??? YJS-HJ-Ⅰ型模型振動(dòng)平臺(tái)是針對(duì)小型結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)演示以及模態(tài)測(cè)試而開發(fā)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，它主要應(yīng)用于模型的振型演示實(shí)驗(yàn)、不同結(jié)構(gòu)的模態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)、模型地震波動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)模型抗震性能比賽等。目前已成功應(yīng)用到青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、哈爾濱學(xué)院、皖西學(xué)院、桂林電子科技大學(xué)、蘭州工業(yè)學(xué)院等十多所高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研項(xiàng)目中。 目前通用的模型振動(dòng)平臺(tái)主要有兩類：電磁振動(dòng)臺(tái)、電液伺服振動(dòng)臺(tái)，電磁振動(dòng)臺(tái)采用電磁激振模式，其適合高頻小負(fù)載的情形，主要作為小模型模態(tài)測(cè)試或傳感器標(biāo)定的動(dòng)力源，低頻受限且很難進(jìn)行位移、荷載閉環(huán)控制；液壓振動(dòng)臺(tái)負(fù)載大、低頻特性好也可進(jìn)行位移、荷載閉環(huán)控制，但其一般工作頻率較低（通常20Hz以內(nèi)，若頻率增高，則費(fèi)用迅速增加），且存在控制較復(fù)雜、噪音大、運(yùn)行成本高等缺陷。YJS-HJ-Ⅰ型模型振動(dòng)平臺(tái)是綜合以上兩種產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，基于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的控制原理而開發(fā)的全電動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，可進(jìn)行位移、荷載、加速度閉環(huán)控制，工作頻率下限不受限制，上限可達(dá)40Hz，能耗少、噪音低。同時(shí)配備數(shù)據(jù)采集處理及模態(tài)分析系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)過程圖像高清快速錄像系統(tǒng)，可使結(jié)構(gòu)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果生動(dòng)、直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，既可以使學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)有感性認(rèn)識(shí)，也可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)理論探究，掌握實(shí)際工程中模態(tài)測(cè)試的方法。

???

1.系統(tǒng)組成及主要技術(shù)參數(shù)

1.1系統(tǒng)組成

該模型振動(dòng)平臺(tái)主要由振動(dòng)平臺(tái)機(jī)架、伺服控制單元、動(dòng)作執(zhí)行單元、振動(dòng)平臺(tái)、單點(diǎn)激振系統(tǒng)和高清圖像快速錄像系統(tǒng)等部分組成。

1.1.1振動(dòng)平臺(tái)機(jī)架

平臺(tái)機(jī)架整體采用L形結(jié)構(gòu)，由底梁和立柱組成，實(shí)驗(yàn)空間開放；立柱和底梁各面均布安裝孔，方便安裝各種構(gòu)件，匹配多種加載裝置，對(duì)模型施加多種類型激振。

1.1.2伺服控制單元

YJS-HJ-Ⅰ型模型振動(dòng)平臺(tái)伺服控制單元基于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的控制原理而開發(fā)的全電動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，可進(jìn)行位移、荷載、加速度閉環(huán)控制，內(nèi)置正弦波、三角波、掃頻波等多種周期指令信號(hào)，支持地震波和用戶自定義波形運(yùn)動(dòng)，具有響應(yīng)速度快、控制精度高、試驗(yàn)波形種類多等特點(diǎn)，控制軟件具有開放性，方便用戶針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行二次開發(fā)。

1.1.3動(dòng)作執(zhí)行單元

動(dòng)作執(zhí)行單元采用高精度伺服電動(dòng)缸，采用低慣量、大扭矩的伺服電機(jī)配高性能伺服放大器，電機(jī)可實(shí)現(xiàn)高頻換向，兼顧了電磁激振高頻與液壓激振大荷載的特點(diǎn)，工作頻率最高可達(dá)40Hz，有效荷載100kg時(shí)加速度可達(dá)到1.5g。

1.1.4振動(dòng)平臺(tái)

振動(dòng)平臺(tái)采用上下兩層式結(jié)構(gòu)，上部為平板結(jié)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)部分，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為600*700mm，通過直線軸承與下方托板部分相連接，托板部分直接固定在振動(dòng)平臺(tái)機(jī)架上。振動(dòng)平臺(tái)臺(tái)面為硬質(zhì)氧化鋁合金面板，托板部分采用鍍鉻鋼板；平臺(tái)通過滾珠滑塊安裝在直線導(dǎo)軌上，承載力不低于10kN，摩擦力小，摩擦系數(shù)≯0.02；臺(tái)面上設(shè)有設(shè)備模型及實(shí)驗(yàn)裝置固定螺孔，可安裝要求定制固定方式。

1.1.5 單點(diǎn)激振系統(tǒng)

由于在結(jié)構(gòu)的模態(tài)測(cè)試時(shí)，受模型自身特性加載方式的制約，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，往往需采用不同的激振模式。為方便不同激勵(lì)方案下模態(tài)測(cè)試結(jié)果的比較，同時(shí)還可配置電磁激振系統(tǒng)和力錘裝置。

1.1.5.1電磁激振系統(tǒng)：

電磁激振系統(tǒng)有任意信號(hào)發(fā)生器，功率放大器和電磁激振器組成。

任意信號(hào)發(fā)生器可提供標(biāo)準(zhǔn)周期信號(hào)、白噪聲和用戶自定義信號(hào)，提供用于單點(diǎn)激振系統(tǒng)的激振信號(hào)。

電磁激振器可作用于被測(cè)對(duì)象一個(gè)或多個(gè)激振點(diǎn)，可獲得實(shí)驗(yàn)對(duì)象的某階或多階振型。機(jī)架采用L型底梁的結(jié)構(gòu)形式，可將激振器安裝在立柱上的不同位置，以方便實(shí)現(xiàn)對(duì)

結(jié)構(gòu)模型不同位置的激振。

利用電磁激振器進(jìn)行可以采用多種多樣的激勵(lì)信號(hào)，數(shù)據(jù)一致性好，但該方法的缺點(diǎn)也比較明顯，激振器和響應(yīng)傳感器往往存在附加質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)影響問題，導(dǎo)致測(cè)試狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)不再是最初那個(gè)要提取模態(tài)信息的結(jié)構(gòu)，還要考慮結(jié)構(gòu)安裝條件、所布置傳感器的質(zhì)量、激振器頂桿的剛度影響。要想準(zhǔn)確獲取結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息，對(duì)激勵(lì)點(diǎn)的位置、數(shù)目、方向以及相應(yīng)點(diǎn)的數(shù)目、位置分布都有比較明確的要求。

1.1.5.2力錘裝置：

錘擊法是實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的一種常用方法，激勵(lì)性質(zhì)屬于脈沖激勵(lì)。由于脈沖激勵(lì)與一定帶寬的隨機(jī)激勵(lì)具有相似的力譜，從而能1次激出在此頻帶內(nèi)的各階模態(tài)。用加速度和力信號(hào)的采集與處理，可實(shí)時(shí)得到結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)矩陣。與用激振器激勵(lì)相比，具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，而且無須預(yù)先安裝調(diào)整，對(duì)試件附加質(zhì)量、附加剛度或附加阻尼小，因而錘擊法模態(tài)被廣泛采用。但錘擊法試驗(yàn)的缺點(diǎn)也比較突出，由于錘擊能量短時(shí)作用在某一點(diǎn)上，容易造成過載或局部響應(yīng)問題，甚至引起非線性問題。錘擊法模態(tài)試驗(yàn)主要提供有兩種方法：固定敲擊點(diǎn)移動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)和固定響應(yīng)點(diǎn)移動(dòng)敲擊點(diǎn)。

對(duì)于不同試件的模態(tài)試驗(yàn)，會(huì)要求有不同的頻響測(cè)試范圍。而影響試件頻響帶寬的直接因素就是激振力即錘擊力的頻帶寬度，它是錘擊法實(shí)驗(yàn)首先要確定的。力譜的頻帶寬度直接受力脈沖寬度影響，影響力脈沖寬度的因素主要有3個(gè)：材料硬度(錘頭和試件)、力錘質(zhì)量、試件剛度。錘頭質(zhì)量大小，主要用于決定錘擊力，由試驗(yàn)要求激振的能量決定。在試驗(yàn)過程中，決定力譜的頻帶寬度主要通過選擇不同的錘頭材料來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際試驗(yàn)過程中要根據(jù)具體要求來選擇適當(dāng)材料的錘頭，常用的錘頭材料一般有鋼、鋁、尼龍、橡膠等。

力錘一般分為適用小型結(jié)構(gòu)激勵(lì)，頻帶寬度0-1000Hz的500kg小型力錘和適用于中型結(jié)構(gòu)激振，頻帶寬度0-300Hz的5噸中型力錘。錘體結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)便，錘柄采用特殊結(jié)構(gòu)，有效避免連擊，高效完成不同試件的模態(tài)測(cè)試。

1.2主要技術(shù)參數(shù)

1、工作行程：150mm、最大負(fù)載：100kg、靜/動(dòng)載出力：5kN、工作頻率：0-40Hz、額定加速度：100kg/1.5g、額定線速度：500mm/s，最高線速度：600mm/s；

2、控制方式：位置、載荷、加速度三閉環(huán)；

3、指令信號(hào)：正弦信號(hào)、三角信號(hào)、掃頻波、地震波和用戶自定義波形；

4、模態(tài)測(cè)試激振方式豐富，可實(shí)現(xiàn)底座激振、電磁激振、力錘激振等不同激振方式，方便不同實(shí)驗(yàn)方案的比較；

5、振動(dòng)平臺(tái)尺寸：700×600mm(長(zhǎng)×寬)；

6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)過程同步保存清晰記錄不易觀察到的實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)變化，準(zhǔn)確捕捉特征點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

2.其它附屬實(shí)驗(yàn)設(shè)備

模型振動(dòng)平臺(tái)主要用于模型的模態(tài)測(cè)試，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模態(tài)測(cè)試教學(xué)系統(tǒng)除了需配備模型振動(dòng)平臺(tái)外，還需配備數(shù)據(jù)采集及模態(tài)分析系統(tǒng)、典型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?/p>

2.1 數(shù)據(jù)采集處理及模態(tài)分析系統(tǒng)

模態(tài)分析系統(tǒng)一般由三部分組成：1.激振系統(tǒng)：使得系統(tǒng)振動(dòng)。2.測(cè)量系統(tǒng)：用傳感器測(cè)量實(shí)驗(yàn)對(duì)象的各主要部位上的位移、速度或加速度振動(dòng)信號(hào)。3.分析系統(tǒng)：將采集到的激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換記錄到計(jì)算機(jī)中，用軟件系統(tǒng)識(shí)別振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)果振動(dòng)信息的拾取，配置DH5922動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)硬件、動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)軟件包以及傳感器及附件三部分組成。

動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)硬件由DH5922機(jī)箱、DH5922-1數(shù)據(jù)采集卡、DH3810-1應(yīng)變適調(diào)器、DH5855-1電荷適調(diào)器及力錘裝置組成，主要用于動(dòng)態(tài)信號(hào)的采集和力錘激振。機(jī)箱內(nèi)部含有8通道插槽，含控制卡、擴(kuò)展卡、數(shù)據(jù)通信卡及工作電源，為內(nèi)部工作板卡提供防塵和防靜電環(huán)境。數(shù)據(jù)采集卡可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)輸入、電壓放大、ICP供電、截止頻率可調(diào)的低通濾波器、模擬+DSP數(shù)字抗混濾波、每通道獨(dú)立的16位A/D和DSP信號(hào)處理，所有通道并行工作時(shí)，每通道最高采樣頻率128kHz，最高分析頻響50kHz等采集功能，選用進(jìn)口接插件。應(yīng)變適調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)以電橋方式為基礎(chǔ)的傳感器輸出信號(hào)的適調(diào)，自動(dòng)平衡，橋路方式程控切換，橋路自動(dòng)校準(zhǔn)等功能。電荷適調(diào)器是輸出電量為電荷的壓電式傳感器輸出信號(hào)的適調(diào)器，滿度值按105pC和103pC分檔切換，頻響DC～100 kHz，采用進(jìn)口接插件，可進(jìn)行二次模擬積分。

動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)軟件包由DHDAS控制軟件、DHDSP基本分析軟件以及DHDMA實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析軟件三部分組成。DHDAS控制與基本分析軟件可以和各種型號(hào)的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀配套使用，用于軟件控制儀器的量程、濾波、參數(shù)設(shè)置以及信號(hào)的實(shí)時(shí)分析處理等。常用DSP軟件包主要實(shí)現(xiàn)FFT分析、傳遞函數(shù)FRF分析、相關(guān)分析、概率密度與分布、倒頻譜、長(zhǎng)數(shù)據(jù)連續(xù)記錄及回放分析等功能，模態(tài)分析軟件包主要用于頻響函數(shù)法（簡(jiǎn)稱測(cè)力法，F(xiàn)RF法）、環(huán)境激勵(lì)法（簡(jiǎn)稱不測(cè)力法，ODS法）和MIMO多入多出頻響函數(shù)分析等?？蓪?duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控的動(dòng)力學(xué)激勵(lì)，分析出結(jié)構(gòu)固有的動(dòng)力學(xué)特性。軟件界面友好，操作簡(jiǎn)便，分析方法多樣；具有豐富的幾何建模功能；具有結(jié)果驗(yàn)證，動(dòng)畫演示和報(bào)告生成功能。

傳感器主要配置不同量程、不同頻響范圍的內(nèi)置阻抗變換器加速度計(jì)（IEPE），可以實(shí)現(xiàn)磁吸座、螺栓、膠粘三種不同的安裝方式。

2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/strong>