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| 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
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
Mechanical vibration and shock -- Experimental determination of mechanical mobility -- Part 1: Basic terms and definitions, and transducer specifications
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 5347(所有部分) 振动与冲击传感器的校准方法
ISO 16063(所有部分) 振动与冲击传感器校准方法
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
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。
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 113......
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