南理工实验力学实验报告.docx

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1、（一） 试验一、材料循环应力-应变曲线的探究试验目的：通过对材料进行循环加载并采用所猎取数据绘出材料的循环应力-应变曲线，熟识与分 析材料的循环特性。试验原理：测定材料低周疲惫特性的试验方法是用一组相同的试样，分别以不同的总应变幅循Ac环加载，以对称循环而言，可以从大致接近于材料的屈服应变=/；/到设四周的范围内变化。正由于试验中多少超过了 2s，所以一个完全循环加载下的b 2变化过程 必定为一种滞后环（即滞后回线）。又由于循环加载的初期，材料可能呈现循环硬化或循环 软化，所以初期的滞后环并不封闭。在连续循环中，这种不稳定过程会逐步趋于稳定，并 使滞后环封闭。试验材料：一块外形较为规章的塑料体

2、，大型动力测试仪器以及配套分析软件。试验步骤：1 .在动力测试仪器上留神夹持塑料体，细致调整，使夹持稳定牢靠。2 .设定合适的加载条件，使得塑料体能被持续稳定地拉伸与压缩。3 .从分析软件中导出试验数据，绘图分析。试验结果：由于软件自身数据输出的设置问题，加上应力与载荷成正比的关系，故循环应力-应变 曲线可用循环载荷-应变曲线来代替。采用试验数据绘出的图形如下:不难觉察，N自由度系统的频率响应，等于N个单自由度系统频率响应的线形叠 加。为了确定全部模态参数， 叫、外 媒,（r=1,2,N）实际上只需测量频率响应矩 阵的一列（对应一点激振，各点测量的0）或一行（对应依次各点激振，一点测量 的“（

3、）7）就够了。试验模态分析或模态参数识别的任务就是由肯定频段内的实测频率响应函数数据， 确定系统的模态参数模态频率叱 、模态阻尼比队和振型6 =（落，2,，4V）1 = 1,2,3,/（n为系统在测试频段内的模态数）。试验过程描述试验仪器本试验采纳DHMA模态分析软件1悬臂梁相关参数说明本文以等截面悬臂梁为讨论对象，其几何参数为：长（X向）：L=400 mm,宽（Y向）： B=36 mm,厚（Z 向）：H=3mm将悬臂梁等分为7份，分别编号18号。（三）试验步骤1 .测点确实定在x方向挨次布置8个敲击点（采纳多点敲击、单点响应方法），敲击点数目多于所要 求的阶数，得出的高阶模态结果才可信。选取

4、拾振点时要尽量避开使拾振点在模态振型的 节点上，此处取拾振点在四号点处。2 .仪器连接仪器连接如下图，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道（即振动测 量通道），压电加速度传感器接其次通道（振动测试通道）。压电加速度传感黔1 2 3 4 5 |5 8 9 10 111213 1415 1617“拾振点 图13 .窗口设置翻开仪器电源，启动DHDAS2003掌握分析软件，选择分析/频响函数分析功能。在新建 的四个窗口内，分别显示频响函数数据、1T通道的时间波形、相干函数和-2通道的时间 波形。4 .参数设置翻开动态采集分析仪电源，启动DHDAS2003软件，选择分析/频响函数分析，翻开新

5、窗 口，点击右键，信号选择/选择频响函数。分析参数设置： 采样率：L28KHz （分析频率取整）采样方式：瞬态 触发方式：信号触发延迟点数：-200 平均方式：线性平均平均次数：4 时域点数:1024或2048预览平均5 .敲击测量加速度传感器放置在4号节点处，用力锤依次敲击18号节点，并保存数据。其 中，敲击力锤时应尽量保持力度全都，保证力锤信号无连击，信号无过载。6 .数据处理与模态分析采样完成后，对采样数据重新检查并再次回放计算频响函数数据。一通道的力信号加 力窗，在力窗窗宽调整合适，对响应信号加指数窗。儿何建模：自动创立矩形模型，输入模型的长宽参数以及分段数；翻开节点坐标栏， 编写测点

6、号；导入频响函数数据：从上述试验得到数据文件内，将每个测点的频响函数数据读入模 态软件，选择测量类型：单点拾振测量方式参数识别：首先光标选择一个频段的数据，点击参数识别按钮，搜寻峰值，计算频率阻尼 及留数（振型）。试验结果处理（一） 前三阶振型图其次阶振型如图：Frequency Dsping 219 73 Hz 2 84*第三阶振型如图：（二） 模态参数纪录模态参数第一阶其次阶第三阶频率未测出219. 73468. 75阻尼比未测出2. 841.43Ansys建模分析（-） 模态分析的定义模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型，它是谐响应分 析、瞬态动力学分析以及谱分析等

7、其他动力学分析的基础。Ansys供应的模态提取方法有： 子空间法、分块法，缩减法。动态提取法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法等，其中最常用 的是前三种方法。（二）ansys模态分析的步骤1.建模单元类型：选用Brick 8 node 185；定义材料特性：弹性模量为200MPa,泊松比为 0. 27,密度7800 （均采纳国际单位制）；建立几何模型：长450mm，宽36mm,厚3nlm。2 .划分单元单元划分选用六面体，映射划分3 .施加约束将模型两端均进行全约束。4 .模态分析指定分析选项为modal,选用分块法，指定扩展的模态数为3阶5 .求解并观看结果模态参数第一阶其次阶第三阶频率83.

8、79230. 89452. 56一到三阶振型图分别如图、图、图：ANMAR 2 2015 19:23:06X0.5748071.149611.724422.29923.287404.8622111.437022.011822.58663NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =2 FREQ=230.893 USUM (AVG)RSYS=0 DMX =2.46716 SMX =2.46716ANMAR 2 2015 19:15:290.5482571.096511.644772.19303.274128.8223851.370641.91892.467161NODAL SOLUTIONS

9、TEP=1 SUB =1 FREQ=83.7897 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =2.58663 SMX =2.58663NODAL SOLUTIONSTEP=1 SUB =3FREQ=452.564USUM (AVG)RSYS=0 DMX =2.48385SMX =2.48385ANMAR 2 2015 19:19:450.5519671.103931.65592.20787.275983.827951.379921.931882.48385一、 结论将试验测得结果与ansys建模模态分析进行比拟，存在肯定的差距，但这为我们以后更 好的学习供应了一个参考。通过做试验，我们把握

10、了锤击法测定振动模态的方法，并从中 不断地学习到一些测试技巧，将理论学习与实践相结合。通过使用ansys建模，我们熟识到 软件建模所存在的弊端，学习了如何将实际问题进行简化成计算模型，这其中必定存在肯 定的误差。因此，只有将试验和软件分析想结合才会更好地进行学习与讨论。试验分析:从图1,图2中可以看出，试验初期，b 曲线开头形成滞回环，但并不稳定.从图3中可以看出，随着试验的进行，b 曲线形成了很多的滞回环，它们并不重合，并且看起来非常臃肿，但中选取试验进行后较长一段时间的数据分析绘图，如图4,可以觉察，b 曲线已经趋于稳定。综上所述，试验现象与试验原理中的分析全都。因此可以认为，这是一次比拟

11、胜利的 材料循环应力-应变曲线探究试验。（二） 试验二、矩形截面梁拉弯载荷下应变的测量试验目的：1 .把握应变片的贴法；2 .了解矩形截面梁拉弯载荷下应变的特性；3 .学会使用静力应变仪。试验原理：如图1所示，矩形截面梁受拉力F与力矩M的作用下发生变形。1F24由材料力学学问可知,(1)(1)马+邑=26 =邑+ *4试验过程:图2取应变片图3留神翼翼贴应变片图4固定应变片图5加载与卸载图6纪录数据试验结果:组别12345表1不同位置处的应变值别应变位置10037-1-32-62200782-62-13929912512-84-187四40016516-122-305五50021332-141

12、-368六40017229-111-306七30012622-85-198八1988516-51-98九100429-23-57试验分析:由上表中数据很简单看出，数据存在问题，试验有肯定的错误。试验三、锤击法悬臂梁模态测试试验目的(1) 了解锤击法测量结构固有振动参数仪器设施的构成；(2)把握锤击法测量结构固有振动参数的试验方法和试验原理;(3)熟识锤击法测量结构固有振动参数的基本步骤。试验原理(三) 模态分析方法说明模态分析方法是把简单的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识 别），从而大大地简化了系统的数学运算。通过试验测得实际响应来寻求相应的模型或调整 预想的模型参数，使其

13、成为实际结构的最正确描述。常用于振动测量和结构动力学分析，可 测得比拟精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。此外，可用模态 试验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算机模型更趋于完善和合理以及用来进行结 构动力学修改、灵敏度分析和反问题的计算等。（四） 模态分析基本原理工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分析的性质，只有把握无 限多个点在每瞬间时的运动状况，才能全面描述系统的振动。因此，理论上它们都属于无 限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。但实际上不行能这样做，通常采纳简 化的方法，归结为有限个自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为由一些集中质量块

14、和 弹性元件组成的模型。假如简化的系统模型中有n个集中质量，一般它便是一个n自由度 的系统，需要n个独立坐标来描述它们的运动，系统的运动方程是n个二阶相互耦合（联 立）的常微分方程。经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N阶矩阵微分方程描述：Mx + Cx+Kx = f（t）式中f（t）为N维激振向量；x, x,工分别为N维位移、速度和加速度响应向量；M、K、C分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵，通常为实对称N阶矩阵。设系统的初始状态为零，对方程式（1）两边进行拉普拉斯变换，可以得到以复数s 为变量的矩阵代数方程Ms2 +Cs + Kk（s） = F（s）（2）式中的矩阵Z（s）=Mr+Cs +

15、 k（3）反映了系统动态特性，称为系统动态矩阵或广义阻抗矩阵。其逆矩阵H（s） = Ms2 +Cs + KF称为广义导纳矩阵，也就是传递函数矩阵。由式（2）可知在上式中令S守3,即可得到系统在频域中输出（响应向量*）和输入*的关系式(6)式中13）为频率响应函数矩阵。H（3）矩阵中第，行第J列的元素等于仅在/坐标激振（其余坐标激振为零）时，坐标响应与激振力之比。在（3） s = j式中令可得阻抗矩阵Z（G）=（K -j c采用实际对称矩阵的加权正交性，有其中矩闹）=必,么,，么 称为振型矩阵，假设阻尼矩阵。也满意振型正交性关系代入（8）式得到Z(69)=O-rZ,. 7(9)式中 z=(kr-co2mr)+jcocr一 *H ()=Z(69)1 = Zr 丁 因此L .NHij () = N r=mr -co2)+ j2ra)rco(10)2 _上式中,r = Jr =2mr(or2mr(ormr、勺，分别为第r阶模态质量和模态刚度（又称为广义质量和广义刚度）。m，、公 以分别为第r阶模态频率、模态阻尼比和模态振型。