[发明专利]一种测量结构弯扭组合振动中弯曲波、扭转波分离的方法

说明书

本发明公开了一种测量结构弯扭组合振动中弯曲波、扭转波分离的方法。结构在受到稳态、瞬态或者随机的偏心激励时往往会发生弯扭组合振动，在测试结构的振动时单独测量得到弯曲或者扭转振动的频响十分困难。本发明方法在被测结构所需测量位置的正截面上选取两个连线过正截面几何中心且关于几何中心对称的测量点，通过将两个点测到的位移响应信号做简单加减后处理就可以分别得到弯曲振动响应信号和扭转振动响应信号，实现弯曲波和扭转波的分离，从而更好的进行结构弯扭组合振动模态分析。

技术领域

本发明属于机械振动测量领域，尤其涉及一种测量截面对称结构弯扭组合振动中弯曲波、扭转波分离的方法。

背景技术

模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法了解结构在某一段易受影响的频域范围内各阶主要模态特性，就可以预测结构在此频域范围内外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。

弯曲振动是结构振动里面影响最大的因素，扭转振动是轴类最基本的振动形式。对弯曲振动来说，一般是结构振动中影响最大的因素，分析弯曲的模态是当下研究结构振动时首要的任务。同时机械、电气、动力或负荷等方面短暂的冲击和瞬变过程，会造成所传递的扭矩发生短暂或持续的波动，从而导致旋转轴系产生扭转振动。扭振产生的扭转应力使轴系各断面受到交变的剪切应力，导致轴系材料的疲劳积累，轻则引起较大的噪声并加速零件的磨损，从而缩短其工作寿命。重则形成裂纹、切口，并逐渐扩散，导致轴系的断裂和崩溃，其后果往往是毁灭性的恶性事故，损失极为惨重。当结构发生弯扭组合振动时，单独地分析弯曲振动和扭转振动十分必要，但是从现在的研究来看很少有方法能将二者的振动响应分离开来。本发明方法通过利用传感器得到结构的响应端关于轴心对称的两个点的位移振动信号(这个信号可以是瞬态的振动响应信号也可以是稳态的振动信号)做加减的后处理就可以得到分离开的只包含弯曲振动成分的弯曲振动响应信号和只含有扭转振动的扭转振动响应信号。稳态的信号可以直接做传输比得到其频响曲线，而对于瞬态的信号选取分离后短时间的瞬态信号做快速FFT变换，能够完美的将分离出来的弯曲和扭转频响曲线做出来。而在国内现有的技术方法中，更多的是关于应变、位移、纯弯曲、纯扭转的测量和研究，至于在结构产生弯扭组合振动时能单独研究弯曲振动和扭转振动的方法基本没有。本发明方法具有创新性和实用性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种测量截面对称结构弯扭组合振动中弯曲波、扭转波分离的方法。

本发明测量结构弯扭组合振动中弯曲波、扭转波分离的方法包括如下步骤：

1)在被测结构上选取一正截面作为所需测量的响应位置；在正截面上选择两处测量点，所述的两处测量点的连线过正截面的几何中心；且两处测量点与几何中心的距离相等；

2)利用位移传感器，测量出步骤1)中选取好的两处测量点的位移响应的信号；

3)将测到的两个位移响应信号相加处理得到纯弯曲振动的位移信号，将测到的两个位移响应信号相减处理得到纯扭转振动的位移信号(即等效的扭转角信号)；

4)当结构受到稳态激励载荷时，将测到的信号经过步骤3)处理后，直接利用分离出的纯弯曲振动的位移信号和纯扭转振动的位移信号得到结构弯曲和扭转的频响曲线；

当结构受到的是瞬态的偏心激励或者是随机激励载荷时，将测到的信号经过步骤3)处理后，利用快速傅里叶变换(FFT)得到分离后的弯曲和扭转的频响曲线。

优选的，所述的正截面为对称截面。被测位置的正截面为对称截面时，不光可以分离得到弯曲振动和扭转振动的频响特性，还能实时测出扭转和弯曲的实际的变化情况。