结构动力特性试验
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
结构动力特性试验
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。
OFS
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
3结构动载试验
3.4.4 结构疲劳试验
一、疲劳试验的目的和内容
疲劳试验机由控制系统(脉动负荷的上下限、脉动频率和 疲劳次数的设定与控制)、液压脉动器(产生正弦脉动油 压)和液压脉动加载器(施加脉动负荷)三部分组成。目 前国内一般情况下只能做单向(拉或压)应力疲劳试验, 如附有蓄力器系统,还可以进行拉压交变应力的疲劳试验。
结构疲劳试验机
结构疲劳试验机脉动器原理
炸药量和离距爆心的距离:按要求模拟的地震烈 度,考虑实际场地条件的特点,由要求的地面质 点运动的最大速度,确定炸药量和爆心至试验结 构的距离。一般来说,要使人工爆炸接近于天然 地震波,要求炸药量大,试验对象离爆心距离远。
3、人激振加载
利用人在结构物上的有规律的活动,即人的身体 作与结构自振周期同步的前后运动,使其产生足 够大的惯性力,对结构激振加载。适合于自振频 率比较低的大型结构。例如:利用这种方法曾在 一座15层的钢筋混凝土建筑上取得了振动记录。
两个频率相差两倍的简谐 振源引起的合成振动图形
三个简谐振源引起的复杂 的合成振动波形
拍振:当两个频率接近的简谐 振源共同作用时,将会引起拍振
随机振动波形
2、频率分析:根据结构强迫振动的频率和作用力的 频率相同的原则来确定主振源。对于简谐振动可以 直接在振动记录图上量出振动频率,而对于复杂的 合成振动则需将振动信号进行频谱分析(FFT变 换),幅值最大的频率就是主振源的频率。
地 震 模 拟 振 动 台 组 成
三向地震模拟振动台
五、其他加载方法
1、反冲激振器加载(火箭激振) 它适用于现场结构试验,但小冲量的也可用于实验室。目
前使用的反冲激振器的反冲力为 0.1~0.8 kN 和1~8kN。
2、人工爆炸加载--人工地震
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。
建筑结构试验名词解释
建筑结构试验一、名词解释1、结构动力特性试验:指结构受动力荷载鼓励时,在结构自由振动或强迫振动情况下量测结构自身所固有的动力性能的试验。
一八 10 082、结构动力反响试验:指结构在动力荷载作用下,量测结构或特定部位动力性能参数和动态反响的试验。
3、结构劳累试验:指结构构件在等幅稳定、屡次重复荷载的作用下,为测试结构劳累性能而进行的动力试验。
二七八4、地震模拟振动台试验:指在地震模拟振动台上进行的结构抗震动力试验。
5、短期荷载试验:指结构试验时限与试验条件、试验时间或其它各种因素和基于及时解决问题的需要,经常对实际承受长期荷载作用的结构构件,在试验时将荷载从零开始到最后结构破坏或某个阶段进行卸载,整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内完成的结构试验。
一八6、长期荷载试验:指结构在长期荷载作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。
七7、现场试验:指在生产或施工现场进行的实际结构的试验。
8、相似模型试验:按照相似理论进行模型设计、制作与试验。
十9、缩尺模型:原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。
07 09原型相似:对象是实际结构〔实物〕或者是实际的结构构件模型相似:是仿照〔真实结构〕并按肯定比例关系复制而成的试验代表物,它具有实际结构的全部或局部特征,但大局部结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺结构。
结构抗震试验:是在地震或模拟地震荷载作用下研究结构构件抗震性能和抗震能力的特意试验。
拟动力试验:是利用计算机和电液伺服加载器联机系统进行结构抗震试验的一种试验方法。
地震模拟震动台试验:是指在地震模拟振动台上进行的结构抗震动力试验。
低周反复加载静力试验:是一种以操纵结构变形或操纵施加荷载,由小到大对结构构件进行屡次低周期反复作用的结构抗震尽力试验。
短期荷载试验:是指结构试验时限与试验条件、试验时间或其他各种因素和基于及时解决问题的需要,经常对实际承受长期何在作用的结构构件,在试验时将荷载从零开始到最后机构破坏或某个阶段进行卸载,整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内〔如几天、几小时、甚至几分钟〕完成的结构试验长期荷载试验:是指结构在长期何在作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。
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。
结构动力特性-文档资料
一般采用惯性式机械离心激振器对结构施加周期性 和简谐振动,使结构产生简谐强迫振动。
二、共振法
(二)资料整理
(1)结构的固有频率测定
由结构动力学可知,当干扰力的频率与结构本身固 有频率相等时,结构就出现共振。
二、共振法
(2)确定结构的阻尼系数和阻尼比
采用半功率法(0.707法)由共振曲线图求得结构 的阻尼系数和阻尼比。
具体作法如下:
1.以振幅为纵坐标,ω为横坐标作出共振曲线见图5-14。 2.曲线上峰值对应的频率即为结构的固有频率。 3.从共振曲线上在纵坐标最大值ymax的0.707倍处作一水平 线与共振曲线相交于A和B两点,其对应横坐标是ω1和ω2, 则半功率点带宽为
连续改变激振器的频率,同时记录下结构的振幅,就 可作出频率――振幅关系曲线或共振曲线。
二、共振法
共振曲线中峰值对应的 频率即为结构的固有频 率(或周期)。如图513,第一个峰值对应的 频率为第一阶固有频率 (基本频率),第二个 峰值对应的频率为第二 阶固有频率。
图5-13 共振时的振动图形和共振曲线
(一)原理
脉动是不规则的,但当脉动的卓越频率接近(或等于)结 构的固有频率时,结构会产生“拍振”或“共振”,此时, 脉动记录光点振幅大,波形光滑,而且这样的情形总是多 次重复的。
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。
结构动力特性测试方法及原理
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿)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:[][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎭⎬⎫⎩⎨⎧ 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;{})(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵;{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵;{})(t y为速度响应的n 维随机过程列阵;{})(t y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ξ,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,进而提出修复方案,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。
结构动力特性
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。
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。
二、共振法
图5-15 共振法测量建筑物的振型
三、脉动法
脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性,通过测量建 筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动,即“脉动” 来确定建筑物的动力特性。脉动信号极其微弱,一般只有 几微米到几百微米。
(一)原理
脉动是不规则的,但当脉动的卓越频率接近(或等于)结 构的固有频率时,结构会产生“拍振”或“共振”,此时, 脉动记录光点振幅大,波形光滑,而且这样的情形总是多 次重复的。
第
k个谐量的初相角(相位角)。
k arctan
ak bk
Yk sin(kt k )
――第k 次谐量
特点: k 次谐量固有频率是一次谐量固有频率的 k 倍。
(2)计算方法
从实测中得到振动记录曲线,利用傅立叶级数逼近原理, 把振动曲线按时间序列进行图数转换,得到一组数 据 f (t1 ) , f (t 2 ) … f (t m ) , 用近似积分求和的方法求出 a k 、bk 。
结构的动力特性试验课件
载荷形式和大小
环境因素
动载荷的形式和大小对结构的动力特性有 重要影响,特别是对于一些特殊载荷,如 冲击载荷和共振载荷。
温度、湿度、腐蚀等因素也会影响结构的 动力特性,因此在长期监测和维护过程中 需要特别关注。
CHAPTER 03
结构动力特性试验方法
试验前的准备
明确试验目的 在开始试验前,需要明确试验的 目的和要求,以便选择合适的试 验方法、确定试验参数和制定试 验计划。
准备试件 根据试验要求,准备合适的试件 ,确保试件的质量、尺寸和形状 符合要求,并对其进行必要的预 处理。
选择合适的试验装置 根据试验目的和要求,选择合适 的试验装置,包括激振器、测力 计、位移计等,并确保其精度和 可靠性。
搭建试验台 根据试验要求,搭建合适的试验 台,包括基础、支撑结构、固定 装置等,确保试验台稳定可靠。
模型简化与真实情况的偏 离
为了简化试验过程和提高效率 ,现有的试验方法通常会采用 简化的模型,这可能导致与真 实结构的动力特性存在偏差。
环境因素对试验结果的影 响
温度、湿度、风载等环境因素 可能对试验结果产生影响,但 现有方法难以完全消除这些影 响。
未来研究的方向与重点
发展先进的试验技术与方法
研究和发展更高效、准确和经济的结构动力特性试验方法,包括新型 的传感器技术、数据采集和处理技术等。
试验过程
安装试件
将试件安装在试验台 上,确保安装位置准 确、稳定可靠。
设置激振器
根据试验要求,设置 合适的激振器,包括 频率、振幅、波形等 参数,以产生所需的 激励力。
数据采集
在试验过程中,使用 各种传感器采集所需 的响应数据,如位移 、速度、加速度、应 力等。
调整激振参数
结构动力特性试验
第七章结构动力特性试验7.1概述建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。
它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数,也称动力特性参数或振动模态参数。
这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质,构造连接等因素决定,但与外荷载无关。
建筑结构动力特性试验量测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,了解结构的自振特性。
1.在结构抗震设计中,为了确定地震作用的大小,必须了解各类结构的自振周期。
同样,对于已建建筑的震后加固修复,也需了解结构的动力特性,建立结构的动力计算模型,才能进行地震反应分析。
2测量结构动力特性,了解结构的自振频率,可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。
在设计中可以便结构避开干扰源的影响,同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响,可以帮助寻找采取相应的措施进行防震,隔震或消震。
3.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。
由于结构受动力作用,特别是地震作用后,结构受损开裂使结构刚度发生变化,刚度的减弱使结构自振周期变长,阻尼变大。
由此,可以从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。
建筑结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。
但由于实际结构的组成,材料和连接等因素,经简化计算得出的理论数据往往会有一定误差。
对于结构阻尼系数一般只能通过试验来加以确定。
因此,建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分,而引起人们的关注和重视。
结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主,由于它可以在小振幅试验下求得,不会使结构出现过大的振动和损坏,因此经常可以在现场进行结构的实物试验,正如本章所介绍的试验实例。
当然随着对结构动力反应研究的需要,目前较多的结构动力试验,特别是研究地震,风震反应的抗震动力试验,也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。
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。
ames试验实验原理
ames试验实验原理AMES试验(Accelerating Monitoring of Excited Structures)是指一种用于研究结构动力学特性的试验方法。
AMES试验通常用于研究结构在加速度作用下的动力学特性,如结构的振动特性、强度特性以及破坏模式等。
AMES试验的原理是使用加速度传感器测量结构在加速度作用下的振动情况,并通过数据处理得出结构的动力学特性。
通常,AMES试验会使用多个加速度传感器分布在结构的不同位置,以便更准确地测量结构的振动情况。
AMES试验常用于航空、航天、汽车和建筑等领域,可以帮助研究人员更加准确地了解结构在加速度作用下的动力学特性。
同时,AMES试验还可以帮助研究人员评估结构在加速度作用下的安全性和可靠性。
在进行AMES试验时,通常需要考虑以下几个因素:结构的尺寸和形状:结构的尺寸和形状会影响结构的动力学特性。
因此,在进行AMES试验时需要考虑这些因素。
加速度的大小和方向:加速度的大小和方向会影响结构的动力学特性。
因此,在进行AMES试验时需要考虑这些因素。
加速度传感器的类型和数量:加速度传感器的类型和数量会影响AMES试验的准确性和精度。
一般来说,使用更多的加速度传感器可以提高AMES试验的准确性和精度。
在进行AMES试验时,通常还需要考虑以下几个步骤:准备试验设备:准备加速度传感器、数据采集系统和其他必要的试验设备。
安装加速度传感器:将加速度传感器安装在结构的合适位置,以便测量结构的振动情况。
进行试验:对结构施加加速度,并使用加速度传感器测量结构的振动情况。
数据处理:对试验得到的数据进行数据处理,得出结构的动力学特性。
通过AMES试验,可以研究结构在加速度作用下的动力学特性,如结构的振动特性、强度特性以及破坏模式等。
这些信息对于设计结构、评估结构的安全性和可靠性具有重要意义。
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第七章结构动力特性试验7.1概述建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。
它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数,也称动力特性参数或振动模态参数。
这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质,构造连接等因素决定,但与外荷载无关。
建筑结构动力特性试验量测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,了解结构的自振特性。
1.在结构抗震设计中,为了确定地震作用的大小,必须了解各类结构的自振周期。
同样,对于已建建筑的震后加固修复,也需了解结构的动力特性,建立结构的动力计算模型,才能进行地震反应分析。
2测量结构动力特性,了解结构的自振频率,可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。
在设计中可以便结构避开干扰源的影响,同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响,可以帮助寻找采取相应的措施进行防震,隔震或消震。
3.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。
由于结构受动力作用,特别是地震作用后,结构受损开裂使结构刚度发生变化,刚度的减弱使结构自振周期变长,阻尼变大。
由此,可以从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。
建筑结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。
但由于实际结构的组成,材料和连接等因素,经简化计算得出的理论数据往往会有一定误差。
对于结构阻尼系数一般只能通过试验来加以确定。
因此,建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分,而引起人们的关注和重视。
结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主,由于它可以在小振幅试验下求得,不会使结构出现过大的振动和损坏,因此经常可以在现场进行结构的实物试验,正如本章所介绍的试验实例。
当然随着对结构动力反应研究的需要,目前较多的结构动力试验,特别是研究地震,风震反应的抗震动力试验,也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。
结构动力特性试验的方法主要有人工激振法和环境随机振动法。
人工激报法又可分为自由振动法和强迫振动法。
人工激振法是一种早期使用的方法,试验得到的资料数据直观简单,容易处理;环境随机振动法是一种建立在计算机技术发展基础上采用数理统计处理数据的新方法,由于它是利用环境脉动的随机激振,不需要激振设备,对于现场测试特别有利。
以上任何一种方法都能测得结构的各种自振特性参数,由于计算机技术的发展和数据分析专用仪器的普及使用,为各种方法所测得的资料数据提供了快速有效的处理分析条件。
7.2人工激振法测量结构动力特性7.2.且结构自振频率测量一、自由振动法在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加荷载的方法,使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。
在现场试验中可用反冲激振器对结构产生冲击荷载;在工业厂房中可以通过锻锤、冲床等工作或利用行车的纵横向制动使厂房产生垂直或水平的自由振动;在桥梁上则可用载重汽车越过障碍物或突然制动产生冲击荷载。
在模型试验时可以采用锤击法激励模型产生自由振动。
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,但要避开某些杆件可能产生的局部振动。
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(图7河入在振动时程曲线上,可以根据记录纸带速度或时间座标,量取振动波形的周期,由此求得结构的自振频率f=1/T。
为精确起见,可多取几个波形,以求得其平均值。
图7-1有阻尼自由振动曲线图7-2上海某剧场悬带跳台的自振时程曲线图7-2所示为上海某剧场悬带眺台空载时采用初位移突卸荷载试验方法,记录得到的振动位移时程曲线,从曲线可以求得悬带跳台的空载自振频率为f=7.23HZ。
二、强迫振动法强迫振动法也称共振法。
~般都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,在模型试验时可采用电磁激振器激振,使结构和模型产生强迫振动。
由结构动力学可知,当干扰力的频率与结构自振频率相等时,结构产生共振。
利用激振器可以连续改变激振频率的特点,当结构产生共振时振福出现极大值,这时激振器的频率即是结构的自振频率。
对于多自由度体系结构具有连续分布的质量系统,因此,利用激振器连续改变激振频率,由共振曲线(图7-3)的振幅最大值(峰点)对应的濒率,即可相应得到结构的第一频率(基频)和其他高队频率。
试验时激振器的激振方向和安装位置由试验要求而定。
~般整体结构试验时,多数安装在结构顶层作水平方向激振。
对于梁板构件则大部分为垂直激振。
试验时总是将激振器的转速由低到高连续变换,称之为频率扫描。
由此测得各测点相应的共振曲线,在共振点前后进行稳定激振,以求得正确的共振频率数值。
图7-3结构受强迫振动时的共振曲线采用离心式激振器时,由于干扰力P与激振转速w方成正比,即在不同转速时有不同大小的干扰力P。
为了进行比较,必须将振幅A折算为单位扰力作用下的振幅值,即将振幅除以该时的干扰力,或者把振幅值换算为在相同干扰力作用下的振动幅值A/w方”。
由于阻尼的存在,结构实际的自振频率稍低于其峰点的频率,但因阻尼值很小,所以,实际使用时不作考虑。
7.2.2结构阻尼的测量在研究结构振动问题中,阻尼对振动效应会产生很大影响,它与结构形式、材料性质,连接和支座等各种因素有关。
在自由振动中,计算振幅(位移)时需考虑阻尼的影响;在强迫振动中,当动荷载的干扰频率接近结构的自振频率时,阻尼在振幅(位移)计算中起着更为重要的作用,因为阻尼的变化对振幅值的大小有着明显的影响。
在结构抗震研究中,阻尼的大小对结构体系的地震反应也有直接影响,一般希望结构的阻尼愈大愈好,因为,结构体系的阻尼大时,结构的弹性反应愈小,它能很快地耗散地震荷载产生的能量。
一.自由振动法确定阻尼单自由度自由振动运动方程:0=++kx x c xm ̇̇̇(7-1)022=++x x n xω̇̇̇(7-2)∴)sin(αω+′=−t Ae x nt )sin(αωξω+′=−t Ae x t (7-3)式中n为衰减系数n=c/2m ω'为有阻尼时的圆频率21ξωω−=′(7-4)ω为不考虑阻尼时的圆频率m k=ω(7-5)阻尼比ξ=n/ω(7-6)由图7-4所示的振动记录确定结构的阻尼系数在t n 时刻的振幅为X N =A·e -ξωtn ,经过一个周期T后,在t n+1时刻的振幅为X N+1=A·e -ξωtn+1则相邻周期振幅之比为:Tn n e X X ξω=+1(7-7)上式中周期T=2Π/ω’对上式两边取对数时ξωξωξωξωΠ≈′Π•===+22ln ln 1T e X X T n n (7-8)图7-4有阻尼自由振动波形图阻尼比1ln 21+=n nX X πξ(7-9)利用上式就可以由实测振动图形所得的振幅变化来确定阻尼比。
在上式中In——又称为对数衰减率。
令πξλ2ln 1===+n n X X nT (7-10)结构的阻尼系数ωξπξm Tm mn c 2222=•==(7-11)在整个衰减过程中,n数值不一定是常数,有可能发生变化即在不同的波段可以求得不同的n值。
所以在实际工作中经常取振动图中K个整周期进行计算(图7刁),以求得平均衰减系数。
k n nX X KT T n +==ln 1/00λ(7-12)式中K为计算所取的振动波数;X n ,X n+k 为K个整周期波的最初波和最终波的振幅值。
由于试验实测得到的有阻尼自由振动记录波形图一般没有零线,如图7-5所示。
所以在测量结构阻尼时可采用波形的峰到峰的幅值,这样比较方便而且又比较正确。
当对数衰减率为人时,则:图7-5无零线的有阻尼自由振动波形图kn n k n n X X K X X K ++==ln 2ln 12λ(7-13)或k n n X X K +=log 106052.4λ(7-14)阻尼比πλξ2=(7-15)式中X n 为第n 个波的峰峰值;X n+k 为第n +k 个波的峰峰值。
二、按强迫振动的共振曲线确定结构的阻尼单自由度体系有阻尼强迫振动运动方程:)(t p kx x c x m =++̇̇̇(7-16)t p t p θsin )(=(7-17)m t p x x x /sin 22θωξω=++̇̇̇(7-18))sin()sin(βθαωξω+++′=−t B t Ae x t (7-19)由于前项是自由振动很快消失,则稳态强迫振动的振幅值为:)sin(βθ+=t B x (7-20)2222224)1(/)(ωθξωθ+−=m t p B (7-21)222θωξωθβ−−=tg (7-22)由此可以得到动力系数(放大系数)为2222224)1(1)(ωθξωθθµ+−=(7-23)如以μ(θ)为纵坐标,以θ为横坐标,即可画出动力系数(共振曲线)的曲线,见图7-6所示。
图7-6动力系数曲线图由方程式(7-23)可知,如ξ=0,即无阻尼时,当θ=ω时则发生共振,振幅趋向于无穷大。
在有阻尼时,当θ=ω,则ξθµ21)(=,即共振曲线的峰值。
按照结构动力学原理,用半功率法(0.707法)可以由共振曲线确定结构阻尼比ξ。
在共振曲线图的纵坐标上取ξ2121•值,即0.707μ(θ)处作一水平线,使之与共振曲线相交于A ,B 两点,对应于A ,B 两点在横坐标上得ω1,ω2,即可求得衰减数和阻尼比:衰减系数2212ωωω∆=−=n (7-24)结构的阻尼比ωωωωωωξ∆=−==21212n (7-25)三、由动力系数户μ(θ)求阻尼比当θ=ω,结构共振这时动力系数ξµ21=(7-26)µξ21=(7-27)这里只要测得共振时的动力系数,即可求得阻尼比。
动力系数台芝陪结构在动力荷载作用下产生共振时的最大振幅与静力作用时产生的最大位移的比值。
7.2.3振型测量结构振动时,结构上各点的位移、速度和加速度都是时间和空间的函数。
在结构某一固有频率下,结构振动时各点的位移之间呈现出一定的比例关系,如果这时沿结构各点将其位移连接起来,即形成一定形式的曲线,这就是结构在对应某一固有频率下的一个不变的振动形式,称为对应该频率时的结构振型。
为此要测定结构振型时必须对结构施加一激振力,并使结构按某一阶固有频率振动,当测得结构这时各点位移值并连成变形曲线,即可得到对应于该频率下的结构振型。
对于单自由度体系,对应于一个基本频率只有一个主振型。
同样对于多自由度体系就可以有几个固有频率和相应的若干个振型。
对应于基本频率的振型即为主振型或第一振型,对应于相应高阶频率的振型称之为高阶振型,即第二、第三振型等。
随着试验对象和试验加载条件不同等因素,往往只能在结构的一点或几点上用激振器对结构激振加力,这与结构自身质量所产生的惯性力并按比例关系分布在结构各点的实际情况有所不同,但是在工程上一般均采用前述激振方法来测量结构的振型。