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第五章 结构动力试验 概述 振动测量系统 结构动力特性的试验测定 结构动力反应测定 结构抗震试验 结构疲劳试验 §5-1 概述 5-1-1 结构动力荷载的类型 引起结构振动的动力源称为振源。振源可归纳为固定振源(固定动力设备)、移动振源(运输设备起重运输设备)和特殊振源（风力、地震力和爆炸力）三种。 各种振源产生的动力荷载概括起来有三种： 1.撞击荷载：作用时间极短，一般在千分之一到万分之一秒，作用力的大小和频率按照某一固定规律变化。 2.振动荷载：作用是经常的，具有周期性，作用力的大小及其出现的时间间隔往往没有规律性。 3.复杂荷载：有可能就撞击荷载和振动荷载的组合，也可能是地震、风、爆炸等特殊荷载或其组合。 §5-1 概述 撞击性振源所引起的振动(图5-1a)。 图5-1(b)是具有单一简谐振源的接近正弦规律的振动图形。这可能是一台机器或多台转速一样的机器所引起的振动。 图5-1(c)是两个频率相差两倍的简谐振源引起的合成振动图形。 图5-1(d)是三个简谐振源引起的复杂的合成振动波形。 当两个频率接近的简谐振源共同作用时，将会引起拍振，见图5-1(e)。 图5-1(f)为随机振动波形。 §5-1 概述 结构的动态变形和内力不仅与动力荷载的性质、数量、大小、作用方式、变化规律及结构本身的动力特性有关，还与结构的组成形式、材料性质以及细部构造等密切相关。结构动力问题的精密计算相当麻烦且有较大出入，因而借助试验来确定结构的动力特性及动力反应是不可缺少的手段。 5-1-2 结构动力试验的内容 1. 测定动力荷载或振动的特性，即测定引起振动的作用的大小、作用方向、作用频率及其规律。 2. 测定结构的动力特性，包括结构的自振频率、阻尼比和振型。 3. 测定结构在动力荷载作用下的反应，包括位移(振幅)、速度、加速度、动应力、动力系数等。 §5-2 振动测量系统 1．振动测量系统组成 2．功能作用 　　拾振器：感应振动信号并将其转换成机械的、光学的或电学的信号输出； 　　放大器：把传感器转换后输出的信号进行放大并输出； 　　记录器：将振动的模拟信号记录下来以便事后的分析处理。 §5-2 振动测量系统 5-2-1惯性式拾振器原理 一、基本原理 　1．力学原理 　　　　惯性式拾振器原理需要在仪器内部设法构成一个基准点。由惯性质量和弹性元件组成的振动系统可以解决这个问题，其工作原理见图5-2所示。惯性质量块m由一个刚度为k弹簧和一个阻尼系数为β的阻尼器连接在仪器的外壳框架上。测振时，仪器固定在振动体上和振动体一起振动。 §5-2 振动测量系统 设被测振动物体按下面表达式的规律振动 　　　　　　　　　　　　 式(5-1) 　式中：　　——振动体对固定参考坐标的位移； 　　　——被测振动体的振幅； 　　　——被测振动的圆频率。 根据达朗贝原理有： 　　 　　　　　　　　　　　 式（5-2） 　　　　　　　　　　　　 即：　　　　　　　　　　　 式（5-3） 　　式中：　 ——质量块m相对于仪器外壳的位移； 　　　　——阻尼； 　　　 　——弹簧刚度。 §5-2 振动测量系统 式（5-3）是单自由度、有阻尼、强迫振动的方程,其解为 式（5-4） 其中： ， 为相位角。第一项为有阻尼自由振动解，由于阻尼而很快衰减，而第二项为强迫振动解，其中 式（5-5) 式（5-6) §5-2 振动测量系统 式中： ——阻尼比，即阻尼系数 与临界阻尼系数 之比（ ）； ——质量弹簧系统的固有频率， 　　　　　 将式（5-4）中的第二项与式（5-1）相比较，可以看出质量块m相对于仪器外壳的运动规律与振动体的运动规律一致，但两者相差一个相位角　。 §5-