穨试验模态分析基本概念1.PDFVIP

國立屏東科技大學機械工程研究所 實驗模態分析研習報告 指導教授 ：王木百村 博士 學 生 ：黃立鑫N8932004 日 期 : 2001.08.01 實驗模態分析的基本概念 摘 要 結構動態特性如振頻與振型分析 ，主要利用振動測試方法定出其相關 動態特性 ，進而分析結構在動態負荷下之反應，作為設計與維護的參考依 據 。振動量測是實驗模態分析必備的基本程序，瞭解振動量測必備的基本 概念 ，對於實驗模態分析的工作始可得心應手 。 一 、前言: 當結構系統本身具有之剛性產生固有之自然振動頻率與外力頻率接 近時會產生共振現象 ，造成結構疲勞破壞。因此，人類利用機具從事工作 以後 ，機具產生的振動問題一直是人們極欲解決的重要事項。早期的振動 量測儀器未普遍使用於振動監測以前 ，人類的觸覺與聽覺乃是最常用的振 動檢測工具 。由於感官極限及量測主觀性，使得檢測結果之可信度減低。 目前，實驗模態分析有關的振動量測因精密的量測儀器日漸精進，使得振 動量測愈形簡單並已逐漸普及 ，一般略受訓練人員即可執行振動監測。 近代機械已趨向高精度 、高速度與質輕的設計發展 ，傳統的靜態應 力 、應變分析已不足以提供完整資料，動態特性與振動試驗等實驗模態分 析已成近代機械設計 、維護不可缺的資料取得力法。配合機械高速度高精 度的需求 ，結構系統減振防振設計成為設計工程師必備的知識。從事振動 量測工作者必須具備振動分析的基本概念 。 本文主要在於介紹振動量測必備的基本概念與專有名詞 。並對加速 度 、速度、位移之關係及不同頻域表示法等簡要描述。 二 、振動量測的基本概念 1.振動(vibration) 振動是機械結構系統作功或受外力激勵後對一參考位置做往復運動 的一種現象 。不同之結構系統在不同運轉條件下 ，因材料、形狀及剛性的 不同而產生不同的頻率與振幅 。振動通常是不良的副作用，但有時也利用 振動特性用於結構檢驗 、進料裝置、粉體裝填、硬料粉碎、機械加工及電 1 子產品的耐振模擬 。過巨的振幅會影響機具精度，造成機具的磨損與疲勞 現象 。目前各國對於各種機械振動都有一般性的規定與限制，如旋轉機件 有關的 ISO 2372 及 2373 ，德國的VDI2056 及 DIN45665 ，英國的 BS4675 等 。 2.自由振動(free vibration) 一個系統在未受任何外力作用的情況 下 ，由於起始位移 displacement)與起始速度(initial velocity)的存在 ，使得整個系統的動 能及勢能作週期性的轉換 ，以致於整個系統作重複的運動，此種現象稱為 自由振動 。 3.自然頻率(natural frequency) 一個系統作自由振動時 ，單位時間內往復的次數稱為該系統的自然頻 率 。一個系統的自然頻率之個數等於系統的自由度數 of freedom)，其中最低的自然頻率稱基本頻率。結構的自然頻率可以敲擊 法(Bump Test)，配合頻譜分析儀求取。 4.阻尼(damping)/阻尼比(damping ratio)/臨界阻尼 任何自由振動系統運動過程中 ，會由於受到摩擦或阻礙而消耗系統的 動能 ，使得振幅隨著時間逐漸衰減，終使整個系統靜止。此種能吸收或消 耗振動系統能量的機構稱為阻尼(c)。 一般情況 ，阻尼對系統動態反應的影響不大，但在共振時，微小的阻 尼即足以使強迫振動反應的極大值大為降低 ，故阻尼僅在共振頻率附近時 才顯出其重要性 。一個系統的阻尼大到一定值(c=2 km