了解冲击试验
定义：什么是冲击测试？
冲击试验 （也称为脉冲试验或冲击模态分析）是一种 模态测试 该技术使用配备仪器的冲击锤向结构施加宽带力脉冲，同时测量由此产生的冲击力。 振动 回复 加速度计. 该技术计算 频率响应函数 频率响应函数（FRF）显示结构在每个频率下的响应方式，揭示了 固有频率, 模态振型， 和 减震 了解动态行为和诊断共振问题的关键比率。.
冲击试验是振动台模态试验的一种实用现场替代方法，无需笨重昂贵的电磁振动台和复杂的安装装置，即可提供类似的信息。它广泛应用于机械和结构动力学领域的共振故障排除、结构改进验证以及有限元模型关联分析。.
设备
带仪器的冲击锤
- 力传感器： 锤头中的压电传感器用于测量冲击力
- 锤击质量： 根据结构尺寸和频率范围的不同，重量为 0.1-5 公斤
- 可更换笔尖： 硬质（钢），中等硬度（塑料），软质（橡胶）
- 输出： 力信号与响应测量同步
- 典型成本： $500-3000
响应传感器
- 兴趣点处的加速度计
- 单个移动式加速度计或多个固定式传感器
- 良好的频率范围匹配测试要求
数据采集
- 至少两个通道（力通道和响应通道）
- 同时采样至关重要
- FFT分析仪或模态分析软件
- 传递函数和相干性计算
测试程序
单点频率响应函数
- 安装加速度计： 在响应位置
- 选择锤头： 与结构和频率范围匹配
- 罢工结构： 在激发点产生迅速而有力的影响
- 记录数据： 力和响应信号
- 计算频率响应函数： H(f) = 响应(f) / 力(f)
- 平均的： 重复 3-10 次，取平均值 FRF
- 检查一致性： 验证数据质量（一致性 > 0.9）
多点测试
- 流动锤： 冲击多点，固定加速度计
- 移动式加速度计： 撞击固定点，移动加速度计
- 结果： 来自多个位置的频率响应函数揭示了模态形状
- 网格测试： 用于完整结构调查的系统点网格
锤头选择
对频率内容的影响
- 硬尖（钢）： 冲击持续时间短，频率成分高，适用于刚性结构和高频（10 kHz 以上）应用。
- 中号笔尖（尼龙/聚甲醛）： 中等持续时间、均衡频谱、通用型（最高 2-5 kHz）
- 软头（橡胶）： 持续时间长，低频强调，大型/灵活的结构（至 500-1000 Hz）
匹配结构
- 轻型结构： 小锤子，软头（避免损坏、发出响声）
- 重型结构： 大锤，较硬的锤头（充分激发）
- 经验法则： 结构应做出响应，但不要过度响应（峰值加速度通常为 1-10g）。
数据质量
良好的冲击技巧
- 快速、干净利落的撞击（无二次撞击）
- 锤子立即抽身离开（没有保持接触）
- 垂直于表面击打
- 稳定的打击位置
- 适当的力度
一致性验证
- 相干函数显示了测量质量
- 相干性接近 1.0 (> 0.9) = 数据良好
- 低相干性 = 冲击力差、噪声大、非线性
- 拒绝不良影响结果，重复测试
结果与解释
频率响应函数
- 幅度图显示了放大倍数与频率的关系
- 峰值 = 固有频率/共振
- 峰值高度 = 放大系数（阻尼的倒数）
- 阶段 图表显示共振导致180°偏移
自然频率识别
- 列出 FRF 中的所有峰值
- 第一模态通常最低频率峰值
- 高阶模态频率更高
- 与工作频率进行比较以检查干扰情况
模态形状测定
- 通过多点测试
- 共振时的相对响应幅度决定了偏转模式
- 利用软件可以实现动画制作
- 识别节点和反节点
机械故障排除中的应用
框架共振研究
- 冲击电机或风扇框架
- 确定框架固有频率
- 与叶片通过相比，电机电磁频率
- 如果找到匹配项 → 共振就是问题所在
基础测试
- 冲击底板或基础
- 确定地基固有频率
- 验证是否具有足够的刚度和频率分离度
前后对比
- 结构修改前的测试
- 测试后（刚度、阻尼、质量变化）
- 验证修改是否达到预期效果
- 量化改进
冲击试验是一种实用且经济高效的模态分析技术，适用于现场振动专家。冲击试验仅需使用配备仪器的冲击锤和振动分析仪，即可识别结构共振、验证改进方案，并提供解决共振问题和优化机械及结构应用中结构设计所需的动态特性。.
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