一种薄壁圆柱壳结构件实验台的测试方法

摘要

一种薄壁圆柱壳结构件的实验台及其测试方法，属于结构件测量实验技术领域。其装置包括电机，电机动力输出端连接主轴，主轴上设置有带中心孔圆盘和导电滑环，待测的模型圆柱壳结构件设置于带中心孔圆盘上，模型圆柱壳结构件外部侧面设置有电涡流位移传感器，内部粘贴有加速度传感器,电机、主轴、电涡流位移传感器以及导电滑环通过支架设置在底座上。其测试用方法首先记录原型薄壁圆柱壳结构件的相关参数，然后制作模型薄壁圆柱壳结构件，通过测量模型圆柱壳的动力学特性，借助动力学相似原理可以确定原型薄壁圆柱壳结构件的动力学特性,本发明可以用于测量薄壁光圆柱壳结构件或加薄壁环肋的圆柱壳结构件，实验成本低，且操作性高。

主权项

一种薄壁圆柱壳结构件实验台的测试方法，所述薄壁圆柱壳结构件实验台，包括底座、转子驱动部分和数据采集部分，所述底座上设置有电机支架、轴承座支架、传感器支架和导电滑环支架，所述转子驱动部分包括电机、主轴和带中心孔圆盘，所述电机固定在电机支架上，电机的动力输出端与主轴通过联轴器相连接，在主轴上设置有轴承，轴承固定在轴承座内，轴承座固定在轴承座支架上，在主轴上分别固定有导电滑环的转子和带中心孔圆盘，导电滑环的定子固定在导电滑环支架上；所述数据采集部分包括电涡流位移传感器和加速度传感器，电涡流位移传感器固定在传感器支架上，加速度传感器的信号输出端与导电滑环转子的信号输入端相连接；其特征在于：所述测试方法包括以下步骤：步骤一：记录下待研究的原型薄壁圆柱壳结构件的几何尺寸参数、材料参数和动力学参数；步骤二：根据动力学相似原理，通过原型薄壁圆柱壳结构件的几何尺寸参数、材料参数和动力学参数，确定实验用的模型薄壁圆柱壳结构件几何尺寸参数、材料参数和动力学参数；步骤三：根据步骤二中确定的模型薄壁圆柱壳结构件的几何尺寸参数、材料参数和动力学参数，制造加工出实验用的模型薄壁圆柱壳结构件；步骤四：对已加工好的模型薄壁圆柱壳结构件进行静态振动测试和动态振动测试：1)模型薄壁圆柱壳结构件的静态振动测试，将模型薄壁圆柱壳结构件安装到带中心孔圆盘一侧，将加速度传感器粘贴在模型薄壁圆柱壳结构件内壁上，将导电滑环定子的信号输出端与振动模态测试分析仪和计算机相连接，将电涡流位移传感器的信号输出端与振动模态测试分析仪和计算机相连接；开始进行模型薄壁圆柱壳结构件的静态振动测试，利用激振力锤依次敲击模型薄壁圆柱壳结构件不同位置点，激振力锤敲击模型薄壁圆柱壳结构件产生的数据及加速度传感器采集到的数据传输给振动模态测试分析仪和计算机，通过计算机对数据进行处理，最终得到模型薄壁圆柱壳结构件的静态固有频率；2)模型薄壁圆柱壳结构件的动态振动测试，a)动态固有频率测试首先启动电机，通过电机带动主轴上的带中心孔圆盘转动，进而带动模型薄壁圆柱壳结构件转动，设定电机转速为Ω_m，在模型薄壁圆柱壳结构件转动过程中，加速度传感器不断的采集实时信号并将所采集的信号通过导电滑环传输给振动模态测试分析仪和计算机，并通过计算机对所采集的数据进行处理，最终得到模型薄壁圆柱壳结构件的各阶动态固有频率；b)临界转速测试调整传感器支架的位置，令电涡流位移传感器的数据采集端正对模型薄壁圆柱壳结构件的外壁；启动电机，使电机转速逐渐升高，在模型薄壁圆柱壳结构件转动过程中，电涡流位移传感器不断的采集实时信号并将所采集的信号传输给振动模态测试分析仪和计算机，通过计算机对所采集的数据进行处理，最终得到模型薄壁圆柱壳结构件的临界转速；步骤五：通过对模型薄壁圆柱壳结构件进行静态振动测试及动态振动测试所得的测试结果确定原型薄壁圆柱壳结构件的动力学特性；所述的通过对模型薄壁圆柱壳结构件进行静态及动态振动测试所得的测试结果确定原型薄壁圆柱壳结构件的动力学特征，即确定原型薄壁圆柱壳结构件的静态及动态固有频率、临界转速，其具体确定方法如下：a)原型薄壁圆柱壳结构件为薄壁光圆柱壳结构件时原型薄壁光圆柱壳结构件的静态固有频率计算表达式为：${\omega }_{p1}=\frac{1}{{\lambda }_{h1}}\sqrt{\frac{{\lambda }_E}{{\lambda }_{\rho }}}{\omega }_{m1}$其中，ω_m1为模型薄壁光圆柱壳结构件的静态固有频率，ω_p1为原型薄壁光圆柱壳结构件的静态固有频率，λ_h1为薄壁光圆柱壳结构件的壁厚相似比，λ_E为薄壁圆柱壳结构件弹性模量相似比，λ_ρ为薄壁圆柱壳结构件密度相似比；原型薄壁光圆柱壳结构件的动态固有频率计算表达式为：${\omega }_{dp1}=\frac{1}{{\lambda }_{h1}}\sqrt{\frac{{\lambda }_E}{{\lambda }_{\rho }}}{\omega }_{dm1}$其中，ω_dm1为模型薄壁光圆柱壳结构件的动态固有频率，ω_dp1为原型薄壁光圆柱壳结构件的动态固有频率，λ_h1为薄壁光圆柱壳结构件的壁厚相似比，λ_E为薄壁圆柱壳结构件的弹性模量相似比，λ_ρ为薄壁圆柱壳结构件的密度相似比；原型薄壁光圆柱壳结构件的临界转速计算表达式为：${\omega }_{Lp1}=\frac{1}{{\lambda }_{h1}}\sqrt{\frac{{\lambda }_E}{{\lambda }_{\rho }}}{\omega }_{Lm1}$其中，ω_Lm1为模型薄壁光圆柱壳结构件的临界转速，ω_Lp1为原型薄壁光圆柱壳结构件的临界转速，λ_h1为薄壁光圆柱壳结构件的壁厚相似比，λ_E为薄壁圆柱壳结构件的弹性模量相似比，λ_ρ为薄壁圆柱壳结构件的密度相似比；b)原型薄壁圆柱壳结构件为薄壁加环肋圆柱壳结构件时原型薄壁加环肋圆柱壳结构件的静态固有频率计算表达式为：${\omega }_{p2}=\frac{1}{{\lambda }_{L2}^2}\sqrt{\frac{{\lambda }_D}{{\lambda }_{\rho }{\lambda }_{h2}}}{\omega }_{m2}$其中，ω_m2为模型薄壁加环肋圆柱壳结构件的静态固有频率，ω_p2为原型薄壁加环肋的圆柱壳结构件的静态固有频率，λ_h2为薄壁加环肋圆柱壳结构件的壁厚相似比，λ_L2为薄壁加环肋圆柱壳结构件的长度相似比，λ_ρ为薄壁圆柱壳结构件的密度相似比，λ_D为薄壁加环肋圆柱壳结构件的弯曲刚度相似比，其计算表达式为：${\lambda }_D=\frac{D_m}{D_p}=\frac{\frac{E_m{h_{m2}}^3}{12(1-{{\mu }_m}^2)}}{\frac{E_p{h_{p2}}^3}{12(1-{{\mu }_p}^2)}}$其中D_m为模型薄壁加环肋圆柱壳结构件的弯曲刚度，D_p为原型薄壁加环肋圆柱壳结构件的弯曲刚度，E_m为模型薄壁圆柱壳结构件弹性模量，E_P为原型薄壁圆柱壳结构件弹性模量，h_m2为模型薄壁加环肋圆柱壳结构件壁厚，h_p2为原型薄壁加环肋圆柱壳结构件壁厚，μ_m为模型薄壁圆柱壳结构件泊松比，μ_p为原型薄壁圆柱壳结构件泊松比；原型薄壁加环肋圆柱壳结构件的动态固有频率计算表达式为：${\omega }_{dp2}=\frac{1}{{\lambda }_{L2}^2}\sqrt{\frac{{\lambda }_D}{{\lambda }_{\rho }{\lambda }_{h2}}}{\omega }_{dm2}$其中，ω_dm2为模型薄壁加环肋圆柱壳结构件的动态固有频率，ω_dp2为原型薄壁加环肋圆柱壳结构件的动态固有频率，λ_h2为薄壁加环肋圆柱壳结构件的壁厚相似比，λ_L2为薄壁加环肋圆柱壳结构件的长度相似比，λ_ρ为薄壁圆柱壳结构件的密度相似比，λ_D为薄壁加环肋圆柱壳结构件的弯曲刚度相似比；原型薄壁加环肋圆柱壳结构件的临界转速计算表达式为：${\omega }_{Lp2}=\frac{1}{{\lambda }_{L2}^2}\sqrt{\frac{{\lambda }_D}{{\lambda }_{\rho }{\lambda }_{h2}}}{\omega }_{Lm2}$其中，ω_Lm2为模型薄壁加环肋圆柱壳结构件的临界转速，ω_Lp2为原型薄壁加环肋圆柱壳结构件的临界转速，λ_h2为薄壁加环肋圆柱壳结构件的壁厚相似比，λ_L2为薄壁加环肋圆柱壳结构件的长度相似比，λ_ρ为薄壁圆柱壳结构件的密度相似比，λ_D为薄壁加环肋圆柱壳结构件的弯曲刚度相似比。