[实用新型]一种用于轻质纤维增强复合材料悬臂板振动测试的装置

说明书

所属技术领域

本实用新型在于提供一种成本低、方法简便、具有一定测试精度的复合材料悬臂板的振动测试装置，通过该装置能够准确地测得复合材料悬臂板的振动频率，并能通过对信号的分析与换算，能够表征振动阻尼的大小。 

背景技术

随着复合材料结构制品的大量使用，在结构制品的模态设计与分析中，复合材料的动态力学性能起到关键的作用，因此受到日益重视。目前，关于复合材料动态力学性能的测试往往使用的是振动法，悬臂梁试样的自由振动成为最常见的测试方法。在振动测试中，以传感器组成的电测法应用最为广泛，其包含了振动结构、振动测量和数据采集装置、数据分析等。结构振动过程中，许多物理量如位移、速度、加速度、噪声的声压和声强等都是随时间变化的，振动测试就是将这些非电物理量经过相关传感器转变为电信号，经过放大、滤波等适调环节，将电压信号转换为数字信号，最后经过对动态数字信号的分析，得出振动的相关信息。因此，在振动的测试中，需要针对要测试的物理量，选择合适的传感器系统。 

激光测振是一种先进的振动测试手段，它通过利用激光反射时程差来测得振动结构某一点的位移变化，它测量精确而且对振动结构不产生影响。但是激光测振仪造价昂贵，应用于一般的工程设计中，需要考虑一种低成本、有一定精度的测试手段。 

结构振动测试常用的是加速度传感器，它固定在悬臂梁的自由端跟随悬臂梁振动，能够将振动过程中加速度的变化转换成电荷的变化，经过电荷放大器和积分、滤波电路，能够形成一组稳定的电压信号。但是由于加速度传感器是由压电材料与质量惯性元件封装在一起的，因此其自身具有一定的质量，在厚度较薄的的复合材料悬臂梁结构中，加速度传感器的质量将显著影响复合材料原有振动，这样，测得的振动结果就有较大的偏差。现有的加速度传感器组装后质量至少超过2g，为满足测试精度要求，需要制备较为厚重的复合材料悬臂板试样。在复合材料实验室开发阶段，势必加重实验成本。 

在现行的振动测试设备中，存在装置设计过于繁琐，操作软件过于复杂，不容易操作，反而造成设备造价高。如果设计一种振动测试系统，大胆地摒弃多余的功能模块和非必要的分析计算程序，则能够以最简化的手段反映复合材料的振动性能，使测试尽可能地简便、实用。在传感元件中，电阻应变片价格低、设计简单，已有的报道中主要被用于检测物体静力作用下的应变，很少被用于结构的动态监测；而电阻应变片的频率响应区在1kHz以内，而复合材料悬臂板结构的振动频率多在500Hz以下，符合测试精度要求。因此，通过测量悬臂板表面的动态应变可以表征悬臂板振动性能，为了进一步测出悬臂板表面动态应变的阻尼，需要把电阻应变片粘贴在悬臂板表面产生应变最大的区域。 

实用新型内容

本实用新型使用电阻应变片作为传感器，通过检测复合材料悬臂板表面的动态应变，对悬臂板的振动性能进行表征。由于电阻应变片质量非常小，粘贴在复合材料结构的表面对复合材料结构质量和刚度的影响可以完全忽略不计。本实用新型设计的用于轻质纤维增强复合材料悬臂梁试样振动测试的装置，适合于长度为50mm～250mm、宽度为5mm～35mm、厚度为0.8mm～15mm的复合材料板材试样件的振动测试，该装置由贴有电阻应变片的复合材料悬臂板架(1)、电桥电路(2)、动态电阻应变仪(3)、高速数据采集卡(4)和计算机(5)组成，电路的连接顺序为：电阻应变片(9)→电桥电路(2)→动态电阻应变仪(3)→高速数据采集卡(4)→计算机(5)；贴有电阻应变片的复合材料悬臂板架(1)，包括冲击锤(6)、复合材料板(7)、电阻应变片(8)和固定基座(9)；电阻应变片(8)有两片，规格相同，分别粘贴在复合材料板(7)的上下表面居中部位，紧靠固定端的根部；电桥电路(2)包括恒压电源(10)和协调电阻(11)的双臂电桥，协调电阻(11)的阻值电阻应变片的初始阻值相等；振动测试装置所使用的数据采集和换算软件，其特征在于：使用的软件能够分步调用数据采集程序和数学软件Matlab，具体实现过程为： 

1)调用数据采集程序连续地读取高速数据采集卡(4)中反馈的电压值，写入数据文件并储存； 

2)调用Matlab软件读取数据文件内的数据，并对之进行快速傅里叶变换，绘制数据的频谱图，取主频率值；并提取原始文件内每个振动周期的峰值，拟合指数函数，得到等效阻尼系数；