一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于振動(dòng)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置及方法；該裝置包括：脈沖激勵(lì)裝置、振動(dòng)臺(tái)、功率放大器、數(shù)據(jù)采集分析儀、激光測(cè)振儀和上位機(jī)；硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)固定安裝在振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面上；脈沖激勵(lì)裝置的輸出端連接數(shù)據(jù)采集分析儀的一個(gè)輸入端，數(shù)據(jù)采集分析儀的另一個(gè)輸入端連接激光測(cè)振儀的輸出端，數(shù)據(jù)采集分析儀的一個(gè)輸出端連接功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接振動(dòng)臺(tái)，數(shù)據(jù)采集分析儀的另一個(gè)輸出端連接上位機(jī)。該方法可有針對(duì)性地、高效地完成硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)的測(cè)試，用于定量評(píng)判硬涂層阻尼的減振效果，客觀評(píng)價(jià)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的非線性剛度及阻尼特性。
【專利說明】一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于振動(dòng)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硬涂層是由金屬基和陶瓷基做成的涂層材料，具有較高硬度同時(shí)又可以耐高溫、耐腐蝕，近年來的研究發(fā)現(xiàn)硬涂層還具有阻尼減振的效果。硬涂層阻尼減振尤其適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、大型離心壓縮機(jī)中的薄壁構(gòu)件的減振。硬涂層涂敷在薄壁構(gòu)件外表面，從而形成硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)。為了有效實(shí)施硬涂層阻尼減振，需要對(duì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度及阻尼參數(shù)進(jìn)行有效測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可用于硬涂層減振機(jī)理分析以及對(duì)涂層阻尼減振效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0003]在硬涂層應(yīng)用實(shí)踐中，研究者們發(fā)現(xiàn)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度及阻尼參數(shù)通常會(huì)隨著激振力幅度的增加而改變，即表現(xiàn)出具有振幅依賴性的非線性特性。具體表現(xiàn)為:硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的固有頻率會(huì)隨著激振力幅度的不同而改變，頻響函數(shù)也不再對(duì)稱于固有頻率:在較大的激勵(lì)幅度下還會(huì)表現(xiàn)出非線性跳躍現(xiàn)象。針對(duì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)這些特點(diǎn)，由經(jīng)典線性振動(dòng)理論所研發(fā)的商用振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已無法有效辨識(shí)出上述硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的非線性剛度及阻尼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置，包括:脈沖激勵(lì)裝置、振動(dòng)臺(tái)、功率放大器、數(shù)據(jù)采集分析儀、激光測(cè)振儀和上位機(jī)；
[0007]所述硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)固定安裝在振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面上；
[0008]所述脈沖激勵(lì)裝置的輸出端連接數(shù)據(jù)采集分析儀的一個(gè)輸入端，數(shù)據(jù)采集分析儀的另一個(gè)輸入端連接激光測(cè)振儀的輸出端，數(shù)據(jù)采集分析儀的一個(gè)輸出端連接功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接振動(dòng)臺(tái)，數(shù)據(jù)采集分析儀的另一個(gè)輸出端連接上位機(jī)。
[0009]所述脈沖激勵(lì)裝置和振動(dòng)臺(tái)均用于激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)使其發(fā)生振動(dòng)。
[0010]所述激光測(cè)振儀用于獲取硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集分析儀。
[0011]所述功率放大器用于將數(shù)據(jù)采集分析儀輸出的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的激勵(lì)信號(hào)傳送至振動(dòng)臺(tái)。
[0012]所述數(shù)據(jù)采集分析儀用于采集脈沖激勵(lì)裝置的脈沖激勵(lì)信號(hào)和激光測(cè)振儀獲取的硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)，還用于通過激光測(cè)振儀采集振動(dòng)臺(tái)激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。[0013]采用所述的測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置來測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:脈沖激勵(lì)裝置激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)使其產(chǎn)生振動(dòng)，通過數(shù)據(jù)采集分析儀實(shí)時(shí)采集脈沖激勵(lì)裝置的脈沖激勵(lì)信號(hào)并傳送給上位機(jī)，同時(shí)，激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集分析儀傳送給上位機(jī)；
[0015]步驟2:上位機(jī)對(duì)脈沖激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，并獲得硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于脈沖激勵(lì)信號(hào)的頻響函數(shù)；
[0016]步驟3:根據(jù)獲得的頻響函數(shù)確定硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階固有頻率初步值和各階固有頻率初步值對(duì)應(yīng)的頻響峰值；
[0017]步驟4:根據(jù)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階固有頻率初步值和各階固有頻率初步值對(duì)應(yīng)的頻響峰值采用半功率帶寬法計(jì)算各階模態(tài)阻尼比初步值，進(jìn)而計(jì)算出各階線性剛度；
[0018]步驟5:根據(jù)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的某階固有頻率初步值，選取判別掃頻激勵(lì)方向的頻率范圍，該頻率范圍包含當(dāng)前階固有頻率初步值，在判別掃頻激勵(lì)方向的頻率范圍內(nèi)，判斷硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度非線性類型，進(jìn)而確定掃頻激勵(lì)方向；
[0019]步驟5.1:在上位機(jī)中設(shè)定掃頻激勵(lì)幅度初始值和掃頻速度，數(shù)據(jù)采集分析儀發(fā)出正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)，該正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)經(jīng)功率放大器放大，放大后的正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)發(fā)送至振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)按任意掃頻激勵(lì)方向以正弦掃頻激勵(lì)的形式激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)；
[0020]步驟5.2:在設(shè)定的激勵(lì)幅度初始值下，激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集分析儀發(fā)送給上位機(jī)；同時(shí)，上位機(jī)采用分時(shí)快速傅里葉變換方法獲得頻域響應(yīng)曲線；
[0021]所述采用分時(shí)快速傅里葉變換方法獲得頻域響應(yīng)曲線，具體按如下步驟進(jìn)行:
[0022]步驟5.2.1 ;數(shù)據(jù)預(yù)處理:對(duì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)采用最小二乘法進(jìn)行平滑和零點(diǎn)修正處理，剔除振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中的噪聲成分；
[0023]步驟5.2.2:劃分時(shí)間段；將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)劃分為若干時(shí)間段，把振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為若干時(shí)間段內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)；
[0024]步驟5.2.3 ;快速傅里葉變換:對(duì)每個(gè)時(shí)間段的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，并進(jìn)行加窗處理，將各段的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域上；
[0025]步驟5.2.4:繪制頻域響應(yīng)曲線:在判別掃頻激勵(lì)方向的頻率范圍內(nèi)，將每個(gè)時(shí)間段的快速傅里葉變換后的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的頻率作為X軸，不同時(shí)間段的振動(dòng)響應(yīng)的峰值作為I軸，經(jīng)插值平滑處理后得到掃頻激勵(lì)對(duì)應(yīng)的頻域響應(yīng)曲線；
[0026]步驟5.3:在上位機(jī)中按照線性遞增或線性遞減的方式，依次設(shè)置若干激勵(lì)幅度，重復(fù)步驟5.1至步驟5.2，獲得不同激勵(lì)幅度下的頻域響應(yīng)曲線；
[0027]步驟5.4:在不同激勵(lì)幅度下，頻域響應(yīng)曲線的響應(yīng)峰值對(duì)應(yīng)不同當(dāng)前階固有頻率，根據(jù)當(dāng)前階固有頻率隨激勵(lì)幅度的變化規(guī)律來判斷硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度非線性類型，進(jìn)而確定掃頻激勵(lì)方向:若隨著激勵(lì)幅度的增加，當(dāng)前階固有頻率不斷降低，則硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為軟式剛度非線性結(jié)構(gòu)，需采用由高到低掃頻激勵(lì)方向的掃頻激勵(lì)；若隨著激勵(lì)幅度的增加，當(dāng)前階固有頻率不斷增大，則硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為硬式剛度非線性結(jié)構(gòu)，需采用由低到高掃頻激勵(lì)方向的掃頻激勵(lì)；[0028]步驟6:以步驟5中判別出的掃頻激勵(lì)方向，對(duì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻激勵(lì)，獲得不同激勵(lì)幅度下的硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)各階次對(duì)應(yīng)的頻域響應(yīng)曲線，進(jìn)而獲得不同激勵(lì)幅度下的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值；
[0029]步驟6.1:根據(jù)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階固有頻率初步值，按照模態(tài)階次劃分出分別包含各階固有頻率初步值的掃頻頻率范圍，每個(gè)階次的掃頻頻率范圍中包含該階固有頻率初步值；
[0030]步驟6.2:在上位機(jī)中重新設(shè)定激勵(lì)幅度初始值，并設(shè)定掃頻速度，設(shè)定的掃頻速度小于最大掃頻速度；
[0031 ] 所述掃頻速度S滿足下式:
[0032]S < Sm= ζη2/；
[0033]式中，S為掃頻速度，Hz/s ；Sm為最大掃頻速度，Hz/s ; ζη為第η階的模態(tài)阻尼比初步值；fn為第η階固有頻率初步值，Hz ；
[0034]步驟6.3:以步驟5中判別出的掃頻激勵(lì)方向，激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階掃頻頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)采集分析儀將各階振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)傳送給上位機(jī)；
[0035]步驟6.4:按照線性遞增或線性遞減的方式，依次設(shè)置各階次對(duì)應(yīng)的若干激勵(lì)幅度，在不同激勵(lì)幅度下的激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集分析儀發(fā)送給上位機(jī)；同時(shí)，上位機(jī)采用分時(shí)快速傅里葉變換方法獲得各階次對(duì)應(yīng)的不同激勵(lì)幅度下的頻域響應(yīng)曲線，進(jìn)而獲得硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的不同激勵(lì)幅度下的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值；
[0036]步驟7:根據(jù)步驟3確定的各階固有頻率初步值、步驟4計(jì)算出的各階線性剛度和步驟6得到的不同激勵(lì)幅度下的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值，計(jì)算硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)各階固有頻率下的非線性剛度和非線性阻尼；
[0037]步驟7.1:根據(jù)步驟3確定的各階固有頻率初步值、步驟4計(jì)算出的各階線性剛度、步驟6得到的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值，獲得第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的非線性剛度；
[0038]第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的非線性剛度ξ表示如下:
[0039]kn =ZcJl+ Φ( X))
[0040]式中，kn為第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的線性剛度，Φ⑴為第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值函數(shù)，通過對(duì)第η階固有頻率初步值、不同激勵(lì)幅度對(duì)應(yīng)的第η階固有頻率和不同激勵(lì)幅度下第η階振動(dòng)響應(yīng)峰值的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用多項(xiàng)式擬合方法獲得；Χ為不同激勵(lì)幅度下第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值；
[0041]步驟7.2:判斷第η階固有頻率下的硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度非線性的強(qiáng)度:若頻域響應(yīng)曲線對(duì)稱軸的一側(cè)的曲線出現(xiàn)陡峭的斜坡，則硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為強(qiáng)剛度非線性結(jié)構(gòu)；否則硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為弱剛度非線性結(jié)構(gòu)；
[0042]步驟7.3:根據(jù)步驟7.2判斷獲得的剛度非線性的強(qiáng)度結(jié)果，計(jì)算硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的非線性模態(tài)阻尼比，ξ (/ = 1，2，3)為不同強(qiáng)度的剛度非線性結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的非線性模態(tài)阻尼比；
[0043]若硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為強(qiáng)剛度非線性結(jié)構(gòu)且為硬式剛度非線性結(jié)構(gòu)，則其對(duì)應(yīng)的非線性模態(tài)阻尼比I公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置，其特征在于:包括:脈沖激勵(lì)裝置、振動(dòng)臺(tái)、功率放大器、數(shù)據(jù)采集分析儀、激光測(cè)振儀和上位機(jī): 所述硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)固定安裝在振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面上； 所述脈沖激勵(lì)裝置的輸出端連接數(shù)據(jù)采集分析儀的一個(gè)輸入端，數(shù)據(jù)采集分析儀的另一個(gè)輸入端連接激光測(cè)振儀的輸出端，數(shù)據(jù)采集分析儀的一個(gè)輸出端連接功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接振動(dòng)臺(tái)，數(shù)據(jù)采集分析儀的另一個(gè)輸出端連接上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置，其特征在于:所述脈沖激勵(lì)裝置和振動(dòng)臺(tái)均用于激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)使其發(fā)生振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置，其特征在于:所述激光測(cè)振儀用于獲取硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集分析儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置，其特征在于:所述功率放大器用于將數(shù)據(jù)采集分析儀輸出的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的激勵(lì)信號(hào)傳送至振動(dòng)臺(tái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集分析儀用于采集脈沖激勵(lì)裝置的脈沖激勵(lì)信號(hào)和激光測(cè)振儀獲取的硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)，還用于通過激光測(cè)振儀采集振動(dòng)臺(tái)激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。
6.采用權(quán)利要求1所述的測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的裝置來測(cè)試硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)非線性剛度及阻尼的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:脈沖激勵(lì)裝置激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)使其產(chǎn)生振動(dòng)，通過數(shù)據(jù)采集分析儀實(shí)時(shí)采集脈沖激勵(lì)裝置的脈沖激勵(lì)信號(hào)并傳送給上位機(jī)，同時(shí)，激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集分析儀傳送給上位機(jī)； 步驟2:上位機(jī)對(duì)脈沖激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，并獲得硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于脈沖激勵(lì)信號(hào)的頻響函數(shù)； 步驟3:根據(jù)獲得的頻響函數(shù)確定硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階固有頻率初步值和各階固有頻率初步值對(duì)應(yīng)的頻響峰值； 步驟4:根據(jù)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階固有頻率初步值和各階固有頻率初步值對(duì)應(yīng)的頻響峰值采用半功率帶寬法計(jì)算各階模態(tài)阻尼比初步值，進(jìn)而計(jì)算出各階線性剛度； 步驟5:根據(jù)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的某階固有頻率初步值，選取判別掃頻激勵(lì)方向的頻率范圍，該頻率范圍包含當(dāng)前階固有頻率初步值，在判別掃頻激勵(lì)方向的頻率范圍內(nèi)，判斷硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度非線性類型，進(jìn)而確定掃頻激勵(lì)方向； 步驟5.1:在上位機(jī)中設(shè)定掃頻激勵(lì)幅度初始值和掃頻速度，數(shù)據(jù)采集分析儀發(fā)出正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)，該正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)經(jīng)功率放大器放大，放大后的正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)發(fā)送至振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)按任意掃頻激勵(lì)方向以正弦掃頻激勵(lì)的形式激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)；步驟5.2:在設(shè)定的激勵(lì)幅度初始值下，激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集分析儀發(fā)送給上位機(jī)；同時(shí)，上位機(jī)采用分時(shí)快速傅里葉變換方法獲得頻域響應(yīng)曲線； 所述采用分時(shí)快速傅里葉變換方法獲得頻域響應(yīng)曲線，具體按如下步驟進(jìn)行:步驟5.2.1:數(shù)據(jù)預(yù)處理:對(duì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)采用最小二乘法進(jìn)行平滑和零點(diǎn)修正處理，剔除振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中的噪聲成分； 步驟5.2.2:劃分時(shí)間段:將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)劃分為若干時(shí)間段，把振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為若干時(shí)間段內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)； 步驟5.2.3:快速傅里葉變換:對(duì)每個(gè)時(shí)間段的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，并進(jìn)行加窗處理，將各段的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域上； 步驟5.2.4:繪制頻域響應(yīng)曲線:在判別掃頻激勵(lì)方向的頻率范圍內(nèi)，將每個(gè)時(shí)間段的快速傅里葉變換后的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的頻率作為X軸，不同時(shí)間段的振動(dòng)響應(yīng)的峰值作為I軸，經(jīng)插值平滑處理后得到掃頻激勵(lì)對(duì)應(yīng)的頻域響應(yīng)曲線； 步驟5.3:在上位機(jī)中按照線性遞增或線性遞減的方式，依次設(shè)置若干激勵(lì)幅度，重復(fù)步驟5.1至步驟5.2，獲得不同激勵(lì)幅度下的頻域響應(yīng)曲線； 步驟5.4:在不同激勵(lì)幅度下，頻域響應(yīng)曲線的響應(yīng)峰值對(duì)應(yīng)不同當(dāng)前階固有頻率，根據(jù)當(dāng)前階固有頻率隨激勵(lì)幅度的變化規(guī)律來判斷硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度非線性類型，進(jìn)而確定掃頻激勵(lì)方向:若隨著激勵(lì)幅度的增加，當(dāng)前階固有頻率不斷降低，則硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為軟式剛度非線性結(jié)構(gòu)，需采用由高到低掃頻激勵(lì)方向的掃頻激勵(lì)；若隨著激勵(lì)幅度的增加，當(dāng)前階固有頻率不斷增大，則硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)為硬式剛度非線性結(jié)構(gòu)，需采用由低到高掃頻激勵(lì)方向的掃頻激勵(lì)； 步驟6:以步驟5中判別出的掃頻激勵(lì)方向，對(duì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻激勵(lì)，獲得不同激勵(lì)幅度下的硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)各階次對(duì)應(yīng)的頻域響應(yīng)曲線，進(jìn)而獲得不同激勵(lì)幅度下的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值； 步驟6.1:根據(jù)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階固有頻率初步值，按照模態(tài)階次劃分出分別包含各階固有頻率初步值的掃頻頻率范圍，每個(gè)階次的掃頻頻率范圍中包含該階固有頻率初步值； 步驟6.2:在上位機(jī)中重新設(shè)定激勵(lì)幅度初始值，并設(shè)定掃頻速度，設(shè)定的掃頻速度小于最大掃頻速度； 所述掃頻速度S滿足下式:
S < sm =C112,^ 式中，S為掃頻速度，Hz/s ；Sm為最大掃頻速度，Hz/s ; ζ n為第η階的模態(tài)阻尼比初步值；fn為第η階固有頻率初步值，Hz ； 步驟6.3:以步驟5中判別出的掃頻激勵(lì)方向，激勵(lì)硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的各階掃頻頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)采集分析儀將各階振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)傳送給上位機(jī)； 步驟6.4:按照線性遞增或線性遞減的方式，依次設(shè)置各階次對(duì)應(yīng)的若干激勵(lì)幅度，在不同激勵(lì)幅度下激光測(cè)振儀實(shí)時(shí)采集硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集分析儀發(fā)送給上位機(jī)；同時(shí)，上位機(jī)采用分時(shí)快速傅里葉變換方法獲得各階次對(duì)應(yīng)的不同激勵(lì)幅度下的頻域響應(yīng)曲線，進(jìn)而獲得硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的不同激勵(lì)幅度下的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值； 步驟7:根據(jù)步驟3確定的各階固有頻率初步值、步驟4計(jì)算出的各階線性剛度和步驟6得到的不同激勵(lì)幅度下的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值，計(jì)算硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)各階固有頻率下的非線性剛度和非線性阻尼； 步驟7.1:根據(jù)步驟3確定的各階固有頻率初步值、步驟4計(jì)算出的各階線性剛度、步驟6得到的各階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)峰值，獲得第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的非線性剛度； 第η階固有頻率對(duì)應(yīng)的非線性剛度ξ表示如下:
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK103528901SQ201310507793
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】孫偉, 韓清凱, 李暉, 羅忠, 翟敬宇, 王嬌 申請(qǐng)人:東北大學(xué)