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1、第9章 结构振动与分析基本知识,振幅 A (Amplitude)偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。 频率 f (Frequency)描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。周期 T = 1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率 = 2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒 初相角 (Initial phase)描述振动在起始瞬间的状态。,简谐振动的三要素,振动位移、速度、加速度之间的关系,振动位移 (Displacement) 速度 (Velocity) 加速度 (Acceleration),位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。 三者的幅值相应为A、A、
2、A 2。 相位关系：加速度领先速度90; 速度领先位移90。,x,v,a,x,v,a,振 动 的 时 域 波 形,名 称 波 形 名 称 波 形,若干幅值参数的定义,瞬时值 (Instant value)振动的任一瞬时的数值。 峰值 (Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。 平均绝对值 (Average absolute value) 均值 (Mean value)又称平均值或直流分量。 有效值 (Root mean square value),xp,x = x(t),各幅值参数是常数，彼此间有确定关系 峰值 xp=A; 峰峰值 xp-p=2A 平均绝对值 xav=0.637A 有效
3、值 xrms=0.707A 平均值,简谐振动的幅值参数,复杂振动的幅值参数,各幅值参数随时间变化， 彼此间无明确定关系,常用的幅值参数及其单位,位移峰峰值。单位为微米（m） 速度有效值。单位为毫米/秒（mm/s） 加速度峰值。单位为米/秒平方（m/s2）,振动信号的频率分析,把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出来的方法。 频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。 频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。 频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断的有力工具。,各种振动的频谱图,名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱,时间域 频率域,系统对激励的响应
4、,自激振动,激 励,响 应,单自由度系统的自由振动,系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动。,初始位移初始速度,a 无阻尼 b 小阻尼 c 临界阻尼 d 大阻尼,单自由度系统的自由振动,自由振动的频率等于系统的固有频率。 振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始速度）。 系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。 阻尼系数 = 1 称为临界阻尼。,由自由振动确定固有频率和阻尼,系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。 每个频率有一对应的振型和阻尼值。 同一阶的固有频率、振型 和阻尼值一起，称为模态。,两自由度系统的模态举例,第二阶模态,第一阶模态,三自由度系统的模
5、态举例,第二阶模态,第三阶模态,第一阶模态,振型是各自由度坐标的比例值。振型具有正交性。,系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。 各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。 各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。 在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。,多自由度系统的自由振动,单自由度系统的强迫振动,振动的频率等于激励的频率。 振幅大小与激励的大小成正比。 激励频率接近固有频率时，发生共振现象。 阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。 位相上说，振动落后于激励。 振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性和相频特性来
6、表示。,单自由度系统的强迫振动,由强迫振动确定固有频率和阻尼,振动的频率等于外激励的频率。 振型为各阶振型的叠加。 各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。 激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。 共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励的位置。 作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。,多自由度系统的强迫振动,磁电速度传感器,接收形式：惯性式 变换形式：磁电效应 典型频率范围：10Hz1000Hz 典型线性范围：02mm 典型灵敏度 ：20mV/mm/s,测量非转动部件的绝对振动的速度。 不适于测量瞬态振动和很快的变速过程。 输出阻抗低，抗干扰力强。 传感器质量较大，对小型对象有影响。 在传感器固有频率附近有较大的相移。,典型的磁电速度传感器及其特性,压电加速度传感器,接收形式：惯性式 变换形式：压电效应 典型频率范围：0.2Hz10kHz 线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。,测量非转动部件的绝对振动的加速度。 适应高频振动和瞬态振动的测量。 传感器质量小，可测很高振级。 现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。,压电加速度传感器的典型结构,压电加速度传感器的典型特性,
