了解碰撞测试
A 碰撞测试 — also called impact testing or a hammer test — is a simple experimental technique for identifying the 固有频率 和 阻尼 characteristics of a structure or machine by striking it with a hammer (instrumented or not) and measuring the resulting free 振动 response with one or more 加速度计. A single sharp impact excites all of the structural modes at once, and an 快速傅里叶变换 of the response reveals those natural frequencies as peaks in the 频谱. It is the most practical method for field 模态测试 because it needs nothing more than a hammer and a vibration analyser — no expensive electrodynamic shakers and no elaborate setup. As a result it is used constantly for troubleshooting 谐振 问题，验证 结构共振, and confirming that operating frequencies are safely separated from natural frequencies.
1. Definition: What is a Bump Test?
The principle behind a bump test is that an impact is, mathematically, a very short pulse containing energy across a wide band of frequencies all at once. When that broadband energy is delivered to a structure, every mode whose natural frequency lies within the pulse’s bandwidth is set ringing simultaneously. The structure then “rings down” at its own preferred frequencies, and the decaying response — captured by the accelerometer — carries the fingerprint of those modes. Transforming the ringdown into the frequency domain turns each mode into a peak, so a single tap can map the dynamic character of a whole machine frame, pedestal, or pipe run in seconds. It is the field-friendly cousin of the broader discipline of 冲击试验.
2. Equipment Required
冲击锤
The choice of hammer sets whether the result is quantitative or merely qualitative.
带仪器的锤子（首选）
- A force transducer built into the hammer head measures the impact force directly.
- This enables a true 传递函数 (response divided by force) and a 频率响应函数 to be computed.
- The results are quantitative and repeatable.
- Typical cost: $500–3,000.
非仪器化（简单）
- 普通锤子、橡皮槌，甚至用手敲击均可。
- 仅测量响应信号，而非激励力。
- 可进行定性频率识别——确定峰值位置，但无法获得单位力下的绝对量值。
- 这对许多现场应用而言已完全足够。
- 免费或成本极低。
响应测量
- 将加速度传感器安装在所关注的响应测量点处。
- 连接至振动分析仪或数据采集装置。
- 需具备FFT分析功能以分辨各峰值。
分析
- 对响应信号进行FFT分析。
- 峰值对应固有频率。
- 峰值宽度是阻尼的指示指标。
3.测试程序
基本碰撞测试
- 安装加速度传感器： 安装于所选响应测量点处。
- 设置分析仪： 选择FFT模式，并根据结构选取合适的频率范围。
- 敲击结构： 用锤子进行单次有力冲击。
- 采集响应信号： record the vibration ringdown.
- 重复： 多次冲击取平均值——通常为三至十次——以消除各次敲击之间的差异。
- Analyse: 所得FFT图谱显示固有频率峰值。
高级测试
- 在多个响应点进行测量，以确定 模态振型.
- 用于定量传递函数的仪器化锤
- 相干性 分析，以验证测量数据的质量。
- Full frequency response function (FRF) calculation.
4. 应用
共振识别
这是最常见的应用场景。测试可确定结构的固有频率，并将其与机器的运行频率——1×、2×进行比较， 叶片传递以及更高次谐波——以判断共振是否是高振动的根本原因，并为改进方案提供指导。这也是 升速运行 或 降速 测试的天然对应方法，该测试在机器自身扫速过程中揭示相同的共振。
结构诊断
- Identify weak or overly flexible components.
- 定位 松动的 或存在裂纹的结构，这些情况会导致预期峰值发生偏移或分裂。
- Assess foundation or mounting 刚性.
- 提供改进前后的对比，以验证结构修改的效果。
模态测试
- 同时确定固有频率、振型和阻尼。
- Validate finite-element models against measured reality.
- Optimise a structural design.
5. 结果解读
识别自然频率
- 冲击响应频谱中的峰值即为固有频率。
- 尖锐的峰值表明阻尼低——因此存在潜在的共振问题。
- 宽阔的峰值表明阻尼高，此时共振的危害相对较小。
- 多个峰值表明存在多阶模态。
评估共振风险
- 若固有频率与运行频率之差在约±20%以内，则存在共振风险。
- 若两者间隔足够大——相差超过约30%——则通常认为是安全的。
- 峰值的高度表示可预期的放大倍数。
阻尼估计
- 在峰值最大高度的一半处测量峰宽。
- Calculate the 阻尼比 根据该带宽（半功率法）进行计算。
- 或者，从时域衰减振荡的衰减率中推导阻尼比。
6. 优点与局限性
锤击测试的吸引力在于其极强的实用性，但分析人员应清醒认识其存在的局限性。
优势
- 简单： 设备极为简便，几分钟内即可完成安装，激励无需电源，几乎可在任何时间、任何地点进行测试。
- 宽带激励： 一次冲击即可同时激励宽频率范围，从而在单次测试中识别所有模态——远快于扫频正弦方法。
- 现场实用性： 无需搬运大型设备，可在安装好的机器上直接操作，速度足够快，适合日常 故障排除.
限制
- 重复性： 每次敲击的冲击力可能有所不同；对多次冲击取平均有助于提高精度，而带传感器的力锤可提供一致、可量化的冲击力。
- Force spectrum: 冲击频谱取决于力锤的质量和锤头硬度——软锤头将更多能量注入低频，硬锤头则注入高频——因此单一力锤可能无法对各频率进行均匀激励。
- Low force levels: 该测试无法复现高载荷工况，因此与载荷相关的非线性效应可能得不到激励，使其不适用于高幅值响应测试。
7. 冲击测试在转子实际工作中的应用
Bump testing and rotor 平衡 在现场工作中密切相关，因为在接近运行转速处发生共振的结构会伪装成——或大幅放大——表观 不平衡。在实施校正之前，工程师应确认支撑结构未处于共振状态；否则用于平衡的 相位 幅值和相位读数在临界区域附近将产生失真。便携式双通道仪器（如 Balanset-1A ）可测量单面和双面平衡所需的1×幅值和相位，同时其加速度传感器还能捕捉冲击测试的衰减信号，以验证轴承座或底板的固有频率是否远离运行转速。总而言之，冲击测试是一种简单而有效的方法，仅凭一把力锤和一台分析仪，即可绘制结构固有频率和共振特性图——是诊断共振、验证改造效果及开展快速模态调查的必备故障排查工具，无需专用测试设备。
