[发明专利]非线性材料结构运行模态振型测试系统

说明书

技术领域：

本发明涉及结构动力学测试系统，特别是涉及非线性材料结构运行模态振型测试系统。

 

背景技术

非线性材料广泛应用于工程结构中，非线性材料结构因其特有的力学特性使其具有很好的适用性。如橡胶是一种高分子化合物, 其固有的粘性性能, 使其在变形时具有内摩擦和滞后特性, 这些特性使得机械能转化为热能而消耗掉，在较小的应力下变形大, 非线性特性明, 这就是橡胶被用于减振降噪时的阻尼性能。钢纤维混凝土是性能优良且应用广泛的新型复合材料, 也是一种非线性材料。它能较大幅度地提高混凝土的抗拉、抗折、抗剪强度、延性、抗冲击性和抗变形能力,被广泛应用在道路、桥梁、建筑及水利等工程中。运行模态振型是结构在实际边界条件下结构的真实振动形状，可有效地反映出结构中存在的异常部分。因此可进一步作为结构健康诊断、结构动力优化设计的依据。本发明针对非线性材料结构的特点，采用非接触测试技术，可测试出符合实际情况的非线性材料结构运行模态振型，进一步可为非线性材料结构的健康诊断及动力优化设计提供技术支撑。

 

发明内容：

要解决的技术问题

本发明解决的技术问题为可测试出非线性材料结构运行模态振型。

 

技术方案

一种非线性材料结构运行模态振型测试系统，其特征在于由非线性材料结构试件、振动台、基座、激光测振仪组成；非线性材料结构试件与基座一端固定联接，基座另一端与振动台固定在一起；振动台产生一定频率的等幅激励。。

所述的振动台为机械式振动台、液压式振动台、电动式振动台。

所述的非线性材料结构为由具有几何或材料非线性特性的复合复合材料，如橡胶、钢纤维混凝土等材料组成的结构。

具体说明：

本发明包括非线性材料结构试件、振动台、基座、激光测振仪。振动台产生一定频率的扫频与定频等幅激励。非线性材料结构试件与基座一端固定联接，基座另一端与振动台固定在一起。激光测振仪为非接触式扫描激光测振仪，不对非线性材料结构产生附件质量影响。当振动台对非线性材料结构试件激励时，激光测振仪可测试试件上各测点振动的速度。由此激光测振仪可测试出非线性材料结构试件在不同频率激振下的运行模态振型。本发明所述的结构为结构动力学中结构的概念，非线性材料结构为橡胶或钢纤维混凝土等材料组成的结构。所述的振动台为机械式振动台、液压式振动台、电动式振动台。所述的激光测振仪为非接触式扫描激光测振仪。

 

有益效果  

本发明由振动台对非线性材料结构试件施加一定频率、幅值恒定的激励，使非线性材料结构试件产生一个稳态振动，由非接触式扫描激光测振仪记录结构不同位置的振动速度，从而给出整个非线性材料结构的运行模态振型。本发明操作简单，维修方便，并将传统的测试方法和现代测试技术定量化的特点相结合，可给出非线性材料结构的运行模态振型，并可定量地给出结构上关键点振动速度的具体量值。测试系统可广泛应用于非线性材料结构运行模态振型的测试。

 

附图说明：

图1为本发明非线性材料结构的运行模态振型测试系统实施方式的剖视图；

其中：1-振动台；2-基座；3-非线性材料结构试件；4-激光测振仪。

图2为在激励幅值5m/s²时橡胶材料有横缝拱坝模型第一阶运行模态振型图。

图3为在激励幅值5m/s²时橡胶材料有横缝拱坝模型第二阶运行模态振型图。

图4为在激励幅值5m/s²时橡胶材料有横缝拱坝模型第三阶运行模态振型图。

五、具体实施方式

实施例1

图1所示本发明非线性材料结构的运行模态振型测试系统包括非线性材料结构试件3、振动台1、基座2、激光测振仪4。非线性材料结构3试件与基座2一端固定联接，基座2另一端与振动台1固定在一起。振动台1产生一定频率的等幅激励。激光测振仪4为非接触式扫描激光测振仪，激光测振仪可测试试件在振动过程中不同点的振动速度，再由不同点的振动速度给出整个试件的运行模态振型。因此可测试出非线性材料结构试件在不同频率激振下的运行模态振型。本实施例中：振动台1为苏州实验仪器总厂生产的DYS-300-2-60电动振动台。试件3为橡胶材料有横缝拱坝模型。激光测振仪为德国POLYTEC公司生产的PSV-I-400型非接触扫描式激光测振仪。

采用橡胶材料有横缝拱坝模型作为非线性材料结构试件。实验时电动振动台首先进行扫频振动，在扫频激励非线性材料结构试件振动响应的频响函数上确定结构的前三阶固有频率。然后电动振动台在每一阶固有频率进行定频激振，激励幅值均为5m/s²。由此确定的对应每阶固有频率处的结构共振响应即为结构的运行模态振型。图2为在激励幅值5m/s²时橡胶材料有横缝拱坝模型第一阶运行模态振型图。图3为在激励幅值5m/s²时橡胶材料有横缝拱坝模型第二阶运行模态振型图。图4为在激励幅值5m/s²时橡胶材料有横缝拱坝模型第三阶运行模态振型图。测试系统除可给出非线性材料结构整个试件的运行模态振型，还可给出试件上每个测点的具体响应数值。