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1、实验一：附加质量分布对系统频率的影响一、 实验目的1、 学习系统质量分布变化对系统频率影响的原理；2、 测试质量分布对结构频率的影响。二、 实验仪器与设备1、 实验装置简图图 1、简支梁 2、质量块 3、加速度传感器 4、接触式激振器2、实验仪器简介（1）、ZJY601型振动教学实验仪图 ZJY601型振动教学实验仪前面板1、4、功能选择开关 2、5、9、显示器3、6、输出增益选择开关 7、扫频自动/手动选择开关8、扫频时间调节电位器 10、功率输出恒压/恒流选择开关11、输出信号幅值调节电位器 12、17、测量/灵敏度调节选择开关13、18、灵敏度调节电位器 14、19、加速度传感器输入插座
2、15、20、速度传感器输入插座 16、21、电涡流传感器输入插座22、输出频率微调电位器 23、输出频率调节电位器24、输出波形监视调节电位器 25、功率输出A输出插座图 ZJY601型振动教学实验仪后面板1、信号波形监视插座 2、功率输出B输出插座 3、外部信号输入插座4、内部 / 外部信号源选择开关 5、功率波形监视插座 6、功率输出A/功率输出B选择开关7、交流电源开关 8、220V交流电源输入插座 9、通道2前置器24V电源10、通道2电压输出插座 11、通道1电压输出插座 12、通道1前置器24V电源13、通道2电涡流传感器输入插座 14、通道1电涡流传感器输入插座（2）、INV30
3、6DF5120信号采集处理分析仪图 信号采集处理分析仪面板1、电源指示灯 2、信号输入插座 3、电源开关4、打印机接口 5、计算机接口（信号输出） 6、接地7、直流12V电源接口 8、交直流电源选择开关 9、交流220V电源接口注意：分析仪采用交流220V电源供电，所以在打开电源开关3之前，务必先确认交直流电源选择开关8已拨至“交流”，否则打开电源后将烧毁分析仪。确认开关8拨至“交流”后打开电源3，此后切勿拨动开关8，否则也会烧毁分析仪。三、 实验原理简支梁上的集中载荷在任意位置（见图）时，梁的刚度计算式为：对于由简支梁和集中质量组成的单自由度系统，由于质量分布不同，刚度发生变化，系统的频率也
4、随之变化，根据固有频率定义式，集中质量在中间位置时，将使得系统的频率最低。图 质量分布不同对系统频率的影响随着位置的不同，其频率变化曲线如图所示，载荷的增加，系统的频率也相应下降。越靠近梁的中间位置，固有频率越低。图 简支梁频率随集中质量变化曲线在进行测量时，传感器通过换能器把加速度、速度、位移信号转换成电信号，经过放大器放大，然后通过数据采集处理分析仪进行模数转换成数字信号，采集到的数字信号为电压变化量，通过软件在计算机上显示出来，这时读取的数值为电压值，通过标定值进行换算，就可以算出振动量的大小。四、 实验步骤1、 参照实验装置简图连接好仪器；2、 打开振教仪、信号采集仪电源，然后打开电脑
5、电源；3、 双击DASP2005工程版软件图标进入软件主界面，单击“标准型”按钮进入示波分析模块，再单击示波采样按钮进入示波采样界面；4、 设置采样频率，通道数目等参数；5、 选中窗口左侧“双显”钮，同时显示波形和频谱，点击示波按钮开始示波；6、 调节振教仪上频率调节电位器，开始激振；7、 在频谱图框上方读取主频；8、 按照从1至17的顺序改变质量块的位置，测量不同位置时的主频；9、 改变质量块质量重复步骤68；10、 实验完毕，关闭仪器电源及电脑，清理现场。五、 实验报告要求1、 实验目的；2、 实验装置简图；3、 实验原理；4、 实验步骤；5、 实验数据记录表；小质量块配重位置123456
6、78频率配重位置91011121314151617频率大质量块配重位置12345678频率配重位置91011121314151617频率6、 画出简支梁频率随集中质量块变化曲线；7、 根据曲线得出结论：集中质量位置对固有频率有怎样的影响？不同的集中质量对固有频率有怎样的影响？8、 问题讨论 集中质量块位置的不同会对简支梁固有频率产生怎样的影响？附加质量对系统的频率的影响是怎样产生的？ 既然如此，在选择测量元件时应注意什么？实验二：单自由度系统强迫振动的幅频 特性固有频率阻尼比的测定一、 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、 学会根据幅频特性曲线确定系统的固有频率和阻尼
7、比。二、 实验仪器与设备1、 实验装置简图图 1、简支梁 2、质量块 3、加速度传感器 4、接触式激振器2、 实验仪器简介详情可参见综合实验一附加质量分布对系统频率的影响。三、 实验原理振动分为自由振动、强迫振动、自激振动、参激振动。强迫振动指弹性系统在受外界控制的激励作用下发生的振动。而且激励不会因振动被抑制而消失。强迫振动的动态位移与频率比及阻尼比有关，其关系表现为幅频特性。那么我们通过测定振动的幅频特性曲线（如图）再利用半功率法可求得阻尼比。图 本实验利用幅值判别法测定系统的一阶固有频率。四、 实验步骤1、 仪器安装。按照实验装置简图连接仪器。质量块为2.5千克，固定在梁底部，加速度传感
8、器放在上部；2、 打开仪器电源，开启电脑进入DASP2005工程版软件主界面，选择标准版按钮进入示波窗口，波形和频谱同时显示；3、 设置参数；4、 调节振教仪上的频率调节旋钮找到一阶共振频率值，然后频率回零；5、 逐渐增加频率值，幅度在25Hz，记录频率值及幅值（接近共振频率时应增加测试点数）；6、 测试直至过共振点后振动趋于稳定。五、 实验报告要求1、 实验目的；2、 实验装置简图；3、 实验原理；4、 实验步骤；5、 实验数据记录表；频率振幅频率振幅6、 根据表中数据绘制幅频特性曲线；7、 在曲线图中找出系统的共振频率；8、 计算出，根据幅频特性曲线确定和，根据公式：计算阻尼比。写出计算过
9、程。9、 问题与讨论在固有频率附近振幅变化情况如何？那么在测量怎样保证测量精度？实验三：变时基锤击法简支梁模态测试一、 实验目的1、 学习模态分析原理；2、 学习模态测试方法；3、 学习变时基的原理和应用。二、 实验仪器与设备1、 实验装置简图图 1、加速度传感器 2、弹性力锤 3、简支梁2、 实验仪器简介详情可参见综合实验一附加质量分布对系统频率的影响。三、 实验原理工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分布的性质，只有掌握无限多个点在每个瞬时的运动情况，才能全面描述系统的振动。因此，理论上它们都属于无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。但实际上不可能这样做，通常简化
10、为有限个自由度的模型来进行分析。模态分析就是在这种简化模型中，测量动态响应数据，通过处理合和分析求得模态参数的方法，而这些参数恰能描述实际振动形态。这种大大简化了系统数学运算，精确的测得固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。本实验测试对象是弹性简支梁。由力锤锤击被测物体，锤体内的力传感器与被测物体上的压电加速度传感器同时记录下脉冲激励与被测物体的响应，经ZJY601A振动教学实验仪放大并转化为电压，经信号采集仪传入计算机的DASP2005信号采集处理分析软件进行数据记录。数据采集完毕后，运用分析系统，首先对数据进行传递函数分析，然后，进入模态分析，根据振动理论，分析系统在确定阶数后
11、，进行质量或振型归一，自动生成分析结果并可以生成振动的动画显示，各阶频率、模态质量、模态刚度、模态阻尼比同时列出。在采样时采用变时基的采样方法。实际测试时，激励信号（力锤敲击时的力信号）作用时间很短，它往往是ms级的，但其频率较高，而响应信号（弹性梁的振动信号）作用时间较长，常是几百ms到秒级的，如果采用等时基（相同的采样频率，即单位时间内的采样点数）采样，那么激励信号采样点数太少而不能反映其真实波型，造成运算精度过低，为了避免产生这种情况，我们采用变时基采样，即同时采样但激励信号采用较高的采样频率，以提高运算精度。四、 实验注意事项1、 在用力锤进行敲击时应该迅速，避免连击。2、 敲击时不要
12、用力过猛，以免所测响应波型过荷丢失数据。3、 敲击时用力要尽量均匀，增加数据的精确度。4、 参数设置时，一定要更改试验名称及数据路径，以免覆盖其它组的试验数据。五、 实验步骤1、 确定测点。将简支梁位于两支点间的部分等分为16等份，等分点为测点（包括两个支点）则有17个测点；2、 按照实验装置简图连接仪器，将加速度移传感器输出信号接入采集仪的第二通道，力锤输出信号接入采集仪的第一通道，打开振教仪及数据采集仪电源；3、 在振教仪中设置参数；4、 开启电脑，进入Coinv Dasp 2005 工程版软件教学型模态实验模块，在“结构”窗口中设置结构参数及采样参数；5、 点击“采样”圆钮进入采样窗口，
13、设定“测量设置”、“多次触发采样设置”、“多次触发采样过程”框中的参数，然后点击“开始触发采样”按钮进行采样。采样过程中如发现问题可点击“中止采样”按钮停止当前测点的采样重新开始该点采样。6、 采样完成后进入分析窗口，进行传函计算，模态定阶，模态拟合，振型编辑；7、 完成后进入动画窗口，观察圆盘在各阶频率下的振型；8、 记录数据，保存各阶下的振型投影图；9、 实验完成后退出软件，关闭电脑，采集仪，振教仪，清理现场；10、 填写实验仪器使用记录本。六、 实验报告要求1、 写出实验目的；2、 画出实验装置简图，列出主要仪器设备名称及型号；3、 实验原理；4、 写出实验步骤；5、 画出实验数据记录表；模态参数第一阶第二阶第三阶第四阶第五阶频率质量刚度阻尼6、 打印出圆盘各阶频率下振型投影图，粘贴在实验报告上；7、 问题与讨论在选择测点时应注意什么？否则会产生什么影响？过程设备与控制多功能综合实验台示意图
