“结构动力特性测量实验”辅导资料
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
6.3 结构动力特性试验
6.3.1 概述
结构动力特性试验的方法
人工振动法 自由振动 强迫振动 2. 环境随机振动法
6.5 结构疲劳试验
6.5.2 疲劳试验的加载程序 一种是为了求得疲劳极限而对构件从头到尾施加重复荷载；另 一种是静荷载与疲劳荷载交替施加。 疲劳试验过程中要进行三种形式的试验 （1）静载试验：静载试验先做2~3次加载、卸载循环的静载试 验，加载值为最大荷载的20% ，分4级加载。
（2）疲劳试验：
6.2 结构动力荷载特性试验
6.2.2 主振源特性的试验测定
1.
直接测定法 间接测定法
比较测定法
通过测定动荷载本身的参数以确定其特性。
2.
把动力荷载安装在专用的，有足够变形的弹性结构上，上下是刚性支座
3.
比较振源的承载结构在已知动力荷载作用下的振动情况，得出荷载的特 性数据
6.3 结构动力特性试验
确定开裂荷载； 裂缝的宽度、间距、分布形态及其随荷载重复次数的变化； 最大挠度及其变化； 测定破坏荷载、疲劳寿命及破坏特征。
研究性疲劳试验一般包括以下内容：
6.5 结构疲劳试验
疲劳试验的加载设计 1. 疲劳试验荷载 （一）疲劳试验荷载取值：
6.5.2
疲劳试验的上限荷载Qmax是根据构件在标准荷载最大最 不利组合下产生的弯矩计算而得
位移（振幅）、速度、加速度、动应力。动力系数等
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。
结构动力特性测试(精)
同济大学建筑工程系
结构损伤识别
基于固有频率变化的损伤识别方法
优 点
测试时，固有频率容易获得且测试的精度比较高。
缺点
其一 固有频率对结构早期损伤有时并不十分敏感，往往只能 发现破损，而无法确定破损的位置。
其二 当损伤位置在结构的低应力区域时，利用固有频率的变化 将无法进行损伤识别
同济大学建筑工程系
同济大学建筑工程系
工程实例
测试结果
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工程实例
测试结果
同济大学建筑工程系
工程实例
频率实测值与理论值的比较
结论：理论计算频率基本小于实测频率，即 说明现在结构的实际刚度满足设计要求，刚 度退化效应比较微弱。
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工程实例
振型实测值与理论值的比较
结论：相对固有频率而言，结构实测振型 与计算结果的差别比较大，且高阶振型大 于低阶振型，这也是由于结构振型识别误 差及测试过程中一些不可避免的因素所引 起的。
基于固有频率变化
基于振型变化
基于柔度变化
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结构损伤识别
基于固有频率变化的损伤识别方法
第一步 根据理论模型， 先假设结构可能 有一组损伤位置 的方案，并计算 每个理论方案所 对应的任意二个 频率改变量之比 第二步 计算实验测量的 任意二个频率改 变量之比 第三步 将上述理论比值 与实验比值进行 比较，找出与实 测最为接近的理 论值，则该值对 应的损伤方案即 为实际结构的损 伤状态，于是获 得了结构的损伤 位置
同济大学建筑工程系
工程实例
工程概况
某办公楼建于1997年，建筑面积10 700m2，结构形式为 地下2层和地上13层的钢筋混凝土框架一剪力墙结构，采 用钢筋混凝土桩基础。
(优选)结构动力特性测定次课.
以 A 2为纵座标，ω为横座
标作出共振曲线，如图在纵
座标最大值Ymax的0.707倍处
作一水平线与共振曲线相交 于A和B两点，其对应横座标
是ω1与ω2。
则阻尼比为：
2 1 2 0
19
以其推导过程如下
动力放大系数
D＝ P0 K
=
[(1 2 )2 (2 )2 ]1/ 2
0
D=
1 0
2、共振法 利用专门的激振器，对结构施加简谐动荷 载，使结构产生恒定的强迫简谐振动，借 助共振现象来观察结构的自振性质。
12
将激振器牢固地安装在建筑结构上，不使 其跳动，否则将影响试验结果。激振器的 激振方向和安装位置要根据所试验结构的 情况和试验目的而定。
13
一般说来，整体建筑物动荷载试验多为水 平方向激振，楼板和梁的动荷载试验多为 垂直方向激振。激振器的安装位置应选在 所要测量的各个振型曲线都不是节点的地 方。因此，试验前最好先对结构进行初步 的动力分析，做到对所测量的振型曲线的 大致形式心中有数。
结构物的固有频率及相应的振型虽然可由结 构动力学原理计算得到。但由于实际结构物的组 成和材料性质等因素，经过简化计算得出的理论 数据误差比较大。
阻尼系数则只能通过试验来确定。因此，采 用试验手段研究各种结构物的动力特性具有重要 的实际意义。
3
§2.5 结构动力特性测定
1、自由振动法 设法使结构产生自由振动，通过记录仪器 记下有衰减的自由振动曲线，由此求出基 本频率和阻尼系数。
16
测共振频率时，一般总是把激振器的转速由低到高， 进行几次连续变换的所谓“频率扫描’’试验，同 时记录下振动曲线图。在图上先找到使建筑物发生 共振的频率值。然后，再在共振频率附近进行稳定 的激振试验，仔细地测定结构的固有频率和振型。
结构动力特性实验PPT(完整版)
平面两层刚架结构动力特性实验
Ø 实验步骤
一．总体操作步骤
① 依此打开低频扫频信号发生器、电荷放大器、打印机、计算 机的电源。
② 点击计算机桌面上的刚架动力特性实验图标进入该实验系统。
③ 点击登记,进行学生情况登记 ,登记完成后, 点击存盘退出 。 。
平面两层刚架结构动力特性实验
Ø 实验步骤
二．频率测试及振型观测
⑥ 在仿真状④态下对观看本两层实刚验架对有应的何振要型规求律，、并建将结议果打、印看。 法在报告中指出。
① 根据幅频曲线记录两阶固有频率 。 双自由度系统存在两个频率、振型和阻尼比——结构体系的固有动力特性。
③ 使用插值方法得出对应 倍振幅极大值处对应的频率值。
④ 使用公式计算出各阶振型的阻尼比 。
平面两层刚架结构动力特性实验
Ø 实验步骤
四．与理论进行对比
① 点击菜单中的理论模拟，随即弹出一个窗口。 ② 在弹出窗口中点击菜单中的2个自由度 ，出现一个下拉菜单。 ③ 根据测量的振型图选取下拉菜单中对应的振型 。
§ 当激振力频率与结构某阶固有频率相等时，结构将产生共振，此时振动 幅值达到极大值；找出幅频曲线中的某个振幅极大值对应的频率，即为结 构的某阶固有频率；此时的结构振动形式归一化后即为此阶结构振型。
§ 阻尼比确定的半功率法——由固有频率附近的频率值用公式来确
定系统的阻尼比。
i
1
2i
(2
1)
平面两层刚架结构动力特性实验
① 点击采样进入计算机监视状态,在此界面点击示波进入示波状态 。 ② 使用信号发生器的手动及微调旋扭调整信号发生器的输出频率，
同时观察显示器上各测点波形的幅值及频率变化现象，并用手 轻轻触摸结构进行体验。 ③ 由测量数据可以绘制出幅频曲线(计算机自动绘制) 。 ④ 根据幅频曲线确定两阶固有频率 。
结构动力分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解结构动力分析的基本原理和方法。
2. 学习使用结构动力分析软件进行结构动力特性分析。
3. 通过实验，验证理论分析的正确性，并加深对结构动力响应的理解。
4. 掌握实验数据的处理和分析方法。
二、实验原理结构动力分析是研究结构在动荷载作用下的动态响应和动力特性的一种方法。
主要内容包括自振频率、阻尼比、动力放大系数等。
实验中，通过施加周期性动荷载，观察结构的振动响应，从而获得结构动力特性参数。
三、实验设备1. 结构动力分析实验台2. 动荷载发生器3. 数据采集器4. 结构动力分析软件（如ANSYS、ABAQUS等）5. 计算机及绘图软件四、实验步骤1. 实验准备- 熟悉实验台的结构和功能。
- 熟悉动荷载发生器、数据采集器和结构动力分析软件的操作方法。
2. 实验操作- 安装实验台，确保结构稳定。
- 设置动荷载发生器的参数，如频率、幅值等。
- 启动数据采集器，记录实验数据。
- 施加动荷载，观察结构的振动响应。
3. 数据处理- 将实验数据导入结构动力分析软件。
- 对数据进行处理，如滤波、平滑等。
- 分析结构动力特性参数，如自振频率、阻尼比、动力放大系数等。
4. 结果分析- 将实验结果与理论分析进行比较。
- 分析实验误差，探讨原因。
五、实验结果与分析1. 自振频率- 实验测得的自振频率与理论计算值基本吻合。
- 分析结果表明，实验台的结构设计合理，满足动力特性要求。
2. 阻尼比- 实验测得的阻尼比略大于理论计算值。
- 分析原因可能为实验设备、环境等因素的影响。
3. 动力放大系数- 实验测得的动力放大系数与理论计算值基本一致。
- 分析结果表明，实验台在动荷载作用下的振动响应稳定。
六、结论1. 通过本次实验，掌握了结构动力分析的基本原理和方法。
2. 熟悉了结构动力分析软件的使用，验证了理论分析的正确性。
3. 加深了对结构动力响应的理解，为今后的结构设计和分析奠定了基础。
七、实验总结本次实验取得了良好的效果，达到了预期目标。
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。
建筑结构试验第七章结构动力特性试验ppt正式完整版
7.1 概述
量，结构有利。 ❖ 1、自由振动法确定阻尼； ❖ 2、按强迫振动共振曲线确定结构的阻尼； ❖ 3、由动力系数求组你比。
7.2 人工激振法测量结构动力特性
❖ 7.2.3 振型测量 ❖ 结构各个点的位移、速度、加速度是时间和
空间的函数。
❖ 单自由度对应频率有一个，只有一个振型； ❖ 多自由度对应固有频率和若干个振型； ❖ 多自由度振型：称为第一振型、第二振型、、、、
❖ 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。
7.1 概述
❖ 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。
利用激振器可以连续改变激振频率的特点，当 结构产生共振时振幅出现极大值，这时激振器的频 率是结构的自振频率。
7.2 人工激振法测量结构动力特性
❖ 7.2.2 结构阻尼的测量 ❖ 阻尼对振动效应影响较大，与结构形式、材料性质、
连接、支座有关。计算振幅考虑阻尼影响。 ❖ 结构体系阻尼大，结构的弹性小，消耗地震荷载能
的周期，由此求得结构的自振频率f＝1／T。
动力试验6讲义
联机试验 计算机加载流程框图
三、模拟地震振动台试验
加载设备：振动台； 控制方式：模拟控制与数字控制； 加载程序：一次加载和多次加载； 优点：很好地反应应变速率对结构材料 强度的影响。 缺点：设备昂贵，不能做大比模型试验， 不便于试验全过程观测。
试验四 结构疲劳试验
一、试验目的
目的：确定结构的疲劳极限。 研究疲劳试验的内容：
四、疲劳试验的安全装置
1、严格要求对中。荷载架上的分配梁、脉冲 千斤顶、试验构件、支座以及中间垫板都要对中， 特别是千斤顶轴心一定要同构件截面纵轴在一条 直线上。
2、保持平稳。疲劳试验的支座应是可调的， 并使之保持水平；千斤顶与试件之间、支座与支 墩之间、构件与支座之间都要严格找平，用砂浆 作找平层时不宜过厚。
试验二 结构动力反应的测定
一、动应变测定
动 应 变 测 量 示 波 图
应变频率： ；瞬时应变： f
L0 L
f0
t
( 0
/
H1
Hale Waihona Puke 2H3)ht1
二、动位移测定
双 外 伸 梁 的 振 动 变 位 图
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
动力特性试验
5-3-1 振动荷载法
一、激励方法
振动荷载(共振法):借助按一定规律振动的荷载，迫使结构产生一个恒定的强迫 简谐运动，通过对结构受迫振动的测定，求得结构的动力特性的基本参数。
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、资料整理
1.结构固有频率的测定
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。
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。
§5-3 结构动力特性的试验测定
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5-9，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。
式中：周期 T 2。
对上式两边取对数：
ln
xn xn1
ηω式T (5-16)
η 1 ln xn 式(5-17)
2π xn1
利用式(5-17)就可以由实测振动图形所得到的振幅变化来确定阻尼比 η 。 式(5-17)中
又称l为n x对n 数衰减率 ：
xn1
λ ηT ln xn xn1
3 结构动力特性的试验测定
2.统计法
由于弹性体受随机因素影响而产生的振动必 定是自由振动和强迫振动的叠加，具有随机 性的强迫振动在任意选择的多数时刻的平均 值为零，因而利用统计法可得到建筑物自由 振动的衰减曲线。
具体作法：
在脉动记录曲线上任意取y1，y2，…yn，当 yi为正值时记为正，且以后的曲线不变号； 当yi为负值时变为正，且yi以后的曲线全部 变号。在y轴上排齐起点，绘出yi曲线后， 用这些曲线的平均值画出另外一条曲线（见 图5-14（b）），这条曲线便是建筑物自由 振动的衰减曲线，利用它便可求得基本频率 和阻尼。
“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。
[注册结构专业基础]结构动力特性试验讲义_secret
![[注册结构专业基础]结构动力特性试验讲义_secret](https://img.taocdn.com/s3/m/6123b7c8650e52ea5418983c.png)
第五节结构动力试验一、结构动力特性试验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。
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。
人工激振法又可分为自由振动法和强迫振动法。
（一）人工激振法测量结构动力特性1．结构自振频率测量(1)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有阻尼的自由振动。
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18—5—1)。
根据记录纸带速度或时间坐标，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。
(2)强迫振动法强迫振动法也称共振法。
采用偏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。
，利用激振器可以连续改变激振频率的特点，当干扰力的频率与结构自振频率相等时，结构产生共振，振幅出现极大值，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，当激振器连续改变激振频率，由共振曲线(图18—5—2)的振幅最大值(峰点)对应的频率，即可相应得到结构的第一频率(基频)和其他高阶频率。
2．结构阻尼的测量(1)自由振动法利用自由振动法实测的振动曲线图形(图18—5—3)所得的振幅变化确定阻尼比。
在上式中1lnnnxx又称为对数衰减率。
令上式中n为衰减系数。
所以，结构的阻尼系数在整个衰减过程中，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18—5—1)，以求得平均衰减系数。
式中K——计算所取的振动波数；x n，x n+K—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18—5—4所示。
所以在测量结构阻尼时可采用波形的峰到峰的幅值，则对数衰减率λ为，阻尼比式中x n—第n个波的峰峰值；x n+K—为第n十K个波的峰峰值。
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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 DH105 ，也叫拾振器，主要是用来将振动信号转换成电荷信
3、压电式加速度传感器 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，经后级电荷放大器后得到与加速度成正比的电压值。 优点： （1）体积小，重量轻，对被测体的影响小。 （2）频率范围宽、动态范围大、测量灵敏度高。 因此，压电式应用较为广泛。
3 引出线
1 质量块
m
2 压电晶片
第 i+n 个波 形
波峰 波谷
时间 幅值 时间 幅值
1.7505 341.18 1.7635 -316.74
3.1405 370.39 3.155 -350.98
1.762 334.59 1.7745 -360.56
9.5445 297.06 9.559 -279.24
2.781
1.7505
293.01 341.18
感器使用频率低。
（四）实验步骤 1、下面我们进行连线。首先将振动传感器与电荷适配器相连，之后将已连 接好的设备与动态采集系统相连，最后将动态采集系统与记录数据的电脑相连。 2、开启计算机，打开动态应变仪的电源，预热 10min 。当采集系统中的红 灯熄灭，表示系统自检完毕。 3、启动 DHDAS-5920 动态信号采集分析软件，熟悉界面。 4、设置测量参数：
0.2 ～1kHz ；
（3）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；
5、使用的注意事项
安装面要平整、光洁。
安装方式： 不同安装方式对测试频率的响应影响很大： 某一振动传感器， 螺
钉刚性连接使用频率为 10kHz ；胶粘安装 6kHz ；磁力吸座 2kHz ；双面胶 1kHz 。
加速度传感器的质量、 灵敏度与使用频率成反比， 即灵敏度高， 质量大的传
2.7945 1.7635
-303.95 -316.74
间隔 n
7
8
7
7
8
7
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周期 / s 频率 / Hz 阻尼比ζ
0.027
0.02688 0.0268
0.0266 0.02662
0.027
（五）数据处理
1、简支梁的基本数据如上表所示
2、为了提高准确度，选择波形较好的几个周期进行分析；
1.5615 500.73 1.5751 -512.45
2.9255 518.79 2.938 -492.83
1.5745 490.20 1.588 -474.27
9.358 424.32 9.3715 -383.27
2.568
1.5615
436.28 500.73
2.5818 1.5751
-436.95 -512.45
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) 61
截面宽度 (mm) 185
长度 (mm) 2035
跨度 弹性模量 (mm) (GPa)
1850
10
重量 (kg) 12.7
自振频率理论值 (Hz) 34.
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： fd f 1 2
这里 为阻尼比， fd 和 f 分别为有阻尼和无阻尼振动频率。
由于工程实际中阻尼比常在 0.02 ～0.2 之间，远小于 1，则有 fd f 1 2 f
即，有阻尼的振动频率可以近似等于无阻尼的振动频率， 相应地， 有阻尼的
(21.7075,1.0986)
(21.7605,0.9562)
1
(21.8115,0.8138)
(21.867,0.7324)
2m/s /
0
值
幅
-1
21.6
21.8
22.0
22.2
22.4
22.6
时间 / s
本次试验中采集的数据如下表所示：
次数
1
2
3
4
5
6
波峰
第i个 波形
波谷
时间 幅值 时间 幅值
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 DH5922 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。
振动周期可以近似等于无阻尼的振动周期：
11
Td
T
fd f
此处， Td 和 T 分别为有阻尼和无阻尼振动周期。
因此，阻尼比可以近似等于
1 ln
A(t i )
2 n A( ti nTd )
其中
A(t i ) 代表第 i 个周期的振幅， A(ti nTd ) 代表 i+n 个周期的振幅。
2、结构动力特性测量的主要方法
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（1）分析参数设置
采样频率： 1k～ 2kHz ；
采用连续采样方式，即一直不断的采集和记录数据。
其余不用设置。
（2）系统参数设置
选定测量通道： 2-1 ，并屏蔽未用通道，避免干扰。
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/s 2，传感器灵敏度
试验中得出的第 i 个周期和第 i+n 个周期的数据如上表所示；
3、将读取的数据填入到实验报告的表格中，根据实验数据按下列公式计算
出简支梁的一阶固有频率和阻尼比，完成本次试验的计算内容。
1 f
Td
1 ln
A(ti )
2 n A(ti nTd )
单位为 PC/EU ，表示每个工程单位输出多少电荷， DH105 振动传感器给定的参 数的为 300PC/EU ，即 300PC/m/s 2。
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。
5、现在设备已经预热完毕。 我来把整个过程演示一下， 请同学们注意观察。
结构动力特性试验的方法主要有： （1）人工激振法（ 2） 环境随机振动法
试验室中通常采用人工激振法测量结构自振频率， 包括强迫振动 （也就是振
动）和自由振动法。
自由振动法就是在试验中采用初位移或初速度的突卸载或突加载的方法， 使
结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。 本次实验采用手锤敲击的方法对简支梁
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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 ：2013 年 6 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。
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进行激振，从而产生振动； 试验时将振动传感器布置在简支梁的跨中，通过振动传感器和动态测试仪
器，对振动信号进行记录， 可以得到结构的有阻尼自由振动曲线， 在曲线上量取 振动波型中相邻周期波峰所对应的时刻和振幅， 通过时刻差可以直接求出振动周 期，从而得到结构的自振频率；而通过相邻周期波峰的振幅，通过上述公式，可 以直接计算出简支梁的阻尼比。
4 壳体
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4、振动传感器的选择依据（拾振器的选择依据）
最为关心的技术指标为：灵敏度、频率范围和量程。
（1）灵敏度：土木工程和超大型机械结构的振动在 选 300 ～30pC/ms -2 的加速度传感器；
1～100ms -2 左右，可
（2）频率：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
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
在进行测量之前，首先要对动态应变仪清零。
6、启动数据采集，用手锤敲击简支梁，使其产生自由衰减振动。
7、现在屏幕上显示的是拾振器测量的单自由度自由衰减振动波形，记录
6
次冲击后停止采集。
8、根据采集的波形可进行数据读取，如下图所示。
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21.6(25715.658,1.5462)
2-2
21.494