模态试验中的附加质量问题

2017-12-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

附加质量问题在模态试验中经常存在。在模态试验中(如图1),普遍采用接触式传感器获得结构振动响应信号。当使用接触形式的传感器时,传感器需通过某种形式与被测结构固定连接,一般通过蜂蜡(图2a)或磁力座(图2b)等形式。传感器与磁力座是一种附加质量,一般情况下重量达到十几克,尤其一个安装座上放置有三个传感器时(三向同时测量),或者磁力安装座重量较大时(图2c,梁的宽度为30mm),传感器与安装座整体的附加质量将达到数十克。这类附加质量将影响结构模态试验的结果,尤其影响到质量、刚度不大的被测结构。

图1 悬臂梁与LMS采集仪、软件和传感器组成的实验系统

图2 被测件与传感器的连接:(a) 蜂蜡式连接;(b) 磁力座式连接;(c) 质量较大的磁力座连接

附加质量与被测件在模态试验中的匹配比较模糊,针对附加质量的选用,尚没有一个明确的标准,这种选用标准包括附加质量的大小和放置位置。然而,这恰是以模态参数为基础的研究所要关注的。因此,正确选用附加质量及其安装位置,对采用磁力安装座的形式进行模态试验,有助于准确获得结构模态参数和基于模态参数的研究开展。因此,模态试验中,附加质量的选用应该有一定标准。

基于此,开展两个内容的实验研究:

实验1:不同附加质量作用于同一测点时的结构模态频率变化(图3);
实验2:相同附加质量作用于不同测点的模态频率变化(图4)。

结构为悬臂梁,长659mm、厚6mm、宽30mm,等分6个测点。针对实验1,附加质量位于从固定端数起的第3个测点。两个实验内容均考虑前三阶模态。

图3 不同附加质量对前三阶模态频率影响(纵坐标可视比例8%)

图4 附加质量(61g)对前三阶模态频率影响(纵坐标可视比例15%)

针对附加质量的选用可获得以下结论:

同一测点,附加质量越大,各阶模态受到的影响越大,这种影响是使结构模态频率变小(图3)。因此,模态试验时,附加质量越小对各阶模态的影响越小。
相同附加质量,作用于不同测点,附加质量对各阶模态的影响不同,每阶模态受到附加质量的影响规律不同,这种影响是使结构模态频率变小(图4)。附加质量及其位置对结构模态的影响与相应的模态振型有关,如附加质量位于某阶模态节点或节点附近时,此阶模态频率不受影响(图4中间图形)。
针对附加质量对模态的影响,是否可以获得一个包含模态频率、被测结构质量或刚度的经验公式,这将是下一步深入考虑的问题。

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