整体机械结构动态特性分析与参数测试

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机械结构的动态特性参数主要包括 固有频率、阻尼比和振型 。而这些参数的研究和识别是个相当复杂的过程，尤其是振型的获得更是如此。然而在工程应用中，不少情况下只需得到某个整体机械结构在某个方向上的动态特性参数即可，且参数中也只需要整体机械结构的固有频率和阻尼比。本文主要讨论整体机械结构这两个参数的获得方法。

1 整体机械结构的动力学模型整体机械结构(如小型汽车1-般可抽象为-个弹簧、质量、阻尼系统，如图1所示。该系统是-个二阶系统，其激励力x 与质量块 的响应位移l， 之间可用二阶定常线性微分方程来描述，即dt c 川) (1) df 、 - ～ -也可写成2 o2y∽ ) (2)其中， √ 为系统的固有角频率； 乡 为系统的阻尼比； 为系统的静态灵敏度，对具体系统而言 是-个常数，为了研究方便，s-m，则式(2)可写成如下形式：2 -dd(fy(t))co2y(1l l(，) (f)Q J这就是整体机械结构的激励力 与响应位移 之间的动力学模型。

2 整体初栅结构的单向动态特性分析所谓单向指的是激励力所在的方向。当初始条件为O(即f<0时 0)时，整体机械结构的传递函数) 器进而可获得其频率响应函数(3)对式(3)进行拉普拉斯变换得收稿日期：2013-03-18作者简介：侯洪海(1964.)，男，河南温县人，本科，副教授，主要从事机械工程测试技术方面的研究·(4)第2期 侯洪海：整体机械结构动态特性分析与参数测试Hr --------二------- 1-(旦) 2 v，( )(c)n (1)n由此可得，整体机械结构的幅频特性表达式f6)和相频特性表达式(7)，动态特性。

( )(5)也就是通常所说的频率特性或2 ( )( )-arct锄 O)n (7]co由式(6)、式(7)可以看出，影响整体机械结构动态特性的参数是固有角频率和阻尼比。其幅频特性 曲线和相频特性曲线如图2所示。

2 3∞ ∞afa)幅频特性曲线00厂0.0S ， o.10/ ---- ：oi150.25 r I- .50、、 / 。

1.00、。-O， ]fiJ'n(b)相频特性曲线3 固有频率和阻尼比的测试由式r6)及幅频特性曲线可以看出，当系统阻尼比较小时且当激励力的角频率 与系统固有角频率相等时，该整体机械结构将发生共振，此时幅值比 (co)取得最大值，可通过扫频激励的方式(即输入-组频率 d，N大依次改变而幅值不变的激励力)对整体机械结构进行激振，同时分别测得结构响应的振动幅值F，则最大响应幅值ym。 所对应的激励角频率 即为整体机械结构在激励方向上的固有角频率 ，同时由式(6)可得，当激励角频率 与固有角频率 相等时，有( ) 1 rm洛阳理工学院学报(自然科学版) 第23卷所以系统的阻尼比1， 固有频率厂 。

4 结 语当系统的阻尼比较小时，这种方法简单有效，可较快地获得整体机械结构在某个方向上的固有频率和阻尼比参数，为整体机械的动力修改和动力设计提供-定的理论依据。