用信号发生器的手动及微调旋扭调整信号发生器的输出频率，同时观察显示器上各测点波形的幅值及频率变化现象，并用手轻轻触摸结构进行体验。 ③由测量数据可以绘制出幅频曲线(计算机自动绘制)。 ④根据幅频曲线确定两阶固有频率 。 ⑤在某一固有频率点处观察振动波形,点击停止及采样，自动进入计算机仿真状态。 ⑥ 在仿真状态下观看两层刚架对应的振型规律，并将结果打印。 ⑦ 重复上述⑤- ⑥的过程进行另一振型的测试。

12. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验步骤 三．阻尼比测试 ①根据幅频曲线记录两阶固有频率 。 ② 分别在两个固有频率附近，使用信号发生器的手动及微调旋扭调整信号发生器的输出频率，记录10-20组激振频率及相应的刚架结构振幅测量数据 。 ③　使用插值方法得出对应 倍振幅极大值处对应的频率值。 ④ 使用公式计算出各阶振型的阻尼比 。

13. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验步骤 四．实验结果的初步分析 ① 点击菜单中的理论模拟，随即弹出一个窗口。 ② 在弹出窗口中点击菜单中的2个自由度 ，出现一个下拉菜单。 ③ 根据测量的振型图选取下拉菜单中对应的振型 。 ④ 调整好理论振型窗口的位置，仔细观察理论与实测结果的异同 。 ⑤ 做好记录，回去进行分析，找出理论与实测结果差异的原因 。

14. 两层刚架结构动力特性实验 • 实验结果处理 ① 认真记录好所提供的结构参数，及实验中观测到的现象；并运用所学的知识作出适当的解释。 ② 确定共振频率和振型，根据提供的结构参数进行振型计算，并与实验结果对比，找出误差分析原因。 ③ 绘制出实验装置图，解释各设备在本实验中的作用。 ④ 对本实验有何建议、看法在报告中指出。 ⑤有关参数： 刚架总高度 405mm，宽度：200mm 横梁截面尺寸：40mm× 4mm ，配重 ： 2× 2 kg 竖杆截面尺寸：40mm× 4mm 弹性模量：4000 MPa，密度：1120 Kg/m3