[发明专利]电磁参数激励悬臂梁实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁参数激励悬臂梁实验装置，是一种刚度参数激励实验装置，具有激励幅值频率和相位可以精确实时可控、可以模拟较大的参数激励强度、便于实验室实现、有效避免非线性因素干扰的特点。 

背景技术

由于系统参数(主要是刚度)的周期时变性，工程上许多振动问题归结为参数振动问题。在某些参数组合下，由时变刚度引起的参数激励将导致系统不稳定和剧烈地振动；系统在参数激励和外激励共同作用下的振动响应对于系统的工作平稳性、可靠性和寿命具有重要影响。因此，研究参数振动系统的动态特性是机械与结构(尤其是航空航天结构)动力学的前沿问题，目前已取得了许多重要的理论成果，这些成果迫切需要实验研究验证。 

长期以来，针对一些典型参数振动系统，如：梁板动力稳定性、带裂纹转子系统、输流管道系统、轴向移动带、单摆系统、船舶参激横摇振动和载重绳索的横向参数振动系统等，人们试图采用实验手段研究其动态特性，但普遍存在着实验装置难以实现、非线性因素影响、参数振动系统的动态特性现象不突出等诸多问题。前苏联Tsyfansky等人提出了采用纯机械手段实现具有周期弹性的机械元件，但存在的问题是可靠性不高且刚度变化幅值小，即参数激励强度有限，不能模拟具有较大时变刚度激励强度的参数振动系统(如齿轮传动系统)。另外，目前的实验装置尚无法同时实现多个参数激励源，且各个激励源之间存在频率、幅值和相位差别时的情况。而这一情况在实际中是普遍存在的，如多级齿轮传动系统，不同齿轮间的啮合刚度的时变频率、幅值和相位是存在差异的。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种电磁参数激励悬臂梁实验装置，已解决现有技术中存在的问题。 

一种电磁参数激励悬臂梁实验装置，该装置包括：电磁参数激励模块(A)和悬臂梁模块(B)。 

对于电磁参数激励模块，包括：线圈A1、稀土永磁铁A2、固定及间距调节系统A3、供电系统A4四部分。各部分的具体内容及其功用如下： 

线圈A1，是由漆包铜线按一定方向(顺时针或拟时针)缠绕在线圈框架上制成。将一对线圈分别固定在梁上两个侧面，并且首尾导线连接。当线圈通入电流时，与稀土永磁铁组成电磁弹簧，用于产生电磁参数激励。所述的线圈框架设计成空心，且由非铁质材料(如塑料、铝和铜等，考虑到质量不能太大，一般选择塑料)制成； 

稀土永磁铁A2，为标准件，可从市场上购买。用于提供稳定的磁场，一个电磁弹簧通常需要一对永磁铁； 

固定及间距调节系统A3，是一组合加工件，包括：固定支架、不锈钢螺钉、地脚螺栓和六角螺母。其作用是；固定永磁铁，能够调节两块永磁铁的间距，并保证永磁铁与线圈对中和表面平行； 

供电系统A4，由直流稳压/交流电源、电阻、电流表和若干导线组成，用于向线圈提供直流或交流电流； 

对于悬臂梁模块，包括：悬臂梁试件B1和夹持系统B2。各部分的内容及其功用如下： 

悬臂梁试件B1，采用矩形截面梁，材料为非铁质材料；一端固定，一端自由；悬臂梁的夹持端采用垫片保护，防止夹持过程中损坏梁； 

夹持系统B2，该夹持部分设计为“U”型槽形式，且一边沿水平高度方向攻有螺纹孔。用于夹持并固定梁端，使得梁处于一端固定，一端自由的悬臂状态。 

其中，所述的固定支架采用硬铝材料。 

其中，所述的悬臂梁试件材料为铝。 

其中，连接线圈正负极的导线需经过悬臂梁身，并从悬臂梁夹持端根部引出。 

电磁参数激励模块，是一种刚度可变的电磁弹簧装置，其原理如图1所示。假定图1中线圈处于平衡位置，那么当线圈向上或向下移动时，由于两块永磁铁对其作用力不同，线圈将受到类似于普通弹簧的回复力作用。若两磁铁对其作用力为斥力(图1中所示)，弹簧回复力将使得线圈趋近平衡位置，此时电磁弹簧具有“正刚度”；若改变线圈电流方向，使得永磁铁对线圈作用力为引力(与图中所示线圈极性相反)，那么弹簧回复力将使得线圈远离平衡位置，此时电磁弹簧具有“负刚度”。当电流幅值变化时，空心线圈的磁场将产生变化。相同位移时，永磁铁对线圈的作用力也将变化，从而导致电磁弹簧的刚度大小发生变化；当电流方向变化时，使得电磁弹簧的刚度方向也相应改变(如由“正刚度”变为“负刚度”)。