[实用新型]一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于振动测试技术领域，具体涉及一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法。

背景技术

圆柱壳是典型的工程结构件，广泛应用于航空、航天以及其他通用机械装备，例如航空发动机的机匣、航天器的各种舱体、造粒机里的转鼓。获得圆柱壳的模态振型对于该类结构件的动力学设计以及振动抑制都有重要的意义。

长期以来，对圆柱壳模态振型的测试主要采用通用的实验模态分析理论提供的方法，即通过测试各响应点的频响函数来辨识模态振型，其中采用力锤或电磁激振器激励测试是最常用的方法。传统的基于各响应点的频响函数来获得模态振型时，需要不断的移动激励点或响应拾取点的位置，导致测试效率低下。以测试包含200个测点的圆柱壳为例，如要完成模态振型测试，大约需要4～6个小时。另外，由于圆柱壳通常固有频率间隔密集、模态之间耦合严重，因而这种传统的测试模态振型的方法，测试精度不高。

激光测振是一种新兴的振动测试技术，可以通过全场扫描式激光测振仪快速、准确地获得近似平面结构的模态振型。但是对于圆柱壳结构，这种全场扫描式激光测振无法满足测试要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法。

本发明的技术方案：

一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置，包括：稳态激励装置、激光测振仪、测试反光镜、电动机、稳压电源、数据采集分析仪和上位机；

所述稳态激励装置用于激励圆柱壳使其发生稳态振动；

所述激光测振仪用于发出激光光束并投射到测试反光镜上，且通过测试反光镜返回的激光光束获得圆柱壳的振动响应；

所述测试反光镜用于反射激光光束到圆柱壳内壁上；

所述电动机用于驱动测试反光镜进行360度旋转，实现激光束在圆柱壳内壁的圆周扫描。

所述稳压电源用于为电动机供电；

所述数据采集分析仪用于实时采集和记录圆柱壳的振动响应信号并传送振动响应信号给上位机；

所述上位机用于对圆柱壳的振动响应信号进行分析及计算，最终绘制出圆柱壳的模态振型：

所述测试反光镜的中心与圆柱壳内腔中心在同一轴线上；测试反光镜连接电动机的输出端；电动机的输入端连接稳压电源；

所述激光测振仪连接数据采集分析仪，数据采集分析仪连接上位机。

采用所述的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置测试圆柱壳模态振型的方法，包括如下步骤：

步骤1：在上位机上对圆柱壳进行有限元分析后获得该圆柱壳的各阶固有频率，并根据该圆柱壳的各阶固有频率确定扫频激励的扫频频率范围；

步骤2：启动激光测振仪，激光光束通过测试反光镜投射到圆柱壳内壁任一点上；同时启动稳态激励装置对圆柱壳进行粗扫，得到圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和圆柱壳的各阶模态阻尼比；

步骤2-1：设定粗扫扫频速度，并在扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

步骤2-2：激光测振仪实时采集圆柱壳的振动响应信号并发送给数据采集分析仪；

步骤2-3：数据采集分析仪实时采集并记录圆柱壳各测点的振动响应信号并传送给上位机；

步骤2-4：根据圆柱壳各测点的振动响应信号，上位机获得圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和圆柱壳的各阶模态阻尼比；

步骤3：根据圆柱壳的各阶固有频率粗扫值，上位机划分新的扫频频率范围，对圆柱壳进行精扫；

步骤3-1：在稳态激励装置中设定精扫扫频速度，且该精扫扫频速度小于最大扫频速度，并在所述的各个新的扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

精扫扫频速度S为：

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