机车车辆结构模态试验

2012-10-13 14:44:34 来源:中华铁道网

对机车车辆轮对、转向架构架和车体以及整车模态的试验。
机车车辆结构模态试验(structure mode test of railway vehicles对机车车辆轮对、转向架构架和车体以及整车模态的试验。对于轮对和转向架构架而言,可以在试验台台架上采用大号力锤进行脉冲冲击获得被测物体相应的模态,也可以通过激振设备采用稳态正弦激振或随机激振或瞬态激振中的任何一种激振方法求得相应的模态;对于车体与整车而言,由于质量与体积过于庞大,采用上述方法很难实现,可以在空旷的试验场地采用爆炸法实现。目前,一种基于运动模态理论,在机车车辆运行过程中通过响应的方法求其模态有望解决这一难题。机车车辆结构模态试验常用的具体方法如下:
 
稳态正弦激振 它是对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激励。它的优点是激振功率大,信噪比高,能保证响应对象的测试精度。它的主要缺点是需要很长的测试周期才能得到足够精度的测试数据。特别对于小阻尼对象,为了达到稳态要有足够的时间。稳态正弦激振使用测试仪器和设备比较通用,测试的可靠性比较高。在工程中常用扫描方式的正弦激振——扫频激振,激振的频率随时间而变化。严格地说任何扫频激振都属于瞬态激振,但若扫描的速度足够慢,所画的奈氏图可以和逐点稳态正弦激振所得的相近。
 
随机激振 随机激振是一种宽带激振的方法。一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源。当白噪声信号通过功放并控制激振器时,由于功放和激振器的同频带不是无限宽的,所得的激振力频谱不再整个频率域内保持常数,但它仍是一种宽带激振,可以激起对象在一定频率范围内的随机振动。白噪声发生器所提供的信号是完全随机的,工程上有时希望重复试验,就用伪随机信号发生器或用计算机产生伪随机码来产生随机激振信号。随机激振测试系统虽有可快速甚至“实时”测试的优点,但它所用的设备要复杂一些,价格也较昂贵。
 
瞬态激振 瞬态激振与随机激振一样同属于宽频带激振,所以可由激振力和响应的自谱密度函数求得系统的频率响应函数。目前常用的瞬态激振方式有:
 
快速正弦扫描激振 激振信号由振荡频率可以控制变化的信号发生器供给,通常采用线性的正弦扫描激振,激振的信号频率在扫描周期中线性地增大,但幅值保持为常值。信号发生器所供扫描信号把信号发生器所提供振荡信号的上下限频率和扫描周期都可以根据试验要求而选定。
 
在某些试验中,扫描时间仅约数秒,因而可以快速测试研究对象的频率特性。
 
脉冲激振 单位脉冲函数的频谱在作用频率范围内等强度,实际进行脉冲激振用装有传感器的脉冲锤敲击试件,它对试件的强作用力并非理想的脉冲函数,其有效频率范围决定于脉冲持续时间。锤头越硬则脉冲持续时间越短,频率范围越大,使用适当的锤头垫材料可以得到要求的频带宽度。改变锤头块的质量以及敲击的加速度,可以调节激振力的大小。
 
阶跃激振 阶跃激振也属于宽带激振。立项阶跃函数的导数额为理想脉冲函数,因此阶跃响应的导数即为脉冲函数的响应。在机车车辆滚动振动试验台中这种激振方法用得相当普遍。
 
结构模态试验的主要目的是获得车体、转向架等结构件的自振频率和结构模态。所以,结构模态试验中,测量的对象是被试件的振动,可以是测定位移,也可以是加速度,主要是考虑检测的方便成都和有利于振动模态的辨识。但在不值测点时,一定要有足够的测点来反映振动模态,并尽量避免测点不值在振动模态节点上。(林建辉)

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