41振动测试和实验应力分析实验指导书

振动测试与实验应力分析实验指导书工程力学及相关专业目录第一部分振动测试技术实验----------------------------------------------------------------1实验一机械振动基本参数测量-------------------------------------------------------------------2实验二强迫振动法测量单自由度系统固有频率和阻尼比--------------------------------------5实验三自由衰减法测单自由度系统固有频率和阻尼比----------------------------------------8实验四多自由度系统各阶固有频率及主振型的测量-----------------------------------------11实验五叶片的固有频率测量-------------------------------------------------------------------14实验六冲击运动测量----------------------------------------------------------------------------16实验七共振法测简支梁的模态参数测量-----------------------------------------------------19实验八传感器测量系统的校准--------------------------------------------------------------24实验九用模态分析法测量平板的模态参数----------------------------------------------------26实验十锤击法测量简支梁的模态参数---------------------------------------------------------30实验十一线性扫频法测量简支梁的模态参数------------------------------------------------34实验十二随机激励法测量简支梁的模态参数------------------------------------------------37实验十三不测力模态分析法测量简支梁的模态参数----------------------------------------40实验十四圆板各阶固有频率及主振型的测量------------------------------------------------43实验十五附加质量对系统固有频率的影响---------------------------------------------------45第二部分电测技术实验---------------------------------------------------------------------47实验一电阻应变片的粘贴-------------------------------------------------------------------------------48实验二电阻应变片灵敏系数的测定------------------------------------------------------------50实验三电阻应变片横向效应系数的测定-------------------------------------------------------53实验四电阻应变片在电桥中的接法------------------------------------------------------------55实验五动态应变的观测-------------------------------------------------------------------------57实验六偏心拉伸（拉、弯组合）内力测定--------------------------------------------------------59实验七薄壁圆筒受弯、扭组合载荷时内力测定------------------------------------------------63实验八薄壁圆筒弯扭组合主应力测定---------------------------------------------------------68第三部分光测技术实验-------------------------------------------------------------------------------70实验一光弹仪的构造及光学效应--------------------------------------------------------------71实验二光弹性材料条纹值和应力集中系数的测定--------------------------------------------73实验三平面光弹性实验-------------------------------------------------------------------------75实验四三维光弹性实验-------------------------------------------------------------------------76实验五环氧树脂光弹性模型制作--------------------------------------------------------------78实验六贴片光弹法实验-------------------------------------------------------------------------79实验七全息照相实验----------------------------------------------------------------------------81实验八全息干涉二次曝光法测定悬臂梁挠度实验--------------------------------------------82实验九认识光纤干涉仪-------------------------------------------------------------------------85实验十光的等厚干涉现象与应用--------------------------------------------------------------881第一部分振动测试技术实验2实验一机械振动基本参数测量一、实验目的1、学习常用测振传感器及其配套仪器的使用方法。2、熟悉简谐振动各基本参数的测量及其相互关系。二、实验内容1、用位移传感器测量振动位移。2、用压电加速度传感器测量振动加速度。3、用电动式速度传感器测量振动速度。三、实验原理在振动测量中，振动信号的位移、速度、加速度幅值可用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来进行测量。设振动位移、速度、加速度分别为x、v、a，其幅值分别为B、V、A，当sin()xBt时，有sin()2vxBt2sin()axBt式中：ω—振动角频率,—初相角,则位移、速度、加速度的幅值关系为VB2AB由上式可知，振动信号的位移、速度、加速度的幅值之间有确定的关系，根据这种关系，只要用位移、速度或加速度传感器测出其中一种物理量的幅值，在测出振动频率后，就可计算出其它两个物理量的幅值，或者利用测试仪或动态分析仪中的微分、积分功能来进行测量。四、测量过程与测试系统框图实验设备及接线如图所示1、安装激振器：把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和扫频信号源输出接口。32、连接仪器和传感器用磁铁把压电式加速度传感器和惯性式速度传感器分别安装在简支梁上（注意：速度传感器不能倒置），用磁性表支架将非接触式电涡流位移传感器固定，传感器头与梁表面保留一定的间隙。加速度传感器和位移传感器输出分别通过电荷放大器和变换器与采集器连接，而速度传感器输出直接接到采集器的测试通道。3、仪器参数设置打开采集器的电源开关，开计算机进入数采分析软件的主界面，设置采样频率、量程范围，输入加速度传感器、速度传感器和位移传感器的灵敏度；输入方式：压电和速度传感器选AC，位移传感器选SIN_DC；打开三个窗口，分别显示三个通道的时间信号。4、采集并显示数据调节扫频信号源的输出频率和信号幅值，使梁产生明显振动。在三个窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。5、计算数据与实验数据进行比较五、实验结果与分析测试系统框图加速度位移速度传感器动态信号采集器简支梁激振器信号发生器功率放大器电荷适调器变换器打印机或绘图仪计算机系统及分析软件41、实验数据频率f位移B速度V加速度A2、根据位移幅值B，计算速度V、加速度A。3、根据速度V，计算位移B、加速度A。4、根据加速度A，计算位移B、速度V。5、位移、速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差别?若有差别原因是什么?5实验二强迫振动法测量单自由度系统固有频率和阻尼比一、实验目的1、学会测量单自由度系统强迫振动的幅频特性曲线。2、掌握根据幅频特性曲线确定系统的固有频率和阻尼比的方法。二、实验系统框图三、实验原理单自由度系统的力学模型如图2-2所示。在简谐激振力作用下，系统将做同频率的简谐强迫振动。设激振力的力幅为0F，激励频率为2f，则系统的运动微分方程式为：mxcxkxF式中：m---振动系统的质量；c---阻尼系数k---等效刚度系数定义：20km---系统固有圆频率2ckm---系统阻尼比图2-1实验系统框图MXCK图2-2单自由度系统力学模型扫频信号源动态分析仪计算机系统及分析软件打印机或绘图仪简支梁加速度传感器激振器压电式力传感器质量块电荷适调器电荷适调器6则运动方程为2002/xxxFm令0sinFFt，则方程的特解为：sin()sin(2)xAAf式中：A---强迫振动振幅，---初相位且022222200/()4FmA上式称为系统的幅频特性，其幅频特性曲线如图2-3所示。根据振动理论定义，振动幅频特性曲线上幅值极大的频率称为共振频率。当使用不同传感器进行测量时，其共振频率与系统固有频率的关系分别为、2012x0v2012a由上式可见，在幅频特性图上，质量块受力产生的强迫振动共振频率x总是小于系统的固有频率0，v在数值上与0相等，而a总是大于系统的固有频率0，阻尼越小三者越靠近，因此，在小阻尼情况下可以采用x、v和a作为0的估计值。系统的阻尼比可以采用半功率点的方法计算。由振动理论可知，0.707maxA所对应的两个频率分别为半功率点频率1f、2f，则阻尼比为图2-3单自由度系统振动的幅频特性曲线maxAmax0.707A72102fff四、实验方法1、激振器安装把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和信号源输出接口。2、连接测试系统将力传感器输出信号接到采集仪的1-1通道。点击采样控制栏的运行参数按钮，设置参考通道为1-1，将加速度传感器放置在质量快上，传感器的输出信号接到采集仪的1-2通道。3、仪器设置：打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个文件（文件名自定），设置采样频率、量程范围、工程单位和标定值等参数，开2个显示窗口，在数据显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，分别选择显示时间波形1-1和1-2，开始采集数据。4、调节扫频信号源的输出电压后，以2—5Hz的频率间隔改变输出频率，同