结构动力特性试验
结构工程实验报告.doc
结构工程实验报告实验名称：结构的动力特性试验实验类型：（3）（1）演示；（2）验证；（3）综合；（4）设计；（5）其他学院：环境与安全工程学院学生姓名：孙奥伟专业班级：土木101学号：10434217指导老师：王新杰、谢静静20XX~20XX学年第二学期第4次实验同实验者：申元畅、盛晓青、祁向楠实验时间20XX年4月23日实验四结构的动力特性试验一、试验目的（1）了解振动测试与控制实验系统的组成、安装和调整的方法。
（2）学会激振器、传感器与数采分析仪的操作、使用方法。
（3）学会测量钢梁的强迫振动频率。
本实验属于综合性实验。
二、实验仪器及设备（1）振动与控制实验台包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆盘、单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统模型，配以主动隔振、被动隔振的空气阻尼减震器、单式动力吸振器、复式动力吸振器等组成。
（2）激动振系统与测振系统，激振系统包括DH1301正弦扫频信号源，JZ-1接触式激器,JZF-1非接触式激振器，偏心电动机，调压器，力锤；MT-3T 型磁电式振动速度传感器，DH130压电式加速度传感器，WD302电涡流位移传感器、测力传感器；动态采集分析系统包括信号调理器、数据采集仪、计算机系统、控制与基本分析软件、模态分析软件。
三、实验原理及操作步骤（1）安装偏心电动机。
偏心激振电机的电源线调接到调压器的输入端（电源使用三芯接地插座），一定要小心防止接错，把调速电机通过安装底板安装在简支梁中部，电机转速可用调压器电压调节旋钮来调节，调节输出电压到110v 左右，调好后在实验过程中不要改变电机转速。
（2）安装DH1301正弦扫频信号源。
将DH1301正弦扫频信号源的输出电压调节旋钮左旋到最小位置，把激振器与输出接线柱相连。
（3）接测试系统。
将扫频信号源的输出信号接到采集仪的1-1通道。
将速度传感器布置在偏心激振电机附近，速度传感器测得的信号接到数采仪的1-2通道。
设置频率类型，正弦扫频的起、止频率后按“确认”，设置好后按“开始”，调节电压信号到875mv.频率扫频点开始移动，此时观察梁的振动情况。
结构动力特性测试
T
n周
T= t / n
二：强迫振动法
' — —
1.激振方法：可变周期（变频）振动荷载、离心电机、电磁激励荷载 （荷载幅值不变） 2.测试方法：测量记录下结振幅——频率关系 A
振幅
ω1
ω2
ω3 ω4
ω
7.2.2 结构阻尼的测量
△
阻尼来源：结构内部、外部、支座 阻尼对振动影响： 共振时 1 抗震中：大好 p=ql 隔振中：小好
4. 检测方法 自由激振法
人工激振法
强迫激振法 环境随机振动法
7.2 人工激振法测量结构动力特性 7.2.1 人工激振测量自振频率
一：自由振动法 1.激振方法：人工施加初位移、初速度、突加荷 2.测试方法：测量记录下结构振幅（加速度或速度）—— 时间关系
A
振幅（位移、速度、加速度）
t 时间
Hale Waihona Puke TTt第七章 结构动力特性试验
7.1 概述 1.动力特性参数（或模态参数） 自振频率（周期）、阻尼参数、振型 是结构固有特性与外荷载无关 2.要求：动力试验的基本内容 结构动力计算和试验所必需的基本参数 3.作用：（1）抗震设计中 地震作用力大小—结构自振周期 动力计算模型——结构动力特性 （2）防共振、隔振、减振 （3）检测、诊断结构健康状态
xn+2 xn+k
1 xn λ =2 ln x n+k k
1 μ (θ )
p
百分表
c
p
ql/2 ql/2
拉
介绍：主要方法、振型的概念
7.2.3 振型测量
l/4 l/2 l/4
m
1
1
0.5
0.3
单自由度
工程结构实验与检测第3章 结构动力试验
使用时要定期标定。 压电式加速度计原理
四、测振配套仪器
1、放大器 微积分放大器：与位移、速度传感器相配。 电荷放大器：与压电式拾振器相配。 2、动态电阻应变仪 主要用于测动应变，还可以测位移、速度、 加速度、振幅等参数的变化过程。 3、记录仪器
常用的有数据采集仪。
5、仪器配套
磁电式 拾振器
微积分 放大器
其特点是运动具有周期性，作用的 大小和频率按一定规律变化，使结构产 生强迫振动。
离心力加载 ：机械式激振器
机械式激振器
使一对偏心块按相反方向运转，便由离心力产 生一定方向的加振力。改变质量或调整带动偏心质 量运转的电机的转速，可调整激振力的大小。
使用时将激振器底座固定在被测结构物上， 由底座把激振力传递给结构，致使结构受到简谐变 化激励作用。
2 1 2
1 2
振型:用共振法测建筑物振型
3、脉动法
脉动法：是通过测量建筑物由于外界环境脉 动（如地面脉动、气流脉动等）而产生的微幅振 动，来确定建筑物的动力特性。
脉动记录的分析方法有：主谐量法；频谱分析法。 主谐量法：脉动信号的主要成分是基频谐量，
在脉动记录里常常出现酷似“拍”的现象，在波形 光滑之处“拍”的现象最显著，振幅最大。凡有这 种现象之处，振动周期大多相同。这一周期往往即 是结构的基本周期。
时间标志
2i c2h2i
c1, c2 正负应变的标定常数
动应变频率： f
L0 L
f0
二、动位移测定
要全面了 解结构在动力 荷载作用下的 振动状态，可 以设置多个测 点进行动态变 位测量，以作 出振动变位图。
注意：振动变位与振型的区别。
三、动力系数测定
结构动力系数定义为:在移动荷载作用下，结构 的动挠度和静挠度的比值。
结构动力特性试验及损伤鉴定
ｃ ＝［ ２
其中 —— 第一个脚标 ｉ 表示位置符号 ， 第二个脚
其中［ ： ］ 表示广义质量矩阵 ， ［ 群 ］ 表示广义刚 度矩 阵．
将（ ２ ） 式代人 （ １ ） 式再左乘 ， 可得
［ ］ Ｑ （ ｔ ）＋［ ２
＝
］ ０ （ ｔ ）＋［ ］ Ｑ （ ｔ ）
（ ４ ）
Ｒ （ ） ＝ Ｅ ［ （ ） Ｙ Ａ ｔ ＋ ｒ ） ］＝∑。 ∑
ｒ Ｘ（ ｔ ） ＝２（ ｔ ）
ＬＬ Ｑ （ ｒ １ ） （ ｒ １ ） （ ． ｒ ＋ ７ － １ 一 ． ｒ ２ ） ｄ １ ｄ 丁 ｚ
（ １ ２ ）
结 构 的激励 Ｘ（ ｔ ）与响 应 ｙ （ ｔ ）之 间的 自功 率 谱 密度 函数矩 阵 之 间的关 系 ： Ｓ Ｈ（ 吐 ， ）＝
其 中
式中， ｈ ｏ １ （ ｒ ） ， 。 ｍ （ 丁 。 ） —— 表示脉冲响应函数．
环境激励主要来 自地面运动和风振． 输出信号
即为结构 对 于环境 激励 的 响应 ． 环 境激励 本身 是随 机 的， 而 且产 生原 因 多样 ， 实 际上 没有 测量 的必 要 ，
应后 ， 对脉动信号进行数据处理 ， 可得到结构的基 频率或较低阶的频率 ， 从而得出脉动的功率谱峰值 和结构的自 振频率． 近年来 ， 地震 等 自然 灾害 事件 频发 ， 地震后 ， 建
筑物倒 塌 、 破 坏严重 ， 需要 检测 、 鉴定 的建筑物 量 巨 大． 本文所述 方法 可 以方 便 的在地震 后 的现场进 行
检测 、 鉴定应 用 ， 并且 可 以为结 构加 固 、 维修等 提供
在分析中只考虑结构的响应． 将高层建筑结构简化 为多 自由度系统 ， 多 自由度系统的随机运动方程可
结构动力实验报告
结构动力实验报告结构动力实验报告一、引言结构动力学是研究结构在外力作用下的振动特性和响应规律的学科。
通过实验研究结构的动力响应，可以了解结构的固有频率、振型、阻尼特性等重要参数，为结构设计和抗震设计提供依据。
本实验旨在通过一系列测试，探索结构的动力响应特性。
二、实验目的1. 测定结构的固有频率和振型。
2. 分析结构在不同外力激励下的动力响应特性。
3. 探究结构的阻尼特性。
三、实验装置与方法1. 实验装置：使用一台振动台和一根悬臂梁作为实验结构。
2. 实验方法：a. 测定固有频率和振型：在不同频率下，通过改变振动台的频率控制结构的激励频率，使用加速度传感器测定结构的振动响应，并记录下振动台的频率。
b. 测定动力响应特性：通过改变振动台的振幅，分析结构在不同外力激励下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。
c. 测定阻尼特性：在结构上添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。
四、实验结果与分析1. 测定固有频率和振型：根据实验数据，绘制结构的频率-振型曲线，确定结构的固有频率和振型。
分析不同频率下的振动响应，可以推测结构的模态分布情况。
2. 分析动力响应特性：对于不同外力激励下的振动响应，绘制振动幅值和相位的频率响应曲线，分析结构的频率响应特性，如共振频率、共振幅值等。
通过对比不同外力激励下的响应曲线，可以研究结构的非线性特性和耦合效应。
3. 探究阻尼特性：通过添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应。
分析阻尼对结构响应的影响，可以评估结构的耗能能力和抗震性能。
五、实验结论1. 结构的固有频率和振型是结构动力学研究的重要参数，通过实验测定可以了解结构的模态分布情况。
2. 结构的动力响应特性与外力激励频率和振幅密切相关，通过分析响应曲线可以评估结构的共振情况和非线性特性。
3. 阻尼对结构的动力响应有重要影响，适当的阻尼装置可以提高结构的耗能能力和抗震性能。
砌体建筑结构动力特性测试分析
砌体建筑结构动力特性测试分析摘要：砌体建筑结构，分析传统砖结构的动态特性，容易受到外界环境的干扰，砖结构的完整性缺失，导致动态特性分析，精度低，所以建筑结构的动态属性是确定结构监测，地震检测和可靠性的重要参数。
然而，简化结构计算模型和计算方法导致理论计算值与结构动态特性的实际值之间存在一定误差。
高效模块化和测量方法数字化的好处是更好地确定建筑结构的实际状态，测量和分析两个石材结构的频率和模态形状为结构，并且使安全评估提供了科学依据。
关键词：砌体结构；动力特性；测试分析近年来，建筑结构的健康监测和地震识别受到更多关注。
此外，在中国建立可靠性测试和验证通常基于大规模研究，使各个组件的材料属性记录在现场，根据相关规格和设计图评估参数。
该测试是一个局部组件，不能反映结构的整体质量，或者只是建筑结构的一部分，很容易忽视建筑结构中的一些质量缺陷，而动力特性将非常有效地测量模块的数字结构的动态特性可以避免上述错误，并更好地理解建筑物结构的实际行为。
目前，中国现有建筑中的砖块占很大比例，但动态特性的研究低于其他类型的建筑。
1 地震作用下砌体建筑砌体结构的动力特性分析1.1 获取砌体结构自振频率将建筑物与其他小信号的描述进行比较，对下层建筑物的实验信号振动的环境振动的相同点和不同点进行解释，他们的主要区别在于难以确定输入功率。
砌体建筑物中的真石结构非常大，难以对输入施加足够的可控性的振动，因此当环境被激发时，表面的功率和风脉动可以同时被视为输入，因此确定输入信号很困难。
根据上述性质，结构的固有频率由建筑物的砌体结构的反应的磁能谱确定，结构响应的固有功率谱受测量噪声和激发光谱的影响，峰值是不安全的模态频率。
基于以下原则：（1）结构描述不同的测量点位于与功率谱的峰值相同的频率。
（2）固有振动频率下不同测量点之间的相关函数不能过大，通常为1；（3）其他测量点在独特的频率位置具有相同的相位或反相特性。
结构振动模式可以用随机振动理论来判断，我们在这里以n个自由度应用n自由度系统和固定自由度。
试验七脉动法结构动力特性测试
实验八：“建（构）筑物动力特性现场实测技术”试验大纲
（设计性、开放性）
一、实验目的
1. 了解脉动测试法的基本原理，掌握用脉动法测试结构的固有频率、阻尼及振型的方法；
2. 熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法；
3. 熟悉建（构）筑物动力特性现场实测的基本方法和一些应该注意的问题；
4. 掌握DASP分析软件，并对实测数据进行结构动力特性分析。
二、可供使用的测试仪器及测试系统
三、实验内容及要求
要求学生以组为单位，采用脉动法对校园内某栋建筑物（例如土木实验大楼）进行动力特性现场测试，并独立完成、提交实测分析报告。
1. 收集资料：在对建筑结构物进行试验检测之前，应首先收集被检测建筑物的相关设计资料，了解建筑平、立、剖面尺寸及主要承重结构体系。
2. 环境调研:了解该建筑物的地理环境和建筑物周围的振动、噪音等情况。
3. 选择测试仪器安放位置；
4．确定测试方案；
5. 测点布置；
6. 数据采集；
7.数据分析处理。
四、实验报告
1. 绘制本次实测建筑结构的结构平面图，测点布置平面、立面图。
2 .设计测试方案，并阐述实测测点布置的理由。
3. 用DASP程序分析计算该结构的各阶频率、阻尼等动力特性。
并完成该建筑物的动力特性实测分析报告。
4. 通过该次实验，谈谈结构动力特性现场实测应注意的问题。
制定者：龚安礼
指导教师：王泽军、龚安礼、喻磊
审定者：张兴虎
批准者：王泽军
结构与抗震实验室
制定日期：2005年12月30日。
3 结构动载试验
K ,阻力比D C ,频率比u
m
2mn
n
传感器系统的稳态解：
y Y0 sin(t )
二、幅频特性和相频特性
1〕位移传感器：
ω/ωn》1(>5) 时， Y0/X0≈1,φ≈180。
Y0
u2
X0 1u2 2 4D2u2
2）加速度传感器
振动体的加速度
xX02sint amsint
加速度传感器的幅性 频公 特式为：
1、波形分析：分析实测振动波形，按照不同振源将会引起 规律不同的强迫振动这一特点，可以间接判定振源的某些 性质，作为探测主振源的参考依据。
冲击振源：振动图形是间隙性的阻尼振动，而且有明显尖 峰和衰减的特点，类似于有阻尼自由衰减振动。
转速恒定的机器设备振源： 具有周期性的振动，波形 具有接近正弦规律。
脉动法：利用被测建筑物周围不规则微弱干扰（如 地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为激 励来测定建筑物自振特性的一种方法。该法的最大 优点是不用专门的激振设备。简便易行，且不受结 构物大小的限制。
测试方法：采用测振传感器测量地面自由场的脉动 源和结构的脉动反应，将获得的波形进行频谱分析 （FFT,时域向频率的转换），可得到结构的动力特 性。
2、疲劳试验目的：研究结构的结构性能及其变化规律，确定 疲劳极限（疲劳破坏时的强度值）和疲劳寿命（荷载重复作 用的次数）。
3、疲劳试验分类：等幅等频疲劳、变幅变频疲劳和随机疲劳。
4、疲劳试验内容：
生产性疲劳试验：结构构件疲劳抗裂性能、裂缝宽度及发展 情况、结构构件最大挠度及变化幅度和疲劳极限强度等。中 级：2E6，重级4E6。
加速度传感器的幅频特性曲线
三、磁电式速度传感器 根据电磁感应的原理制成：振动体振动时，线圈与磁钢之 间发生相对运动，根据电磁感应定律，感应电动势E的大小为： E=BLnv 即E正比于v。
桥梁结构的动力特性分析与实践案例分析
桥梁结构的动力特性分析与实践案例分析引言作为建筑工程行业的教授和专家，我多年来从事建筑和装修工作，积累了丰富的经验，并在桥梁结构的动力特性方面有着深入的研究。
本文旨在分享我的经验和专业知识，着重探讨桥梁结构的动力特性分析及相关实践案例。
通过深入分析和实践案例的讨论，将为读者提供有价值的参考和指导。
一、桥梁结构的动力特性分析1. 动力特性的定义与重要性桥梁结构的动力特性指的是结构在受到外部加载（如车辆行驶、地震等）或内部反馈（如风荷载等）作用下的振动响应。
了解桥梁结构的动力特性对于评估结构的安全性、预测结构的振动响应以及设计适当的控制措施至关重要。
2. 动力特性的分析与评估方法桥梁结构的动力特性分析通常包括模态分析、频率响应分析和时程分析等方法。
模态分析用于确定桥梁的固有振动模态和频率，频率响应分析用于确定结构在受到外部激励时的振动响应，而时程分析则是模拟结构在实际使用过程中的动力响应。
3. 动力特性分析的输入参数和工具在进行桥梁结构的动力特性分析时，需要准确输入结构的几何形状、材料参数、边界条件和加载情况等参数。
同时，还需要借助一些专业的分析工具和软件，如有限元软件、动力分析软件等，来完成复杂的计算和分析工作。
二、桥梁结构动力特性实践案例分析1. 桥梁结构在地震作用下的动力特性地震是桥梁结构最常见的激励源之一，对桥梁结构的动力特性有着显著的影响。
在实践中，我们通常通过分析地震动力学响应谱、地震时程分析等方法来评估桥梁结构在地震中的动力反应。
以某高速公路桥梁为例，我们利用有限元软件进行模态分析，确定了桥梁主要的振型和固有频率，并结合地震动力学响应谱，得出了结构在不同地震等级下的地震反应。
2. 桥梁结构在风荷载下的动力特性风荷载对桥梁结构的影响同样不可忽视。
在实践中，我们可以通过风洞试验、数值模拟和频率响应分析等方法来研究桥梁在风荷载下的动力特性。
以一座大型斜拉桥为例，我们采用风洞试验和有限元模型，分析了桥梁在各种风速条件下的振动响应和结构的疲劳性能，从而为设计防风措施提供了科学依据。
结构动力特性测试方法及原理
一.概述每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。
了解结构的动力特性是进行结构抗震设计和结构损伤检测的重要步骤。
目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。
n个自由度的结构体系的振动方程如下：M y(t) C y(t) K y(t) p(t)式中M、C、K分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n维矩阵；p(t)为外部作用力的n维随机过程列阵；y(t) 为位移响应的n维随机过程列阵；y(t)为速度响应的n维随机过程列阵；y(t)为加速度响应的n维随机过程列阵。
表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率 f (其倒数即自振周期T)、振型Y(i)和阻尼比_：这些数值在结构动力计算中经常用到。
任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统，结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种改变可视为结构破损发生的标志。
这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提岀修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断” 技术就是这样一种方法。
其最大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。
从传感器测试设备到相应的信号处理软件，振动模态测量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。
随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态参数等）。
目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。
测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法和自由振动法。
稳态正弦激振法是给结构以一定的稳态正弦激励力，通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型和对应的阻尼比。
结构动力特性
注意：观测时，应避开外界有规则干扰。
• •
1.主谐量法 建筑物固有频繁的 谐量是脉动里最主 要的成分，在脉动 图上可直接量出来。 凡是振幅大波形光 滑处的频率总是多 次重复出现。如果 建筑物各部位在同 一频率处的相位和 振幅符合振型规律， 那么，就可以确定 此频率为建筑物的 固有频率，见图516。
三、脉动法
3．频谱分析法
假设脉动信号是一个复杂的周期信号。通过谐量分析，将脉
动信号分解成若干个单一频率正弦规律的简谐分量。
（1）理论基础
谐量分析的理论基础是傅立叶级数的原理。任意一个圆频 2 率为 （周期为 T ）的周期性函数都可以分解为包括 许多正弦和余弦函数的级数，它们的圆频率各 为 、2 、 3 、…等，即
具体方法如下：
①在实测记录的振动波形曲线中，取一个有代表性的周期， 将周期分作n个等分点（n+1个点），通常n取4的倍数， 如图5-18。
f (t r )
图5-18 脉动记录曲线的频谱分析
②量取各分点处曲线的函数数值
f (t r )
。
③按下式计算傅立叶级数的系数
a0 1 2 n 2 ak n 2 bk n
如图5-11，借助外力使结构产生一定的初位移，然后突然卸去荷载， 利用结构的弹性使其产生自由振动。突卸荷载不会对结构造成附 加影响，但要较大的荷载才能产生较大的振幅。
一、自由振动法
m
m
图5-10 突加荷载法
图5-11 突卸荷载法
一、自由振动法
（二）资料整理
1.基频
从实测的自由振动记录图上，如图5-12，取若干个波的总时间除以波数得 出平均数作为基本周期，其倒数即为基本频率。
混凝土结构动力特性测试技术规程
混凝土结构动力特性测试技术规程一、前言混凝土结构的动力特性测试是建筑工程中非常重要的一项技术，用于评估结构的抗震性能以及预测其在地震等自然灾害中的表现。
本文将介绍混凝土结构动力特性测试的技术规程，包括测试前的准备工作、测试方法、测试数据的处理和分析等方面。
二、测试前的准备工作1. 设备选择动力特性测试需要使用振动台和加速度计等设备，因此需要确保设备的选择和购买符合相关标准和规定。
振动台应能够提供足够的振动频率和振幅，以模拟地震等自然灾害的振动条件。
加速度计的选择应考虑其灵敏度、频率响应等因素。
2. 测试样品的准备测试样品应符合相关规定和标准，包括混凝土强度等级、尺寸、钢筋配筋等方面。
在测试前需要对样品进行加固和加强，以确保其在振动台上的稳定性和安全性。
3. 测试环境的准备测试环境应符合相关规定和标准，包括振动台的安装和固定、测试样品的安装和固定、周围环境的噪声等方面。
测试环境应保持稳定和安全，以确保测试数据的准确性和可靠性。
三、测试方法1. 测试方案的制定测试方案应根据测试样品的特点和测试要求，制定合理的测试方案。
测试方案应包括测试频率、振幅、测试时间等方面的参数设置。
2. 测试过程的实施测试过程应按照测试方案的要求进行实施。
在测试过程中需要注意振动台的运行状态和测试样品的变形情况，以及测试环境的影响等因素。
在测试过程中需要记录相关数据，包括振动台的运行参数、加速度计的测量数据等。
3. 测试数据的处理和分析测试数据的处理和分析是测试结果的重要组成部分。
在数据处理和分析过程中需要注意数据的准确性和可靠性，以及数据的统计分析等方面。
测试数据的处理和分析结果应能够反映出测试样品的动力特性和抗震性能。
四、测试结果的评估和报告撰写1. 测试结果的评估测试结果的评估应根据测试数据的处理和分析结果进行。
评估结果应能够反映出测试样品的动力特性和抗震性能，并与相关标准和规定进行比较和评价。
2. 报告撰写测试报告应包括测试方法、测试数据的处理和分析结果、测试结果的评估等方面的内容。
“结构动力特性测量实验”辅导资料
结构动力特性测量实验辅导资料主题：结构动力特性测量实验的辅导资料学习时间：201年36月24日－7月21日内容：这周我们将学习结构动力特性测量实验的相关内容。
一、学习要求学习要求及需要掌握的重点内容如下：1、掌握实验的目的；2、掌握实验主要的仪器和设备；3、掌握实验的整个实验步骤；4、掌握实验数据的处理方法。
二、主要内容结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能，主要包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等，这些参数与外荷载无关。
测量结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抵御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验。
通过结构动力特性的测量，能够得到结构的自振频率，可以避免和防止动荷载所产生的干扰与结构共同作用产生的共振现象。
此外，受损开裂结构的刚度减小，导致结构自振周期变长，阻尼变大，因此结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。
本次实验的题目为《结构动力特性测量实验》。
(一)本次试验的目的1、了解动力参数的测量原理；2、掌握传感器、仪器及使用方法；3、通过振动衰减波形求出简支梁的固有频率和阻尼比；(二)本次试验使用的仪器、设备及试验构件本次实验需要用到的仪器和设备主要包括三个：1振动传感器，也叫拾振器，主要是用来将振动信号转换成电荷信号输出；优点是体积小、重量轻、对被测物体影响小，频率范围宽、动态范围大，主要参数如表所示，我们在振动传感器的选择上最关心的指标是灵敏度、频率范围和量程。
2、与之配套的电荷适配器，主要作用是将压电传感器的电荷信号转换成电压信号；3东华动态信号测试分析仪，主要用来采集振动传感器输出的电信号，并将其转换成数字量传递给计算机。
除了上述传感器和数据采集设备，试验中还用到了用于数据记录的笔记本电脑、锤子和木制简支梁，其参数如下表所示：截面高度(mm)截面宽度(mm)长度(mm)跨度(mm弹性模量(GPa)重量(kg)自振频率理论值(Hz)61185203518501012.734.35(三)试验原理1、阻尼比和固有频率的计算方法究竟如何来确定体系的阻尼比和固有频率呢？同学们看下面公式：f=f1-C2d这里0为阻尼比，和分别为有阻尼和无阻尼振动频率。
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OFS
LPFG
FBG
EFPI
四、试验过程
1、熟悉传感器和测量仪器，并连线。 2、打开设备电源，预热10min。 3、启动DHDAS_5920动态信号采集分析软件，
熟悉界面。
4、测量参数设置 （1）分析参数设置 z 采样频率：1k~2kHz； z 采样方式：连续
其余不用设置。
OFS
LPFG
FBG
EFPI
OFS
应变片
m
Z 0(t)
LPFG
FBGZ1 ( t )
EFPI
（2）压电式加速度传感器
¾ 振动时质量块产
生的惯性力，使压
电元件产生变形，
从而产生与加速度
成正比的电荷，经
m
后级电荷放大器后
得到与加速度成正
比的电压值。
3
优点：
引出线
¾（1）体积小，重量轻，对被测体的影响小。
¾（2）频率范围宽、动态范围大、测量灵敏 度高。
25
EFPI
灵敏度的选择
（1）土木工程和超大型机械结构的振动 在1~100ms-2左右，可选300~30pC/ms-2 的加速度传感器。
（2）特殊的土木结构（如桩基）和机械 设备的振动在100~1000ms-2，可选择 20~2pC/ms-2 的加速度传感器。
（3）碰撞、冲击测量一般10k~1Mms-2， 可选则0.2~0.002pC/ms-2 的加速度传感 器。
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LPFG
FBG
EFPI
频率选择
选择加速度传感器的频率范围应高于被 测试件的振动频率。有倍频分析要求的 加速度传感器频率响应应更高。
土木工程一般是低频振动，加速度传感 器频率响应范围可选择0.2~1kHz
机械设备一般是中频段，可根据设备转 速、设备刚度等因素综合估算振动频率， 选择0.5~5kHz 的加速度传感器。
（2）系统参数设置 测量通道：2-1，并屏蔽其它不用测量通
道，避免干扰。
工程单位和灵敏度：将传感器灵敏度输 入相应的通道的灵敏度设置栏内。由于本试 验采用的是加速度传感器，因此参数表中工 程单位EU应设为m/s2 传感器灵敏度为KCH （PC/EU）表示每个工程单位输出多少PC的 电荷，本案是300PC/EU，即300PC/ m/s2。
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方程的通解为：
为计算方便引入阻尼比ζ（相对阻尼系数）： 对于土木工程中常见的小阻尼（ζ<<1，即α<ω），方程的解 为
式中：A为振幅，φ为相位， 由运动初始条件确定
ωd为有阻尼自由振动的圆频率。
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有阻尼振动的特点：
1）有阻尼振动周期Td大于无阻尼自由振周期T，即Td>T。
1、掌握动力参数的测量原理 2、掌握振动传感器、仪器及使用方法 3、通过振动衰减波形求出系统的固有 频率和阻尼比 4、掌握数据处理方法。
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二、试验原理
m x
kc
单自由度系统是最简单的振动模型。
如果给系统（质量m）一初始扰动，系统作 自由衰减振动，系统的运动微分方程式为：
c为阻尼系数，k为等效弹簧的弹性系数。 令
次数
1
2
3
4
5
波峰 时间
第i个 波形
幅值 波谷 时间
幅值
第i+n个波 形
波峰 波谷
时间 幅值 时间
幅值
间隔n 周期 / s 频率/ Hz 阻尼比ζ
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6
EFPI
祝各位同学 有所收获！
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结构受到损伤开裂后，结构的刚度发
生变化，而刚度的减弱使结构自振周期变
长，阻尼变大。因此结构动力特性试验可
用于结构的安全检测和结构损伤诊断，通
过结构自身固有特性的变化来识别结构物
的损伤程度，为结构的可靠度诊断和剩余
寿命的估计提供依据，最常见的是在桥检
中的应用。
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FBG灵敏度 频响 量程 内部 pC/ms‐2) (Hz) (m/s2) 结构
横向 比(%)
安装
外径× 高(mm)
重量 (g)
DH105 ～300
0.2‐ 5000
300
中心 压缩
≤5
M5 40×40 螺纹 ×48
340
DH107 O4F.3S7
0.5‐ 6000
1000
剪切 ≤5 LPFG
M5 螺纹FBG
2） 振幅按几何级数衰减。 振幅减缩率η则为
振幅对数减缩率为：
若用相隔n个 周期的两个振 幅之比来计算：
测量振动波形的时刻ti和经过 n 个准周期后ti+nTd时的振幅， 可通过上式计算阻尼比ξ，从而确定阻尼系数c：
近似为
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总结：确定体系阻尼比的方法
工程实际中阻尼比常在0.02～0.2之间，远小于1，因此
拾振器 冲击
放大器
动态 应变仪
计算机
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加速度传感器
作为加速度检测元件的加速度传感器有 多种形式，它们的工作原理大多是利用惯性 质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种 物理效应，进一步转化成电量，来间接度量 被测加速度。最常用的有应变片式和压电式 等。
比如用于汽车安全气囊的触发
量程范围：调整量程范围，使实验数据 达到较好的信噪比。调整原则：不要使仪器 过载，也不要使得信号过小。
滤波设置:10Hz，100Hz和1000Hz对比
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5、清零。
6、用手锤敲击简支梁，使其产生自由 衰减振动。
7、用计算机记录单自由度自由衰减振 动波形。
注：需要计算多个周期的平均值，作 为振动周期，以减小误差，提高精度。
验中结构产生共振时振幅出现极大值时激振器的频
率即是结构的自振频率。
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（2）自由振动法 在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加载
的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。 试验时将测振传感器布置在结构可能产生最大
振幅的部位，通过测量仪器的记录，可以得到结构 的有阻尼自由振动曲线，在曲线上量取振动波型的 周期，由此求得结构的自振频率。
结构动力特性 试验
宋世德
大连理工大学结构试验室 2010-11
内容
◆ 一、试验目的 ◆ 二、试验原理 ◆ 三、试验方法 ◆ 四、试验过程 ◆ 五、数据处理
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建筑结构动力特性是反映结构本身所 固有的动力性能。主要包括结构的自振频 率、阻尼系数和振型等动力特性参数。这 些特性反映结构本身所固有的动力性能， 是由结构形式、质量分布、结构刚度、材 料性质，构造连接等因素决定，与外荷载 无关。
建筑结构动力特性试验对结构动力特
性参数的量测是结构动力试验的基本内容，
在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、
抗风或抗御其它动荷载的性能和能力时，
都必须要进行结构动力特性试验，以了解
结构的自振特性。
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通过结构动力特性试验，可以获得结 构的自振频率，（1）在结构抗震设计中 用于评估地震对结构的影响；（2）可以 避免动荷载作用下产生的共振。
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二、试验方法
结构动力特性试验方法：
（1）人工激振法 （2）环境随机振动法
1、试验室中通常采用人工激振法测量结构自振频率
（1）强迫振动法（共振法）
一般采用惯性式机械离心激振器对结构施加周 期性的简谐振动，当干扰力的频率与结构的自振频 率相等时，结构产生共振。
利用激振器可以连续改变激振频率的特点，试
无阻尼条件时的系统固有频率：
由于阻尼的存在，使衰减振动的周期加大。通常阻
尼比ζ很小，阻尼对周期的影响不大。例如，当
ζ=0.05 时，T d = 1.00125T，周期Td 仅增加了
0.127%。因此当阻尼比ζ 《1时，可近似认为有阻尼
自由振动的周期与无阻尼自由振动的周期相等。
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因此，O压FS电式应用较为广泛。 LPFG
FBG
1 质量块 2 压电晶片 4 壳体
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（3）电容式加速度传感器
结构：采用差动式结构， 包括上下的两个固定电 极板1，中间由弹簧4支 4 撑的质量块2（块两侧平 整，作为可动电极板）。
1 C2
C1
工作原理：竖向振动由
3
于质量块的惯性作用，
2
使两固定极相对质量块
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（1）电阻应变式加速度传感器
由重块、悬臂梁、应变片和阻尼液体等构成。当 有加速度时，重块受力，悬臂梁弯曲，按梁上固 定的应变片之变形便可测出力的大小，在已知质 量的情况下即可计算出被测加速度。壳体内灌满 的粘性液体作为阻尼之用。这一系统的固有频率 可以做得很低。
悬臂梁
充以阻尼液体的壳体
产生位移，使电容C1、
C2的电容量反向变化，
其差值正比于被测加速
度。
优点：精度较高，频响 范围宽，量程大。
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MMA7260：三轴加速度传感器
量程：±5000g，800mV/g @1.5g
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振动传感器的选择
最为关心的技术指标为：灵敏度、频率范 围和量程。 传感器的横向比要小，以尽可能减小横向 扰动对测量频率的影响。