使用激振器對結構進行激勵時,必須將激振器產生的激勵力有效地施加到待測結構上,因此,安裝激振器時,需要考慮待測結構的動態特性、激振器的動態特性、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。激振器對待測結構進行激勵時,需要將激振器進行合理地安裝,安裝時存在安裝頻率。安裝頻率是指激振器與支承基礎所組成的振動系統的固有頻率。對待測結構進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上
這種方式是指將激振器剛性連接在固定的基礎上或固定支架上,但實際上基礎不可能是理想的剛性基礎,二者組成的系統總會存在一定的安裝頻率。當低頻激振時,即安裝頻率遠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測試,將激勵器與基礎固定,將車身懸掛起來。
2)激振器彈性固定在基礎上
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。如果關心結構的固有頻率很高,需要高頻激振,當采用剛性連接,將導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。通常大型的結構,如飛機、大型機床等,激振器采用這種安裝方式,對航空發動機進行激振器測試,用于支承激振器的支架通過彈簧與激振器相連。
當激振器處于柔性安裝方式時,為了進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量塊,用于改善低頻效果。
3)激振器彈性固定在待測結構上
上述兩種安裝方式都是將激振器安裝在基礎上,而不是待測結構上。有些時候,試驗現場很難找到合適的安裝基礎,特別是一些大型結構,如飛機、橋梁等,往往無法在周圍的基礎上固定激振器。這時的解決辦法是將激振器彈性固定在待測結構本身的適當部件上,對于大型結構而言,激振器的附加質量是可以忽略的。采用這種方式安裝時,應盡量減少支撐剛度,以避免由支撐傳遞到結構的力較大而產生明顯的多點激勵。
2. 力傳感器的安裝
激振器頂桿與待測結構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動點頻響函數。如果僅使用力傳感器,想測量驅動點頻響函數,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構端。正確的安裝方式是將力傳感器安裝在靠近待測結構端,這樣力傳感器起到了分離待測結構與激振器的作用。如果力傳感器安裝在靠近激振器端,而頂桿需要與待測結構剛性連接,那么,此時頂桿將成為待測結構的一部分了,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構的這個獨立激勵力是線性相關的。還記得當使用多個激振器對結構進行激勵時,要通過PCA分析來檢查各個激勵力之間是否線性無關嗎?因此,當使用傾角激勵結構時,不需要分解激勵力。
在進行參數設置時,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置中的激勵力方向。
當對結構施加激勵時,通常使用膠水將力傳感器(帶底座)粘貼在待測結構上,雖然激勵力僅沿頂桿軸向激勵,但結構在激勵點還是會產生橫向振動,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。