单悬臂梁固定方式对其动力特性影响.docx

西南交通大学个性化实验报告 单悬臂梁的固定方式对其动力特性的影响 指导老师：高芳清 组 长：张云飞 组 员：朱允瑞 董有恒 刘超 陶如 完成时间：2014年6月27  一、实验目的 1）通过振动测试系统测得单悬臂梁的固有频率； 2）改变固定方式（改变固定端锚固螺栓的数目），再次测得试件的固有频率； 3）运用有限元软件Ansys模拟出不同固定形式下的单悬臂梁的固有频率； 4）根据振动力学知识，计算出单悬臂梁的固有频率； 5）将理论解，Ansys有限元模拟和实验测出的结果进行比较分析得出单悬臂梁的固定方式对其动力特性的影响。 二、实验材料与设备 2.1 试验材料 选择工字钢作为实验材料，因为现在钢材的运用领域越来越广，大型钢结构建筑在一步步崛起，所以研究其动力特性有一定的工程意义。工字钢的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，长度为765mm，截面尺寸如图1所示（单位：mm） 图1 材料截面图 2.2 实验设备 实验中用到的仪器及途如表1 所示，用到的工具有：胶水、振动传感器、螺丝、扳手、砂纸等。 表1 仪器及用途 编号 仪器名称 用途 1 信号采集器 采集悬臂梁振动过程中的振动信号 2 激振器 通过外激励使悬臂梁产生某一频率的振动 3 信号放大器 将采集到的信号放大，并传输到计算机 4 激振锤 敲击悬臂梁使其发生自由振动 5 振动测试软件 将接受到的信号显示在可视化界面上 2.3实验所用软件 实验中用ansys软件进行了一系列模拟，Ansys是一个功能强大的设计分析及优化软件包，其特点有以下几点： 1) 数据统一。Ansys使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果，实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一； 2) 强大的建模能力。Ansys具备三维建模能力，仅靠Ansys的GUI（图形界面）就可建立各种复杂的几何模型； 3) 强大的求解功能。Ansys提供了数种求解器，用户可以根据分析要求选择合适的求解器； 4) 强大的非线性分析功能。Ansys具有强大的非线性分析功能，可进行几何非线性、材料非线性及状态非线性分析； 5) 智能网格划分。Ansys具有智能网格划分功能，根据模型的特点自动生成有限元网格。 三、实验测试原理 信号采集器采集信号，通过A/D转化和放大效应，将采集到的物理量以数据的形式反映在电脑中，用测试软件显示出来其时域图，时域图经过傅立叶变换得到信号的频域图像，由于梁的振动是多阶阵型叠加的效果，一般来讲，前几阶振动占主要的地位，所以在频域图中会出现一个个的峰值，找出前三个峰值对应的频率值即为悬臂梁振动的前三阶固有频率。 四、实验方案 首先，运用学过的振动力学的相关知识，算出该模型理论的一阶固有频率数值，作为实验的初步依据。基于本实验实际模型，通过分别敲击悬臂梁的中部和端部位置使其产生自由振动，然后改变连接螺母的个数，记录数据，并分析数据得出不同固定方式悬臂梁结构的固有频率的影响。通过有限元软件模拟计算得出固有频率，改变约束方式使得该频率和实验得出的频率相一致，为工程问题模型转化建立提供正确依据，并结合实际情况分析二者存在误差的原因。 五、实验过程 5.1实验准备 1) 对实验试件悬臂梁进行打磨，除去表面的锈迹。考虑其截面较小，并有一定的可靠性，达到悬臂梁一段固支的目的，首先用焊接在壁板上相对较厚的两块钢板通过螺丝将其固定到壁板上，完成了试件的安装固定如图2 所示 图2 材料安装图 2) 熟悉各仪器的功能及对按钮的操作过程，并对测试软件的界面按钮，相关参数设置进行熟悉。模拟进行测试以便掌握测试过程，并对测试中出现的问题尝试解决； 3) 测量并记录悬臂梁模型的尺寸参数，调研该悬臂梁的牌号及弹性模量、波泊松比等材料参数。 5.2测试过程 考察悬臂梁固定方式对其动力特性的影响，本课题参考往年实验方案进行第一次实验，得出其动力特性之后，对实验方案进行修正，进行第二次实验。 首先在往年试验平台上进行预实验，结果发现起结果与Ansys模拟仿真结果相差较大，于是对原实验方案进行修正，再次进行实验，最终得到较好的结果。 5.2.1实验平台搭建 本实验平台由测试用悬臂梁、加速传感器、信号调理器、信号采集器、DasyLab7.0等构成。 5.2.2实验步骤 第一次实验： 在搭建好实验平台之后，实验步骤如下： Step1：将加速度传感器固定于悬臂梁的外端部（此处可以测出任意阶的固有频率，如在悬臂梁中部，则无法测出偶数阶固有频率）； Step2：将加速传感器、信号调理器、信号采集器路线连接好； Step3：接通各实验设备电源、打开DasyLab软件； Step4：测试软硬件是否连通完好； Step5：在DasyLab中设置软件参数，连接好实验电路图； Step6：使用激振锤竖直敲击悬臂梁的端部，随后