本發(fā)明涉及一種隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)力方法，此方法可以有效修正附加質(zhì)量的影響，得到正確的試驗(yàn)件安裝界面力。

背景技術(shù)：

工程上存在一種類型的振動(dòng)，其振動(dòng)規(guī)律不能用一個(gè)確定的函數(shù)來描述。該振動(dòng)表現(xiàn)為具有不確定性、不能預(yù)估、不可能完全重復(fù)，這一類的振動(dòng)稱為隨機(jī)振動(dòng)。

使用壓電測(cè)力裝置可以測(cè)量試驗(yàn)件在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中振動(dòng)力的大小。大多數(shù)情況，試驗(yàn)件不能直接安裝壓電測(cè)力裝置上，需要夾具進(jìn)行連接，這些在試驗(yàn)件與壓電塊之間的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，稱為附加結(jié)構(gòu)質(zhì)量，一般包括壓電附加板和夾具工裝，總稱為工裝組件。因此，要得到隨機(jī)振動(dòng)中實(shí)際試驗(yàn)件產(chǎn)生的力需要在壓電測(cè)力裝置測(cè)出的力中去除附加結(jié)構(gòu)質(zhì)量即工裝組件所產(chǎn)生的力。

傳統(tǒng)的修正附加質(zhì)量影響的方法是按工裝組件與試驗(yàn)件的質(zhì)量比的比例對(duì)所測(cè)得的力進(jìn)行比例去除，但是隨機(jī)振動(dòng)中該方法忽略了試驗(yàn)件本身的共振特性，由于夾具工裝非完全剛性，附加結(jié)構(gòu)在共振區(qū)和非共振區(qū)對(duì)力的貢獻(xiàn)不均勻，按質(zhì)量比例的方法計(jì)算受力會(huì)使得作用在試驗(yàn)件上的振動(dòng)力計(jì)算有較大偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中沒有考慮不同加速度響應(yīng)對(duì)隨機(jī)振動(dòng)力影響的不足，提供了一種隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)力方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)力方法，步驟如下：

(1)將試驗(yàn)件、工裝組件以及壓電測(cè)力裝置安裝在一起，并在工裝組件和試驗(yàn)件上粘貼加速度傳感器；

(2)啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行低量級(jí)正弦掃描試驗(yàn)；

(3)獲取試驗(yàn)件在正弦振動(dòng)時(shí)共振前的低頻區(qū)域內(nèi)加速度響應(yīng)量級(jí)，以及壓電測(cè)力裝置在正弦振動(dòng)時(shí)共振前的低頻區(qū)域內(nèi)電壓信號(hào)量級(jí)；

(4)將步驟(3)中的加速度響應(yīng)量級(jí)乘以試驗(yàn)件和工裝組件的總質(zhì)量，得到正弦振動(dòng)力的量級(jí)；

(5)用步驟(3)中的電壓信號(hào)量級(jí)除以步驟(4)中的正弦振動(dòng)力的量級(jí)，得到壓電測(cè)力裝置靈敏度系數(shù)；

(6)開始進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，將采集到的壓電測(cè)力裝置的隨機(jī)振動(dòng)電壓信號(hào)除以步驟(5)中得到的測(cè)力裝置靈敏度系數(shù)，得到作用在試驗(yàn)件和工裝組件上總的隨機(jī)振動(dòng)力的時(shí)域數(shù)據(jù)；

(7)將步驟(6)中得到的隨機(jī)振動(dòng)力的時(shí)域數(shù)據(jù)經(jīng)過傅里葉變換后，得到試驗(yàn)件和工裝組件的總的隨振動(dòng)力的頻域數(shù)據(jù)，即力功率譜密度；

(8)分別對(duì)測(cè)量得到的試驗(yàn)件、工裝組件上的隨機(jī)振動(dòng)加速度測(cè)試信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到試驗(yàn)件的加速度功率譜密度和工裝組件的加速度功率譜密度；

(9)剔除工裝組件振動(dòng)力，得到作用在試驗(yàn)件上的隨機(jī)振動(dòng)力均方根。

所述壓電測(cè)力裝置包括負(fù)載盤(1)、四個(gè)沿水平方向安裝的壓電傳感器(2.1)、四個(gè)沿豎直方向安裝的壓電傳感器(2.2)、底座(3)、四個(gè)側(cè)向定位板、八個(gè)螺栓以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。

將試驗(yàn)件、工裝組件以及壓電測(cè)力裝置安裝的具體過程為：把壓電測(cè)力裝置安裝到振動(dòng)臺(tái)上，試驗(yàn)件通過夾具工裝安裝在壓電附加板上，而壓電附加板連接壓電測(cè)力裝置。

所述低量級(jí)正弦掃描試驗(yàn)的頻率采用20～2000hz。

所述振動(dòng)臺(tái)的輸入量級(jí)為0.5g。

所述步驟(3)的具體過程為：將正弦振動(dòng)的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)處理成幅值曲線，并排除誤差干擾，統(tǒng)計(jì)壓電附加板在低頻區(qū)域內(nèi)響應(yīng)加速度的量級(jí)；將測(cè)力裝置電壓時(shí)域信號(hào)的干擾誤差剔除，然后統(tǒng)計(jì)該電壓信號(hào)在低頻區(qū)域內(nèi)的量級(jí)。

所述作用在試驗(yàn)件上的隨機(jī)振動(dòng)力均方根的具體公式為：

其中為步驟(7)中的總的隨機(jī)振動(dòng)力功率譜密度大小，m試驗(yàn)件為試驗(yàn)件質(zhì)量，m附加板為工裝組件的質(zhì)量，a試驗(yàn)件為試驗(yàn)件質(zhì)心處的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)加速度功率譜密度，a附加板為工裝組件的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)加速度功率譜密度，f試驗(yàn)件為作用在試驗(yàn)件上的隨機(jī)振動(dòng)力均方根大小。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明充分考慮了試驗(yàn)件的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)特性，基于加速度頻率響應(yīng)在每個(gè)頻點(diǎn)上去除工裝組件的隨機(jī)振動(dòng)力，能夠考慮共振區(qū)與非共振區(qū)不同頻段的力的不同，消除了原來方法沒有考慮共振區(qū)加速度頻率響應(yīng)差異的影響，避免了作用在試驗(yàn)件上的振動(dòng)力計(jì)算偏小的問題。本發(fā)明采用正弦掃描試驗(yàn)的方法對(duì)每次試驗(yàn)的測(cè)力裝置系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行標(biāo)定，克服了現(xiàn)有的測(cè)力裝置系統(tǒng)靈敏度的計(jì)算復(fù)雜及誤差積累的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明測(cè)力裝置的構(gòu)型示意圖；

圖3為本發(fā)明試驗(yàn)控制點(diǎn)、壓電附加板加速度測(cè)點(diǎn)、試驗(yàn)件與測(cè)力裝置的位置關(guān)系示意圖；

圖4為本發(fā)明隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)力裝置的電壓時(shí)域信號(hào)示意圖；

圖5為本發(fā)明組合體的振動(dòng)力功率譜密度曲線示意圖；

圖6為本發(fā)明試驗(yàn)件隨機(jī)振動(dòng)加速度響應(yīng)曲線示意圖；

圖7為本發(fā)明壓電附加板隨機(jī)振動(dòng)加速度響應(yīng)曲線示意圖；

圖8為本發(fā)明試驗(yàn)件的振動(dòng)力功率譜密度曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

①安裝試驗(yàn)件、工裝組件、壓電測(cè)力裝置至振動(dòng)臺(tái)

一般壓電測(cè)力裝置構(gòu)成如圖2所示，由負(fù)載盤(1)、四個(gè)沿水平方向安裝的壓電傳感器(2.1)、四個(gè)沿豎直方向安裝的壓電傳感器(2.2)、底座(3)、四個(gè)側(cè)向定位板、八個(gè)螺栓以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)組成。把壓電測(cè)力裝置安裝到振動(dòng)臺(tái)上，試驗(yàn)件通過夾具工裝安裝在壓電附加板上，而壓電附加板連接壓電測(cè)力裝置。壓電附加板、試驗(yàn)件、工裝與測(cè)力裝置的位置關(guān)系如圖3所示。

②開展正弦掃描試驗(yàn)

將加速度傳感器粘貼在試驗(yàn)件、工裝上，連接傳感器至數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)，啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)與測(cè)量系統(tǒng)，開展20～2000hz、0.5g量級(jí)的正弦掃描試驗(yàn)。振動(dòng)過程中，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)測(cè)力裝置電壓信號(hào)和試驗(yàn)件與工裝的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

③測(cè)力裝置靈敏度標(biāo)定

將正弦振動(dòng)的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)處理成幅值曲線，并排除誤差干擾，統(tǒng)計(jì)壓電附加板在低頻(非共振)區(qū)域內(nèi)響應(yīng)加速度的量級(jí)。將測(cè)力裝置電壓時(shí)域信號(hào)的干擾誤差剔除，然后統(tǒng)計(jì)該電壓信號(hào)在低頻(非共振)區(qū)域內(nèi)的量級(jí)。將上述加速度量級(jí)乘以工裝組件和試驗(yàn)件的總質(zhì)量，得到正弦振動(dòng)力的量級(jí)。然后上述電壓信號(hào)量級(jí)除以正弦振動(dòng)力的量級(jí)，得到測(cè)力裝置的靈敏度系數(shù)，單位為v/n。

④隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)力裝置電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為振動(dòng)力

將隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中采集的測(cè)力裝置的電壓時(shí)域信號(hào)除以測(cè)力裝置靈敏度系數(shù)，得到作用在試驗(yàn)件和工裝組件上總的隨機(jī)振動(dòng)力的時(shí)域數(shù)據(jù)。然后對(duì)振動(dòng)力的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到總的振動(dòng)力功率譜密度數(shù)據(jù)。

⑤工裝組件振動(dòng)力的剔除

根據(jù)慣性力的概念，作用在試驗(yàn)件上的振動(dòng)力和作用在組合體上的振動(dòng)力的比值為：

對(duì)上式進(jìn)行平方，并在全頻段上積分后開根號(hào)，得到作用在試驗(yàn)件上振動(dòng)力的均方根大?。?/p>

上述公式使用每個(gè)頻點(diǎn)的加速度響應(yīng)修正測(cè)得的隨機(jī)振動(dòng)力，從而可以剔除工裝組件隨試驗(yàn)件振動(dòng)所產(chǎn)生的力，得到作用在試驗(yàn)件上的隨機(jī)振動(dòng)力的均方根大小。其中為組合體的振動(dòng)力功率譜密度大小，為試驗(yàn)件的振動(dòng)力功率譜密度大小，m試驗(yàn)件為試驗(yàn)件質(zhì)量，m附加板為壓電附加板和工裝的質(zhì)量和，a試驗(yàn)件為試驗(yàn)件質(zhì)心處的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)加速度功率譜密度，a附加板為工裝組件底部的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)加速度功率譜密度，f試驗(yàn)件作用在試驗(yàn)件上的隨機(jī)振動(dòng)力均方根大小。

這里默認(rèn)已經(jīng)采集到了隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中試驗(yàn)件和工裝組件的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)加速度功率譜密度數(shù)據(jù)。

實(shí)施例

某試驗(yàn)件的質(zhì)量為18.353kg，壓電附加板和工裝的質(zhì)量和為14.499kg，正弦掃描試驗(yàn)：在前50s的低頻區(qū)域內(nèi)，壓電附加板底部加速度幅值為0.82920g，則正弦振動(dòng)力的幅值為：(18.353kg+14.499kg)*0.82920g＝267.2330n。根據(jù)測(cè)力裝置的測(cè)量結(jié)果，在前50s的低頻區(qū)域內(nèi)電壓幅值為1.070v，試驗(yàn)件的靈敏度系數(shù)為：1.070v/267.2330n＝4.004*e-3v/n

將隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)力裝置的電壓時(shí)域信號(hào)(如圖4)除以測(cè)力裝置靈敏度系數(shù)得到隨機(jī)振動(dòng)力的時(shí)域數(shù)據(jù)，進(jìn)行傅里葉變換后，得到組合體的振動(dòng)力功率譜密度數(shù)據(jù)，處理成曲線如圖5。將試驗(yàn)件隨機(jī)振動(dòng)加速度響應(yīng)功率譜密度數(shù)據(jù)、壓電附加板隨機(jī)振動(dòng)加速度響應(yīng)功率譜密度數(shù)據(jù)化成曲線，如圖6圖7。按照本發(fā)明的公式(1)進(jìn)行計(jì)算，得到試驗(yàn)件的振動(dòng)力功率譜密度曲線如圖8。按照本發(fā)明的公式(2)進(jìn)行計(jì)算，得到作用在試驗(yàn)件上的隨機(jī)振動(dòng)力的均方根大小為1496.2n。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。