实验工程结构动力试验

2.磁电式拾振器的换能原理
E nBLv
n 线圈的匝数；
式中
B 磁钢与线圈间的磁场强度； L 每匝线圈的平均长度；
v 线圈的运动速度。
输出电动势与被测振动体的振动速度成正比
磁电式拾振器换能原理
1－弹簧；2－质量；3－线圈；4－磁钢；5－仪器外壳
3.压电式加速度传感器
F ma Cx q
（1）地震作用 （2）机械设备振动和冲击荷载 （3）高层建筑和高耸结构的风载 （4）车辆运动对桥梁的振动 （5）海浪对采油平台的冲击 （6）爆炸引起的振动 （7）周围环境的随机振动
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2 激振设备
振源：
（1）自然振源：地面脉动、气流所致振动，爆破、动力设备、 运输设备、起重设备等运行中产生的振动；
振源共同作用；2.只有一个振源，其频率与结构的固有频率相接近。 f.随机振动波,如地震。
4.2 结构自振特性的测定
❖ 结构自振特性包括（1）自振频率；（2）阻尼；（3）振型 结构自振特性的测定
（1）自由振动法：a.初速度法（突然加载法） b.初位移法（突然卸载法）
（2）共振法
（3）脉动法
共振时的振动图形和共振曲线
－构件固有频率；－荷载频率。
3.疲劳试验的控制次数
要求：构件经受控制次数后，抗裂性、刚度、强度必须满足现行规范要求。
中级制吊车梁：n=2×106次
重级制吊车梁： n=2×104次
疲劳试验步骤
疲劳试验步骤示意图
带裂缝疲劳试验步骤示意图
变更荷载上限的疲劳试验
（2）人工振源：有目的的激振。（本节内容）
介绍三种设备：
1. 电磁式激振器；2.机械偏心式激振器；3.结构疲劳试验机。
被
信号发生器
功率放大器
激振器
振
物
激振系统框图
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2.1 电磁式激振器
工作原理
当动圈内通入交变电流时，载流动 圈在固定磁场作用下产生交变力F:
F ImBL sin t
m 质量块； 式中 a 振动体加速度；
C 压电系数。 x
加速度传感器结构原理
1－仪器外壳；2－硬弹簧；3－质量块；4－压电晶体；5－输出线
3.3 测振放大器（放大、衰减，模拟运算）
1.电压放大器
（1）积分电路 （2）微分电路 ✓ 磁电式拾振器使用微分电路可获得加速度信号；使用积分电路可获位移信号。 ✓ 压电式拾振器使用积分电路得速度信号，再使用一次得位移信号。
2.电荷放大器（只适用于输出为电荷 的传感器）
U0是电荷放大器输出电压： 由于电荷放大器的输出电压与连接 它的电缆电容无关，故电缆的传输 距离可达百米，有利于远距离测试。
式中
U0
AUi
Aq Ci
A、Ci 定值。则U0 Kq，式中K为放大系数。
3.动态电阻应变仪：除了测动应变外，通过标定，可现场知位移、荷载、转角数值和 及变化过程。
科研性试验：1.各阶段截面的应力分布状况，中和轴变化规律； 2.抗裂性及开裂荷载； 3.裂缝宽度、长度、间距及其发展； 4.最大挠度及其变化规律； 5.疲劳强度的确定； 6.破坏特征分析
疲劳试验荷载
1.疲劳试验荷载取值
2.疲劳试验荷载速度
原则：不发生共振、与实际工作情况接近。
要求：
0.5或 1.3
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优点：激振力范围大（由几十牛到几兆牛）。 缺点：频率范围较小，一般在100Hz以内，因此，低频时激
振力不太大。另外，激振力和频率不能各自独立变化。处理 数据时为使激振力为常力，得进行处理。
一周内垂直惯性力数值变化图
偏心式激振器
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工作原理
一个偏心质量块随转轮转动时产生离心力：
B 磁场强度； 式中 L 动圈绕线有效长度；
Im 通过动圈的电流幅值。
电磁式激振结构图
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特点：体积小，使用方便，较经济，是要求激振力不大的小型结构或
模型理想的激振设备，工程中应用较多。
电磁式激振器各式安装示意图
1－试件；2－橡皮绳；3－连接杆；4－可升降装置；5－支架
2.2 偏心式激振器
➢ 3.结构动力系数测定
结构振动变位图
➢ 3.结构动力系数测定
动力系数定义：在动力荷载作用下，结构动挠度与静挠度之比。
yd yj
Kd
yd yj
式中：Yd、Y
－分别为吊车梁、桥梁等的跨中动挠度和静挠度。
j
－分别为吊车梁、桥梁等的跨中动挠度和静挠度。
实践表明： Yd f Y j
有轨时实测结构动力系数
测振传感器
测振放大器
测振记录仪
振源
测振仪器系统框图
测振传感器（拾振器）：把机械运动如位移、速度、加速度转换成电量输出。
5.3.1 测振仪器的性能指标
（1）灵敏度；（2）频率范围；（3）相位差；（4）动态线性范围； （5）抗干扰能力。
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3.2 惯性式测振传感器
1.惯性式测振传感器的力学原理
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工程结构动力试验
本章提要： 1.介绍动力试验的激振设备及其功能、原理和有关性能指标； 2.测振仪器系统的构成及其功能、原理和性能指标； 3.结构动力试验获取动参数的测试手段和方法。
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1 概述
动荷载－随时间而变化的荷载。（冲击、随机荷载（风、地震）） 结构所承受的动力荷载的方式：
大的动荷载可能导致结构严重破坏。
动荷载的测定
1.直接测定法 2.比较测定法
各种典型的震源
a.间歇型阻尼振动。有明显尖峰和衰减特点，说明是撞击振源引起； b.周期性简谐振动。转速恒定的机器运转引起； c.两个频率相差两倍的简谐振源引起的合成振动波形； d.三个不同频率的简谐振源引起的合成波； e.振幅周期性的由大变小，又由小变大。有两种可能：1.两个频率相近的简谐
式中
F m2
m 偏心质量块的质量；
偏心质量块旋转圆频率； 偏心质量块旋转半径。
当上下两个偏心质量块左右对称放置，然后作等速反向旋转时，两偏心块 的惯性力的合力在水平方向为零，竖直方向作简谐振动。
F合V 2F sin t 2m2 sin t
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2.3 结构疲劳试验机
结构疲劳试验机外观图
动力系数的测定方法： 有轨： 无轨：
无轨时实测结构动力系数
4.4 结构疲劳试验
疲劳：处于一种多次反复加载和卸载的受 力状态使结构物或构件的破坏应力下降。
疲劳试验目的：了解在多次反复性荷载作 用下的疲劳性能或状态以及变化规律，以 确定其疲劳极限（疲劳极限荷载、疲劳强 度）。
疲劳试验项目
鉴定性试验：1.抗裂性及开裂荷载； 2.裂缝宽度及其发展； 3.最大挠度及其变化幅度； 4.疲劳强度及其疲劳寿命。
3.4 测振记录仪
记录设备的种类
光线示波器 X—Y 函数记录仪 磁带记录仪 阴极射线示波器 瞬态波形记录仪 动态数据采集仪
1.光线示波器 2.动态数据采集仪
光线示波器的工作原理
动态测试系统三种配套仪器系统
4 动参数的测量方法
动力试验通常包括三方面内容： 1. 动荷载特性的测定； （大小、方向、频率、作用规律） 2. 结构自振特性的测定；（自振频率、阻尼、振型） 3. 结构在动荷载作用下的动力反应的测定。（振幅、
垂直自由落体突然加载法
水平撞击式突然加载法
重锤敲击法
张拉释放式突然卸载法
悬挂重物突然卸载法
对脆性材料施加力的突然卸载法
4.3 结构动力反应测定
➢ 1.结构特定部位动参数的测定： 振幅、频率、速度、加速度、动应变、动应力等； ➢ 2.结构振动变位图测定： 振动变位图：动荷载作用下的变形曲线； 振型：结构自由振动状态下的振动形状。
频率、速度、加速度、动应变、动应力）
4.1 动荷载特性的测定
动荷载的特点：
1.大小、方向、作用规律随时间变化而变化； 2.结构的动力反应除与动载有关，还与结构自身动力特性密切相关；
同样的动荷载作用，不同的结构自振特性其动力反应不同； 3.动荷载所产生的动力效应有时远大于相应的静力效应，甚至一个不
结构疲劳试验机脉动工作原理
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2.4 反冲小火箭
通过在其小型钢筒体内放入固体火药，采用直流电 源短路的方法点火，使筒体内产生高温（可高达 2200－33000C）气体，并以高压、高速喷出，对被测 结构产生一个反推力，Fra Baidu bibliotek结构激振。
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3 测振仪器
动力试验测振仪器系统由三部分组成：