了解冲击试验
冲击试验 - 也称为冲击试验或冲击模态分析，是一种 模态测试 该技术使用带仪器的冲击锤对结构施加宽带力脉冲，同时测量由此产生的 振动 响应 加速度计根据力和响应信号，它可以计算出 频率响应函数 (FRF) 显示了结构在每个频率下的响应，揭示了其 固有频率, 模态振型， 和 阻尼 比率——了解动态行为和诊断所需的信息 谐振 问题。
冲击测试是振动台模态测试的实用现场替代方法，它提供类似的信息，而无需振动台测试所需的笨重、昂贵的电磁振动台和复杂的安装夹具。它被广泛应用于共振故障诊断、验证结构修改以及关联机械和结构动力学工作中的有限元模型。它与更简单的 碰撞测试，利用相同的脉冲原理找到单一固有频率。
1.基本原则
这种方法基于一个简单的事实：短促而尖锐的撞击会同时激发一个宽频带。仅持续一两毫秒的锤击所包含的能量相当均匀地分布在很宽的频率范围内，因此会同时响起该范围内的每一个模式。通过测量输入力和输出响应，并在频域中将二者相除，该测试可将结构本身的行为与受到的特定撞击隔离开来——结果，FRF 是结构本身的属性，与撞击的力度无关。
2.设备
带仪器的冲击锤
- 力传感器 锤头中的压电传感器测量冲击力。
- 锤子质量 0.1-5 千克，根据结构尺寸和感兴趣的频率范围选择。
- 可互换吸头 硬质（钢）、中质（塑料）和软质（橡胶）。
- 输出： 与响应测量同步的力信号。
- 一般费用 大致为 $500-3000。
响应传感器
- 在兴趣点上放置加速度计。
- 既可以是单个巡回加速度计，也可以是多个固定传感器。
- 符合测试要求的频率范围。
数据采集
3.测试程序
单点频率响应函数
- 安装加速度计 在响应位置。
- 选择锤尖 以匹配结构和目标频率范围。
- 打击结构 在激发点上施加坚定而快速的冲击。
- 记录数据 ——力信号和响应信号结合在一起。
- 计算 FRF： H(f) = 响应(f) / 力(f)。
- 平均 重复 3-10 次并求出 FRF 的平均值。
- 检查一致性 以验证数据质量（一致性 > 0.9）。
多点测试
- 巡回锤 冲击多个点，同时保持加速度计固定不动。
- 巡回加速度计 在移动加速度计的同时冲击一个固定点。
- 结果： 多个地点的 FRF 显示 模态振型.
- 网格测试： 通过系统的网格点，可以进行完整的结构勘测。
4.锤尖选择
对频率内容的影响
- 硬头（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。
- 中号针尖（尼龙/Delrin）： 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，强调低频；适合大型灵活结构（至 500-1000 Hz）。
其逻辑与基本原理相同：较短、较硬的触点将能量聚集在较宽的高频段，而较软、较长的触点则将能量集中在低频处。因此，选择触点是为了将能量传递到感兴趣的模式处。
匹配结构
- 轻型结构： 用软锤头的小锤子敲，以避免损坏和响铃。
- 重型结构： 锤头较硬的大锤子，以获得足够的激振力。
- 经验法则： 结构应作出明显但不过分的反应——典型的峰值加速度约为 1-10 g。
5.数据质量
良好的冲击技巧
- 快速、干净利落的撞击，没有二次撞击。
- 锤子立即被拉开，因此没有继续接触。
- 垂直于表面的撞击。
- 一致的打击位置。
- 适当的力度水平。
一致性验证
- "(《世界人权宣言》) 相干性 该函数表示测量质量。
- 相干度接近 1.0（> 0.9）表示数据良好。
- 相干度低说明撞击不佳、存在噪音或非线性。
- 剔除不良撞击，重复测试。
双击是最常见的破坏者：它将两个脉冲输入到结构中，破坏输入频谱，而这正是相干性最擅长揭示的错误类型——在你关心的频率上出现相干性下降，就是放弃该平均值并重新敲击的信号。
6.结果和解释
频率响应函数
- 幅度图显示放大率与频率的关系。
- 峰值标志着固有频率和共振。
- 峰值高度反映了放大系数，而放大系数与阻尼成反比。
- "(《世界人权宣言》) 相位 图中显示了每个共振的 180°相位偏移。
自然频率识别
- 列出 FRF 中的每个峰值。
- 第一个模式通常是频率最低的峰值。
- 更高的模式位于更高的频率上。
- 将这些频率与工作频率进行比较，检查是否存在干扰。
模式形状确定
- 由多点测试得出。
- 共振时的相对响应振幅决定了振型。
- 软件可以将形状制作成动画。
- 这就确定了 结点 和每个模式的反节点。
7.机械故障排除中的应用
框架共振调查
基础测试
- 撞击底板或地基。
- 确定其固有频率。
- 核实是否有足够的 刚性 和频率分离。
前后对比
- 在结构改造前进行测试。
- 之后再进行测试——在加固、增加阻尼或改变质量之后。
- 验证修改是否达到预期效果。
- 量化改进。
8.实地冲击测试
由于只需一个带仪器的锤子和一个双通道分析仪，冲击测试自然而然地成为现场工程师的工具包，与日常振动工作并驾齐驱。当机器出现高 运行速度 振动的第一个问题往往是，振动的原因是否是一种力，例如 不平衡 或放大普通力的结构共振。便携式分析仪，如 Balanset-1A 用于测量不平衡，如果是不平衡造成的，则通过 实地平衡；对机架或地基进行冲击测试，以确定顽固的残余振动是否被附近的固有频率放大，从而在平衡转子和加固结构之间做出选择。
冲击测试是一种实用、经济高效的模态分析技术，现场振动专家完全可以胜任。只需一个带仪器的锤子和一台振动分析仪，它就能识别结构共振，验证修改，并提供解决共振问题和优化机械与结构应用中的结构设计所需的动态特性。
