Диссертация (1025147), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Принцип ударного тестирования состоит в том, что привозбуждении механической системы мгновенно приложенной силой происходитвозбуждение этой системы по всем собственным частотам. Оценка модальныхпараметров при ударном тестировании выполняется в предположении, чтовоздействие на систему является импульсным.Для нанесения удара используется специальный молоток (Рис. 2.1) сдатчиком силы, который расположен в головной части молотка.

При этом, дляизмерения отклика может быть использован любой датчик.Стоит отметить способ нанесения ударов измерительным молотком. Силуудара необходимо регулировать таким образом, чтобы с одной стороны неповредить изделие, а с другой – обеспечить высокое значение коэффициентасигнал/шум в точке измерения. Кроме того, после удара молотком не должновозникать ответного удара объекта испытания по молотку. Для регулированиядлительности ударного импульса молотка применяют ряд наконечников,позволяющих изменять контактную жесткость пары молоток-объект.

Каждый48наконечник предназначен для использования в определенном частотномдиапазоне (Рис. 2.2).Рис. 2.1. Измерительные молотки для ударного тестирования [75]Рис. 2.2. Спектральная характеристика импульса при использованииразличных наконечников измерительного молотка [75]Основной целью ударного тестирования является определение передаточнойхарактеристики системы:() =()()(2.1)Передаточная характеристика H(ω) представляет собой комплексноеотношение между выходом и входом в частотной области. Физически – этоозначает, что на гармоническую силу с частотой 0 возникает гармоническийотклик с той же частотой.

Амплитуда на выходе умножается на | ()|. В случае49виброударного тестирования в качестве входа () выступает спектр силыудара, а в качестве () спектр отклика.2.3. Программное обеспечение для проведения модальных испытаний всреде LabViewИнформация о системе, зафиксированная во время испытаний датчиком силыи датчиком ускорения (датчиком скорости, измерительным микрофоном),представляет из себя аналоговый сигнал (переменное напряжение). Для анализаэкспериментальных данных необходимо перевести аналоговые сигналы вцифровые. Для этого используют аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).Принцип сбора данных при ударном воздействии показан на Рис.

2.3.Рис. 2.3. Схема сбора данных при виброударном тестированииПри выполнении данной работы для оцифровки сигналов использовалисьАЦП National Instruments (Рис. 2.4).Таким образом, входными данными для построения передаточных функцийсистемы являются цифровые сигналы, поступающие на ЭВМ с платы АЦП.Первичнаяобработкаэкспериментальныхданныхосуществляетсявспециальной программе, разработанной автором работы в среде LabView.Интерфейс разработанной программы представлен на Рис. 2.5.50Рис.

2.4. АЦП National Instruments для сбора данных с датчиков ускорения исилыРис. 2.5. Программное обеспечение для выполнения виброударноготестированияРазработанная программа позволяет получать данные с различных типовдатчиков (датчик силы, датчик ускорения, датчик скорости, измерительныймикрофон). Полученные временные реализации воздействия и откликаиспользуются для построения спектров силы и отклика, а также для полученияпередаточной характеристики исследуемой конструкции. Программа такжепозволяет выполнять осреднение передаточных характеристик по результатампоследовательного нанесения нескольких ударов и экспортировать результаты51испытаний для выполнения идентификации модальных параметров в средеMatlab [7, 30].Для алгоритмов идентификации, работающих в частотной областинеобходимо получить передаточную характеристику системы.

Для этогонеобходимовычислитьспектрывоздействияиоткликаспомощьюпреобразования Фурье. Временные сигналы, поступающие с АЦП являютсядискретными, таким образом, для их преобразования в частотную областьнеобходимо применять алгоритм дискретного преобразования Фурье (ДПФ)[52].В результате выполнения виброударного тестирования может быть полученмодуль передаточной характеристики - амплитудно-частотная характеристика(АЧХ) системы.Ниже приведены два алгоритма идентификации модальных параметров:метод ширины пика, работающий в частотной области и метод стохастическойидентификации, работающий во временной области.2.4. Методы идентификации модальных параметров механическойсистемыУравнение вынужденных колебаний конструкции в главных координатахимеет вид:̈ (t) + ̇ (t) + (t) = (t)(2.2)где (t) −вектор главных координат, – диагональная матрица масс, диагональная матрица демпфирования, – диагональная матрица жесткости,(t) – вектор приложенных сил;Задача методов идентификации модальных параметров состоит в вычислениикомпонентов матриц, , по известному временному отклику илипередаточной характеристике.522.4.1.

Метод ширины пикаМетод ширины пика (или метод половиной мощности) используетамплитудно-частотную характеристику системы для идентификации модальныхпараметров конструкции. Данный метод оперирует моделью системы с однойстепенью свободы, то есть оценка модальных параметров происходит длякаждого пика АЧХ по отдельности.Метод сводится к определению коэффициента демпфирования по ширинерезонансногопикаколебанийвтехточкахамплитудно-частотнойхарактеристики, в которых динамическое перемещение составляет некоторуюдолю резонансных динамических перемещений.Обычно для удобства выбирают точки на АЧХ, соответствующие частотам,при которых амплитуда динамических перемещений в 1/√2 раз меньшемаксимальной амплитуды [39].

Ширина частотной полосы, соответствующейэтим точкам, называется иногда шириной полосы, соответствующей половинерассеиваемой мощности. Амплитудный коэффициент 1/√2 характеризуетуменьшение амплитуды в децибелах: 201√2дБ = −3.01 дБ .Данный метод является наиболее широко используемым в задачахидентификации модальных параметров. Достоинствами метода являютсяпростота реализации и крайне низкие вычислительные затраты, а недостаткомметода – его невысокая точность.Однойиззадачдиссертацииявляетсяидентификациямодальногодемпфирования заготовки с высокой точностью. Для решения данной задачи, врамках работы, был рассмотрен наиболее современный метод идентификациимодальныхпараметров,работающийвовременнойобластистохастической идентификации подпространств (SSI) [81, 122].-метод532.4.2. Метод стохастической идентификации подпространствМетод стохастической идентификации подпространств (SSI) динамическиххарактеристик механических систем, разработанный P. Van Overschee и B.

DeMoor [122, 123] нацелен на решение задачи операционного модального анализа.Особенность метода заключается в том, что для его работы не нужно измерятьвходное воздействие на систему. Несмотря на то что, метод разработанотносительно недавно, он успел завоевать популярность и в настоящее времяприменяется всё большим количеством исследователей для идентификациимодальных параметров в сложных системах [98, 128].Работа алгоритма основана на использовании инструментов теорииидентификации и теории управления [24]. В настоящее время, у метода естьнесколькомодификаций,разработанныхдляразличныхобластейегоприменения: идентификация сил в роторных машинах и подшипниковых опорах,определение форм колебаний больших сооружений, идентификация параметровдемпфирования в сложных сборочных конструкциях и т.д.В основе алгоритма SSI лежат несколько допущений: предполагается, что модель, описывающая динамику реального объекта,линейная; отклик системы является результатом случайного эргодичного процесса;Допущение о том, что модель линейная, дает возможность использованияметода разложения динамики системы по собственным формам колебаний.Основные принципы алгоритма SSIВ этом разделе алгоритм SSI не будет описан подробно, вместо этого будутвыделены основные этапы его работы.

Более подробное описание представленов [126].Динамика дискретной системы, совершающей колебания под действиемнеизвестной силы, может быть смоделирована с помощью модели в54пространстве состояний [122], представленной в виде системы уравнений (2.2) вформе Коши:= k + k{ k+1k = k + k(2.3)где ∈ ×1 − вектор состояния системы; – размерность пространства состояний (число независимых переменных,необходимых для описания состояния системы); ∈ ×1 − отклик системы, измерения l выходов в дискретный моментвремени (является суммой наблюдаемой части состояния и некоторого шума); ∈ × − матрица состояний, описывающая динамику системы (подвнешним воздействием матрица изменяет состояние системы, описываемоевектором ); ∈ × − матрица наблюдения, описывающая, как внутренние состоянияпередаются во внешнее пространство; ∈ ×1 −вектор,которыйпредставляетсобойшумпроцесса,описывающий входное (неизвестное) воздействие; ∈ ×1 − вектор, который представляет собой шум измерения.Принимается, что вектора и являются неизмеримыми векторнымисигналами, с нулевыми средними значениями.Первое уравнение системы (2.3) называется уравнением состояния илимоделью динамического поведения системы.

Характеристики

Список файлов диссертации