固有頻率測量方法:
對于振動系統,經常要測定其固有頻率,常用的方法就是用簡諧力激振,引起系統共振,從而找到系統的各階固有頻率。
在激振功率輸出不變的情況下,由低到高調節激振器的激振頻率,通過振動測量儀,我們可以觀察到在某一頻率下,任一振動量(位移、速度、加速度)幅值迅速增加,這就是機械振動系統的某階固有頻率。
結構系統在受到外界激勵產生運動時,將按特定頻率發生自然振動,這個特定的頻率被稱為結構的固有頻率,通常一個結構有很多個固有頻率。固有頻率與外界激勵沒有關系,是結構的一種固有屬性。不管外界有沒有對結構進行激勵,結構的固有頻率都是存在的,只是當外界有激勵時,結構是按固有頻率產生振動響應的。
物體的頻率與它的硬度、質量、外形尺寸有關,當其發生形變時,彈力使其恢復。彈力主要與尺寸和硬度有關,質量影響其加速度。同樣外形時,硬度高的頻率高,質量大的頻率低。 一個系統的質量分布,內部的彈性以及其他的力學性質決定。
為什么存在多階固有頻率
我們在對結構系統進行固有頻率測試時,通常能得到多階固有頻率,如下圖所示,是對某結構進行固有頻率測試。在這個FRF圖中存在多個峰值,而每個峰值對應一階固有頻率,因此,結構存在多階固有頻率。那么為什么結構存在多階固有頻率?階跟什么有關系?
我們就學習過單自由度系統的固有頻率公式。用的是單自由度的彈簧-集中質量模型,如下面左圖所示。其運動方程為正弦波Asinωt(簡諧運動),對應一階固有頻率。對于兩自由度系統而言,如下面中圖所示,運動方程是兩個正弦波疊加的結果,因而,對應兩階固有頻率。同時,三自由度系統對應三個正弦波,因而,有三階固有頻率。因此,似乎“階”與自由度相對應:1個自由度對應1階固有頻率(或者是1階模態),情況的確是這樣的。自由度是指用于確定結構在空間上運動所需要的最少、獨立的坐標個數。質點有三個平動自由度;剛體有六個自由度,分別為三個平動和三個轉動自由度。
一個連續體或彈性體實際上有無窮多個自由度,此時,任意連續結構都可以看成是無限多個微剛體組成的,每個微剛體有6個自由度,因而,我們可以認為任意連續結構具有無限多個自由度,但是,所有這些結構又可以近似地看作是由有限個微剛體組成的(比方有限元分析時只能劃分有限數量的單元),因此又可以認為連續結構具有有限個自由度。該自由度數決定了解析質量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣的維數,也決定上理論上存在的固有頻率階數和模態振型階數。
雖然連續體在理論上是有無限多階固有頻率,但很多情況下我們只關心低階的固有頻率或者特定階的固有頻率。這是因為固有頻率越低,越容易被外界所激勵起來。另外,結構也可能受到特定的激勵,如在某恒定轉速下運行,因此,也可能關心特定階的固有頻率。
固有頻率測量方法