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GB/T 11349.1-2018

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GB/T 11349.1-2018 英文版 584 购买 有增值税发票,[PDF]天数 <=3 机械振动与冲击 机械导纳的试验确定 第1部分:基本术语与定义、传感器特性 有效

   
基本信息
标准编号 GB/T 11349.1-2018 (GB/T11349.1-2018)
中文名称 机械振动与冲击 机械导纳的试验确定 第1部分:基本术语与定义、传感器特性
英文名称 Mechanical vibration and shock -- Experimental determination of mechanical mobility -- Part 1: Basic terms and definitions, and transducer specifications
行业 国家标准 (推荐)
中标分类 J04
国际标准分类 17.160
字数估计 31,354
发布日期 2018-05-14
实施日期 2018-12-01
旧标准 (被替代) GB/T 11349.1-2006
起草单位 中国计量科学研究院、上海东昊测试技术有限公司、中机试验装备股份有限公司、郑州机械研究所有限公司
归口单位 全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会(SAC/TC 53)
标准依据 国家标准公告2018年第6号
提出机构 全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会(SAC/TC 53)
发布机构 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会

GB/T 11349.1-2018
Mechanical vibration and shock--Experimental determination of mechanical mobility--Part 1: Basic terms and definitions, and transducer specifications
ICS 17.160
J04
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 11349.1-2006
机械振动与冲击 机械导纳的试验确定
第1部分:基本术语与定义、传感器特性
(ISO 7626-1:2011,IDT)
2018-05-14发布
2018-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和符号 1
3.1 术语和定义 1
3.2 符号与单位 6
4 基本原理和一般关系 7
5 力和运动测量传感器的基本要求 8
5.1 概述 8
5.2 运动测量传感器的要求 8
5.3 力测量传感器的要求 8
5.4 阻抗头和被试结构连接件的要求 8
6 校准 9
6.1 概述 9
6.2 系统校准 9
6.3 传感器的基本校准和补充校准 9
7 压电传感器的基本校准 10
7.1 概述 10
7.2 灵敏度 10
7.3 频率响应 12
7.4 加速度计的横向灵敏度 12
7.5 质量 13
7.6 尺寸规格 13
7.7 电阻抗 13
7.8 极性 13
8 补充校准 13
8.1 概述 13
8.2 线性度 14
8.3 力传感器和阻抗头的有效端部质量 14
8.4 阻抗头的柔度 14
8.5 由于环境和副效应的影响需要做的补充校准 15
9 数据的图示 16
9.1 概述 16
9.2 对数图 16
9.3 其他绘图法 16
附录A(资料性附录) 机械阻抗、导纳和模态分析之间的关系 20
附录B(资料性附录) 作为频率响应函数的导纳 22
附录C(资料性附录) 阻抗头连接柔度和阻尼的确定 24
参考文献 26
前言
GB/T 11349《机械振动与冲击 机械导纳的试验确定》分为以下三个部分:
---第1部分:基本术语与定义、传感器特性;
---第2部分:用激振器作单点平动激励测量;
---第3部分:冲击激励法。
本部分是GB/T 11349的第1部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 11349.1-2006《振动与冲击 机械导纳的试验确定 第1部分:基本定义与传
感器》。与GB/T 11349.1-2006相比,除编辑性修改外主要技术差异如下:
---修改了标准名称;
---将“符号与单位”和“术语和定义”合并为第3章“术语、定义和符号”;删除了“其他与导纳有关
的频率响应函数”一条术语,保留了表1(见第3章,2009年版的第3章和第4章);
---将GB/T 11349.1-2006引言中的部分内容作为正文写入“基本原理和一般关系”条款中(见
第4章,2009年版的引言);
---将原补充校准项目中的尺寸、质量、极性、频率响应以及加速度计的横向灵敏度调整到基本校
准项目中,补充校准项目中增加了传感器带宽的参考阈值,并对章、条顺序做了相应调整(见
6.3,2009年版的6.2)。
---将推荐重复进行基本校准和检验的时间间隔由1年改为2年(见7.1,2009年版的7.1)。
本部分使用翻译法等同采用ISO 7626-1:2011《机械振动与冲击 机械导纳的试验确定 第1部
分:基本术语与定义、传感器特性》(英文版第二版)。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 3769-2010 电声学 绘制频率特性图和极坐标图的标度和尺寸(IEC 60263:1982,
IDT);
---GB/T 13823(所有部分) 振动与冲击传感器的校准方法[ISO 5347(所有部分)];
---GB/T 20485(所有部分) 振动与冲击传感器校准方法 [ISO 16063(所有部分)]。
本部分做了如下编辑性修改:
---增补了符号“δf”和“δL”,以完善公式(4)和公式(5)的等式(见7.3.2和8.2.3)。
本部分由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会(SAC/TC53)提出并归口。
本部分起草单位:中国计量科学研究院、上海东昊测试技术有限公司、中机试验装备股份有限公司、
郑州机械研究所有限公司。
本部分主要起草人:于梅、胡红波、陈立、王学智、韩国明。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 11349.1-1989、GB/T 11349.1-2006。
机械振动与冲击 机械导纳的试验确定
第1部分:基本术语与定义、传感器特性
1 范围
GB/T 11349的本部分定义了基本术语,并规定了测量机械导纳所使用的阻抗头、力传感器和运动
响应传感器的适配性所需进行的校准测试、环境试验和物理测量方法。本部分主要为选择、校准和评定
适用于机械导纳测量的传感器和测量仪器提供指导。GB/T 11349的后续部分对各种环境条件下的导
纳测量方法做出了规定。
本部分仅给出了测量各种类型驱动点导纳和传递导纳、加速度导纳和位移导纳的基本信息,不涉及
约束阻抗的测量。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2298-2010 机械振动、冲击与状态监测 词汇(ISO 2041:2009,IDT)
ISO 5347(所有部分) 振动与冲击传感器的校准方法(Methodsforthecalibrationofvibration
andshockpick-ups)
ISO 16063(所有部分) 振动与冲击传感器校准方法(Methodsforthecalibrationofvibrationand
shocktransducers)
IEC 60263 绘制频率特性图和极坐标图的标度和尺寸(Scalesandsizesforplottingfrequency
characteristicsandpolardiagrams)
3 术语、定义和符号
3.1 术语和定义
GB/T 2298界定的以及下列术语和定义适用于本文件
注:本部分中涉及机械导纳的术语,其定义下面给出的注释比GB/T 2298更为详细。
3.1.1
频率响应函数 frequency-responsefunction
与频率相关的线性系统运动响应的傅里叶变换与激励力的傅里叶变换之比。
注1:激励可以是时间的简谐、随机或瞬态函数。如果测试结构在某一激励或响应范围内可以被视为一个线性系
统,频率响应函数就不再依赖于激发函数的类型。在这种情况下,用一种激励获得的试验结果可用于预测系
统对其他任何类型的激励的响应。随机和瞬态激励的相量及其等价量在附录B中讨论。
注2:实际上系统的线性是有条件的,只能近似满足。系统的线性取决于系统的类型和输入的大小。要注意避免非
线性的影响,尤其是使用脉冲激励时。不宜对已知的非线性结构(如某些铆接结构)使用脉冲激励试验,并且
对这类结构使用随机激励试验时也需要格外细心。
注3:运动可用速度、加速度和位移表示;对应的频率响应函数分别称为导纳(有时称为机械导纳)、加速度导纳(有
时也被误称为“惯量”。由于它与“声惯量”的通用定义有冲突,而且也与“惯量”术语的定义相矛盾,故宜避免
使用“惯量”这一术语)和位移导纳(有时称为动柔度)。表1汇总了各频率响应函数的等效定义。这些频率响
应函数每一个都是结构上某一个点由于单位力(或力矩)激励的运动响应的相量。这些函数的幅值和相位均
与频率相关。对应于图1中所示的导纳图,典型的加速度导纳和位移导纳的幅值图分别如图2和图3所示。
注4:频率响应函数可以进一步区分为:
a) 驱动点的响应函数,为了评价频率响应函数,在同一位置测量激励和响应。如使用阻抗头进行测量(在表
1的公式中i=j);
b) 传递响应函数,为了评价频率响应函数,不在同一位置测量激励和响应(在表1的公式中i≠j)。
注5:改写GB/T 2298-2010,定义2.53。
3.1.2
导纳 mobility
机械导纳 mechanicalmobility
Yij
机械系统i点的速度与该点或另一点施加的激励力的复数比。
注1:除了结构在使用中正常支承表现的约束之外,结构上所有其他测量点没有任何约束,允许其自由响应。此时,
i点的复速度响应与j点的复激励力的比率即为导纳。
注2:术语“点”是指位置和方向。
注3:速度响应可以是平动或转动,激励力可以是力或力矩。
注4:如果测得的速度响应是一个平动,并且施加的是激励力,在国际单位制(SI)中导纳的单位是米每牛顿秒
[m/(N·s)]。典型的曲线图如图1所示。
注5:机械导纳与机械阻抗互为逆矩阵。
注6:改写GB/T 2298-2010,定义2.54。
3.1.3
约束阻抗 blockedimpedance
Zij
当所有输出端的自由度连接到一个无限大机械阻抗负载上时的输入端阻抗。
注1:当结构上所有其他测量点被约束(即限制其速度为零)时,约束阻抗是由i点的约束或驱动力响应与在j点施
加的激励速度的复数比而得到的频率响应函数。
注2:为了获得一个有效的约束阻抗矩阵,需要对完全被约束的结构上所有关注点的所有的力和力矩都进行测量。
因此,很少做约束阻抗测量 (见参考[16]),并且GB/T 11349的各个部分中均不涉及该内容。
注3:测量点数量或位置的任何改变都将引起所有测量点约束阻抗的改变。
注4:约束阻抗主要用于利用集总质量、刚度和阻尼元件或有限元技术进行结构的数学建模。当将这样的数学模型
与试验导纳数据结合或比较时,有必要将解析的约束阻抗矩阵转换成导纳矩阵,反之亦然,见附录A。
注5:改写GB/T 2298-2010,定义2.52。
3.1.4
自由阻抗 freeimpedance
系统所有其他连接点处于自由状态(即约束力为零)时,施加的复激励力与其复速度响应之比。
注1:以前经常不区分约束阻抗和自由阻抗,因此,在判读发布的数据时宜明确区分。
注2:自由阻抗是导纳矩阵中单一元素的算术倒数。虽然试验确定的自由阻抗可以组成一个矩阵,但该矩阵可能与
通过结构数学建模得到的约束阻抗矩阵完全不同。因此,在系统综合理论分析中,它不符合使用机械阻抗的
要求。
注3:改写GB/T 2298-2010,定义2.51。
3.1.5
关注的频率范围 frequencyrangeofinterest
在给定的试验系列中,要获得导纳数据的最低频率到最高频率的范围。
表1 与机械导纳相关的各种频率响应函数所用的等效定义
用速度表征运动 用加速度表征运动 用位移表征运动
术语
符号
单位
边界条件
参见
导纳a
Yij=vi/Fj
m/(N·s)
Fk=0;k≠j
图1
加速度导纳b
ai/Fj
m/(N·s2)=kg-1
Fk=0;k≠j
图2
位移导纳(动柔度)c
xi/Fj
m/N
Fk=0;k≠j
图3
注释 试验时边界条件容易满足
术语
符号
单位
边界条件
约束阻抗
Zij=Fi/vj
(N·s)/m
vk=0;k≠j
约束有效质量
Fi/aj
(N·s2)/m=kg
ak=0;k≠j
动刚度
Fi/xj
N/m
xk=0;k≠j
注释 试验时边界条件非常困难或不可能实现(可参见A.2)
术语
符号
单位
边界条件
自由阻抗
Fj/vi=1/Yij
(N·s)/m
Fk=0;k≠j
有效质量(自由有效质量)
Fj/ai
(N·s2)/m=kg
Fk=0;k≠j
自由动刚度
Fj/xi
N/m
Fk=0;k≠j
注释 边界条件易于实现,但在系统建模中要慎重使用试验结果
a 导纳有时被称为机械导纳。
b 加速度导纳有时也被误称为“惯量”。由于它与“声惯量”的通用定义有冲突,而且也与“惯量”术语的定义相矛
盾,故宜避免使用该术语。
c 位移导纳也被称为“动柔度”。
图1 典型的导纳试验结果图
图2 与图1导纳图相对应的加速度导纳图
图3 与图1导纳图相对应的位移导纳(动柔度)图
3.2 符号与单位
符号 参量 SI单位
a 加速度 m/s2
ai/Fj 加速度导纳 m/(N·s2)
U 传感器输出 V
f 频率 Hz
F 力 N
k 刚度 N/m
m 质量 kg
S 灵敏度 V/(输入变量的单位)
v 速度 m/s
x 位移 m
xi/Fj 位移导纳(动柔度) m/N
Yij 导纳 m/(N·s)
Z 自由阻抗 (N·s)/m
Zij 约束阻抗 (N·s)/m
4 基本原理和一般关系
结构的动态特性能够由导纳测量得到的频率函数或与导纳相关的频率响应函数,如加速度导纳和
位移导纳(见表1)的测量来确定。只有在分别用加速度或位移替代速度表征运动响应时,加速度导纳
和位移导纳才与导纳有区别(见3.1.2)。为了简便起见,GB/T 11349的各部分通常只使用“导纳”这一
术语。GB/T 11349规定的所有试验程序和要求也适用于加速度导纳和位移导纳的确定。
导纳测量的典型应用如下:
a) 预测结构对已知或假定的输入激励的动态响应;
b) 确定结构的模态特性(固有频率、模态振型和阻尼比);
c) 预测相连结构间的动态交互作用;
d) 检验结构数学模型的有效性并提高其准确度;
e) 确定单一或复合材料的动态特性(即复弹性模量);
对于某些需要完整描述其动态特性的应用,可以要求对沿着三个相互垂直轴的力和平移运动,以及
围绕这三个轴的力矩和旋转运动进行测量。对每个关注的位置,该组测量结果将生成一个6×6的导纳
矩阵。对结构上的N 个位置,系统有一个6N×6N 阶的完整导纳矩阵。
对于大多数的实际应用,没有必要知道完整的6N×6N 阶矩阵。通常只需通过单点单方向施加激
振力,通过在结构关键点测量平动响应的方法,测量驱动点导纳和几个传递导纳即可。在其他应用中,
可以只关注旋转导纳。
由于机械导纳被定义为由平动或转动速度响应的相量与施加的激振力或力矩的相量之比所生成的
频率响应函数,所以当用加速度计测量时,需要将加速度转换为速度以得到导纳。或者也可以用加速度
导纳(即加速度与力之比)描述结构的特性。在其他情况下,也可以使用位移导纳,即位移与力之比。
注:习惯上,结构的频率响应函数通常被表示为上述动态特性之一的倒数。机械导纳的算术倒数通常被称为机械
阻抗。这是一种误导,因为一般情况下导纳的算术倒数并不代表结构的阻抗矩阵中的任一元素。关于这一点
附录A中有详细说明。
导纳的试验数据不能被直接用作结构阻抗模型的一部分。为了实现数据和模型的兼容,应将模型
的阻抗矩阵转换为导纳,反之亦然(转换限制见A.3)。
在进行导纳测量之前,有必要对所用的力传感器和运动响应传感器的特性进行评估,以确保在所关
注的整个频率范围内可以获得准确的幅值和相位的信息。
5 力和运动测量传感器的基本要求
5.1 概述
为了获取合乎要求的导纳数据,所有测量用的传感器重要的基本特性应满足下列要求:
a) 传感器应具有足够高的灵敏度和较低的噪声,以使测量链在结构导纳的整个动态范围内信噪
比满足要求。由于与大阻尼结构相比,小阻尼结构需要有更大的动态范围,因此在对小阻尼结
构进行试验时,要特别注意传感器噪声的影响。
b) 如果测量传感器的频率响应函数未经过适当的信号处理而进行补偿,则传感器的固有频率应
远低于或远高于所关注的、且未发生不可接受的相移的频率范围。
c) 传感器灵敏度应具有长期稳定性,且直流漂移要小到可以忽略不计。
d) 传感器应对外部环境(如温度、湿度、磁场、电场、声场、应变和横向输入)的影响不敏感。
e) 传感器的质量和转动惯量应尽量小,以避免增加被试结构的动态载荷;或者至少要小到能够对
该动态载荷进行修正。
测量系统具有较高抵抗电气接地回路和其他外部信号干扰的性能也很重要。
5.2 运动测量传感器的要求
5.2.1 虽然运动测量传感器需要具有5.1所描述的特性,但其中某些特性比其他特性更为重要。加速
度计是机械导纳测量中最常用的运动传感器,有时也使用位移传感器或速度传感器。5.2.2~5.2.5概述
了选择传感器时宜考虑的主要特性。
5.2.2 为了使被试结构的附加载荷最小,运动传感器宜采用小质量 (或非接触式)的结构设计。
5.2.3 传感器与被测试结构在传感器主测量轴方向上宜刚性连接(见ISO 5348[2])。
5.2.4 为了防止传感器或其安装夹具加大结构的刚度或阻尼,连接处的接触面积宜足够小。
5.2.5 当施加脉冲激励时,由于热电效应,压电加速度计可能会产生零点漂移,从而降低低频段的测量
准确度。可以通过选用其他类型的运动传感器(如压阻式、电动式或某些剪切型压电加速度计)来解决
此类问题。
5.3 力测量传感器的要求
5.3.1 在选用机械导纳测量用的力传感器时,5.1中列出的某些特性比其他特性更为重要。由于设计
要兼顾各个方面,5.3.2~5.3.4所规定的条款均应重点考虑。
5.3.2 有效端部质量(传感器的力敏感元件与结构间的质量)宜足够小,以使由其相关质量产生的附加
惯性信号降到最小(见8.4)。
5.3.3 选用的力传感器及其组件的刚度宜使其在所关注的频率范围内不发生共振。作为折衷方案,宜
通过采用合适的信号处理技术,对发生这类共振对力敏感元件信号产生的影响进行补偿。
5.3.4 静态预加载应与试验应用所需激振力的范围相适应。带有内置预加载功能的传感器可有效地
解决这一问题。
5.4 阻抗头和被试结构连接件的要求
5.4.1 加速度计和力传感器组装成一体、用以导纳测量的装置被称为“阻抗头”。这是基于5.2和5.3
所述特性的一种折衷设计。然而,5.4.2~5.4.5给出的一些至关重要的特性也宜重点考虑。
5.4.2 结构和内装加速度计间的总柔度宜较小,因为柔度大会产生加速度测量的误差。
注:总柔度是连接件柔度与阻抗头内部柔度之和。连接件柔度包括被试结构的局部“硬模效应”柔度。总柔度可按
附录C所述方法测量。
5.4.3 有效端部质量(传感器的力敏感元件与结构间的质量)宜比被试结构的自由有效质量要小。
5.4.4 阻抗头相对于连接平面的轴的转动惯量宜足够小,以使其绕轴旋转所引起的结构载荷最小。
注:GB/T 11349.2给出了避免由阻抗头连接件引入被试结构载荷的进一步指导。
5.4.5 在阻抗头设计中,要求注意避免加速度传感器在作用力下产生的横向灵敏度。
6 校准
6.1 概述
校准分为三类:
a) 测量与分析系统组合的系统校准;
b) 传感器的基本校准;
c) 传感器的补充校准。
6.2 系统校准
测量和分......
   
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