[發明專利]一種基于激光掃描的圓柱殼模態振型測試裝置及方法

無效

• 申請號: 201310509119.7
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103528667A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 韓清凱;孫偉;李暉;羅忠;翟敬宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于振動測試技術領域，具體涉及一種基于激光掃描的圓柱殼模態振型測試裝置及方法。

背景技術

圓柱殼是典型的工程結構件，廣泛應用于航空、航天以及其他通用機械裝備，例如航空發動機的機匣、航天器的各種艙體、造粒機里的轉鼓。獲得圓柱殼的模態振型對于該類結構件的動力學設計以及振動抑制都有重要的意義。

長期以來，對圓柱殼模態振型的測試主要采用通用的實驗模態分析理論提供的方法，即通過測試各響應點的頻響函數來辨識模態振型，其中采用力錘或電磁激振器激勵測試是最常用的方法。傳統的基于各響應點的頻響函數來獲得模態振型時，需要不斷的移動激勵點或響應拾取點的位置，導致測試效率低下。以測試包含200個測點的圓柱殼為例，如要完成模態振型測試，大約需要4～6個小時。另外，由于圓柱殼通常固有頻率間隔密集、模態之間耦合嚴重，因而這種傳統的測試模態振型的方法，測試精度不高。

激光測振是一種新興的振動測試技術，可以通過全場掃描式激光測振儀快速、準確地獲得近似平面結構的模態振型。但是對于圓柱殼結構，這種全場掃描式激光測振無法滿足測試要求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種基于激光掃描的圓柱殼模態振型測試裝置及方法。

本發明的技術方案：

一種基于激光掃描的圓柱殼模態振型測試裝置，包括：穩態激勵裝置、激光測振儀、測試反光鏡、電動機、穩壓電源、數據采集分析儀和上位機；

所述穩態激勵裝置用于激勵圓柱殼使其發生穩態振動；

所述激光測振儀用于發出激光光束并投射到測試反光鏡上，且通過測試反光鏡返回的激光光束獲得圓柱殼的振動響應；

所述測試反光鏡用于反射激光光束到圓柱殼內壁上；

所述電動機用于驅動測試反光鏡進行360度旋轉，實現激光束在圓柱殼內壁的圓周掃描。

所述穩壓電源用于為電動機供電；

所述數據采集分析儀用于實時采集和記錄圓柱殼的振動響應信號并傳送振動響應信號給上位機；

所述上位機用于對圓柱殼的振動響應信號進行分析及計算，最終繪制出圓柱殼的模態振型：

所述測試反光鏡的中心與圓柱殼內腔中心在同一軸線上；測試反光鏡連接電動機的輸出端；電動機的輸入端連接穩壓電源；

所述激光測振儀連接數據采集分析儀，數據采集分析儀連接上位機。

采用所述的基于激光掃描的圓柱殼模態振型測試裝置測試圓柱殼模態振型的方法，包括如下步驟：

步驟1：在上位機上對圓柱殼進行有限元分析后獲得該圓柱殼的各階固有頻率，并根據該圓柱殼的各階固有頻率確定掃頻激勵的掃頻頻率范圍；

步驟2：啟動激光測振儀，激光光束通過測試反光鏡投射到圓柱殼內壁任一點上；同時啟動穩態激勵裝置對圓柱殼進行粗掃，得到圓柱殼的各階固有頻率粗掃值和圓柱殼的各階模態阻尼比；

步驟2-1：設定粗掃掃頻速度，并在掃頻頻率范圍內激勵圓柱殼穩態振動；

步驟2-2：激光測振儀實時采集圓柱殼的振動響應信號并發送給數據采集分析儀；

步驟2-3：數據采集分析儀實時采集并記錄圓柱殼各測點的振動響應信號并傳送給上位機；

步驟2-4：根據圓柱殼各測點的振動響應信號，上位機獲得圓柱殼的各階固有頻率粗掃值和圓柱殼的各階模態阻尼比；

步驟3：根據圓柱殼的各階固有頻率粗掃值，上位機劃分新的掃頻頻率范圍，對圓柱殼進行精掃；

步驟3-1：在穩態激勵裝置中設定精掃掃頻速度，且該精掃掃頻速度小于最大掃頻速度，并在所述的各個新的掃頻頻率范圍內激勵圓柱殼穩態振動；

精掃掃頻速度S為：

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