图4中一种方法是锤击法测试,另一种是通过激振器稳态激励后关闭激励源来进行测试。分别测出结构自由振动的衰减时间,通过其与结构阻尼的关系即可算出结构的损耗因子值。
文章所有图中的H表示锤击法测试得到的板的平均损耗因子曲线。图5和图6是对模型一进行实验得到的结果,图5中H1-c和H1-o表示在点1(170mm,315mm)处吸附激振器,分别使其断电和通电(皆无激励输出)时采用锤击法得到的测试结果。结果表明:由激振器产生的附加损耗因子值的平均数量级约为,其与锤击法的结果相当,即试件有激振器吸附得到的测试结果比无激振器吸附测试结果约大了一倍。且激振器处于通电状态下测试出的损耗因子值明显大于处于断电状态下的测试值,亦即是其会产生附加的电磁阻尼。
图5 不同条件下锤击法测试结果 图6 激振器激励法测试结果
图6中S1、S2、S3和S4分别表示在点1(170mm,315mm),点2(260mm,60mm),点3(430mm,335mm)和点4(120mm,130mm)处采用激振器激励测试得到的平均损耗因子曲线。
a)一次阻尼处理 b)两次阻尼处理
图7 经阻尼处理后模型一的测试结果
图7中曲线是分别对模型一进行一次和两次阻尼处理后采用激振器激励测试得到的损耗因子值。其中S3’、S4’、S3”和S4”分别表示上述两种情况下在点3(430mm,335mm)和点4(120mm,130mm)激励得到的测试结果,S5和S6分别表示在位置5(150mm,400mm)和6(240mm,250mm)激励得到的测试结果。
测试结果表明,若被测试结构的结构刚度和阻尼相对较小时,采用激振器激励测试其阻尼会使结果在很宽的频带内明显比锤击法测试结果大。随着结构阻尼的增大,附加阻尼与其的比值逐渐减小,附加刚度的影响越来越明显。且激励位置不同,附加刚度和阻尼的影响也不同。
图8是对模型二进行实验得到的结果,B2、B3、B4、B5和B6分别表示在点2(350mm,250mm)、点3(500mm,550mm)、4(380mm,730mm)、点5(630mm,540mm)和点6(700mm,720mm)处采用激振器激励测试得到的平均损耗因子曲线。
图8 两种激励方法得到的模型二的测试结果
测试结果表明,若被测试结构的结构刚度和阻尼相对于激振器产生的附加刚度和阻尼很大时,采用激振器激励测试,五个不同激励位置得到的测试结果与锤击法测试结果在400Hz—10000Hz范围内差异非常小。而在较低的频段(400Hz以下)上情况相对复杂一些,这是由于分布参数系统的模态刚度是随频率变化而引起的。
因此,图6中小阻尼板损耗因子曲线的低频范围受附加刚度和阻尼的共同影响都较大,而高频范围则主要受附加阻尼的影响。在图7中,附加阻尼的影响变得很小,结构阻尼主要受附加刚度的影响。而对于图8中的曲线来说,大板的平均损耗因子值在之间,而激振器产生的附加损耗因子值的平均数量级为,故附加阻尼的影响可忽略。但在400Hz以下,结构的模态刚度较小,激振器产生的附加刚度的影响非常大,从而导致测得的损耗因子值在某些频率范围内比锤击法的大,而在另外的频率范围内比锤击法的小。
四、结论
通过理论预测分析与实验验证表明: 当激振器弹性线圈与被测试结构的刚度比和阻尼比都较小时,若信噪比满足计算要求,则采用激振器激励的方法来测试结构的阻尼时,其对分析频带内结构阻尼测试的影响非常小,可以忽略不计;反之,则影响较大; 对于分布参数系统来说,附加刚度的影响比较复杂,当附加刚度很小于结构的模态刚度时,其对结构相应模态频率处的损耗因子的影响十分微小;而当附加刚度与结构模态刚度的比值达到一定值时,随着二者比值的增大,其对结构的损耗因子值的影响越来越大,且影响的频率范围也越来越宽; 虽然采用激振器激励能测试出结构在更低频率范围内的损耗因子值,但其结果一般与真实值不符,不能真实反映结构的阻尼特性; 在利用激振器激励测量试件的振动特性时,应综合考虑激振器产生的附加影响,具体分析测试值与真实值的接近度和可代替性。 参考文献 戴德沛. 阻尼减振降噪技术. 西安交通大学出版社,1986. L.WU,A.ÅGREN AND U.SUNDBÄCK. A STUDY OF THE INITIAL DECAY RATE OF TWO-DIMENSIONAL VIBRATING STRUCTURES IN RELATION TO ESTIMATES OF LOSS FACTOR, Journal of Sound and Vibration,1997, 206(5): 663—684. Nirmal Kumar Mandal, Roslan Abd. Rahman, M. Salman Leong. Experimental study on loss factor for corrugated plates by bandwidth method, Ocean Engineering, 2003.8,31 (2004): 131–1323. 机械设计手册编委会. 机械设计手册/第5卷. 机械工业出版社,2004.8. 李德葆,陆秋海. 工程振动试验分析. 清华大学出版社,2004.9. 盛美萍,王敏庆,孙进才. 噪声与振动控制技术基础. 科学出版社,2001.