一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法

摘要

本发明公开了一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法，该方法针对在质量线测量惯性参数时，质量需要提前预测，耗时，效率低，用直接计算质量时也存在较大的坐标误差，导致计算精度低的问题，通过弹性柔绳悬吊或支撑待测物，在待测物上均匀对称布置加速度传感器，在质心附近沿质心坐标轴方向激励待测物，获取参数，计算频域下的质量线段，计算多个传感器测量的加速度均值，计算待测物质量。该方法基于质量线测试方法和设备，快速方便的计算质量参数，仿真结果证明计算误差很小，极大提升该方法的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及机电制造、车辆船舶、航空航天、航海、军工等复杂构件惯性参数识别领域，具体是一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法。

背景技术

基于试验模态的质量线识别惯量参数方法在机电制造、车辆船舶、航空航天、航海、军工等工程技术和科学研究中具有十分重要的意义。质量测量在质量线测试惯性参数环节中处于非常关键的作用，质量的准确性对其余惯性参数的灵敏度很大。基于频响函数质量线测量惯性参数的试验中需要另外仪器预测质量，并且通过直接计算的质量参数受坐标误差影响很大，导致惯性参数计算结果费用高、效率低、精度低。针对上述问题，结合基于频响函数质量线测试的设备及方法，提出在质量线测试基础上，激励待测件质心附近的点，测量待测件对称分布的加速度，通过对激励和响应的频域变换，对质量线频段内的加速度均值化，计算待测件质量。该方法通过仿真检验误差很小且效率高。

发明内容

本发明的目的在于针对质量线测试实验过程的质量测试问题，而提供一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法，包括如下步骤：

1)对待测刚体采用柔度大的弹性软绳悬吊或柔度大的弹性支撑进行质量测量，具体如下：

1-1)在待测件边角、对称位置、均匀布置三向或单向加速度传感器；

1-2)将加速度传感器轴的方向与待测件质心处坐标轴方向平行，减少传感器实测加速度与理想加速度方向的夹角差；

2)用力捶或激振器在待测刚体表面尽可能靠近质心处激励，激励方向与质心处坐标轴方向平行，激励力大小能引起待测件微小振动即可，若选择力锤激励，则对同一点进行多次相同力的激励，激励方向在坐标轴三个方向均匀激励，具体如下：

2-1)激励力对待测见的激励位置靠近质心，保持激励方向平行质心坐标轴的方向；

2-2)多个点多次激励力取平均值，且每个点激励力大小均匀；

3)通过数据采集系统采集激励力大小和加速度大小，对激励力和加速度进行频域变换，计算三个轴方向上所有加速度的均值，通过动力学方程，计算该激励下待测物的质量，具体如下：

3-1)待测刚体处于近似无约束的自由边界状态，将其简化为单自由度模型，则刚体动力学方程为：

公式(1)中，M、C、K分别为待测刚体系统的质量、阻尼系数和刚度系数，X(t)，

3-2)令X(t)＝X(ω)e

(-Mω

3-3)对公式(2)变换为加速度频响函数，即：

3-4)在测试系统的刚体模态和第一阶弹性模态之间的平滑曲线主要由系统质量惯性控制，由于弹性支撑或悬吊的质量非常微小，忽略他们的影响，故质心处的动力学方程为：

F

公式(6)中，F

3-5)通过基点法确定刚体任意一点的瞬时加速度为：

a

a

设待测件在沿坐标轴任一方向的一次激励中，有N个传感器测得加速度响应，则公式(9)变为：

3-6)若激励力的激励位置恰好沿坐标轴方向过质心，则此激励下待测件的角加速度为

3-8)若激励力方向沿质心坐标轴方向，但力延长线不过质心，则此激励力下的待测件的角加速度不为

P＝(x

3-9)因为P点和Q点关于坐标轴对称，则：

3-10)同时待测件在同一激励力F

a

3-11)则因为质心在确定刚体中位置不变，故对称点的加速度之和为：

3-12)根据刚体力的平移定理得：

F

根据公式(6)、(14)、(15)得：

3-13)当待测件上边角对称分布有N个传感器时，则在一次激励下，有N个x轴方向的响应，对N个x轴方向的响应用最小二乘法求解得：

y＝(a-a

计算公式(17)在极值点处的最小值，即为该激励下待测件质心处x轴的加速度为：

y

3-14)同理计算出其他两轴质心处的加速度为：

3-15)对待测件进行M次激励时，

F＝MA (21)

则采用最小二乘法计算出待测件的质量为：

M＝Y

Y

本发明提供的一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法，该方法方便质量参数的提取，优化了质量线识别惯性参数的方法，提升基于试验模态的频响函数质量线惯性参数识别效率。

附图说明

图1为一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法的流程图；

图2为待测件的传感器布置位置示意图；

图3为待测件的激励位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

一种基于频响函数质量线的大型构件质量测量方法，如图1所示，包括如下步骤：

1)对待测刚体采用柔度大的弹性软绳悬吊或柔度大的弹性支撑进行质量测量，如图2所示，具体如下：

1-1)在待测件边角、对称位置、均匀布置三向或单向加速度传感器；

1-2)将加速度传感器轴的方向与待测件质心处坐标轴方向平行，减少传感器实测加速度与理想加速度方向的夹角差；

2)用力捶或激振器在待测刚体表面尽可能靠近质心处激励，激励方向与质心处坐标轴方向平行，激励力大小能引起待测件微小振动即可，若选择力锤激励，可对同一点进行多次相同力的激励，激励方向在坐标轴三个方向均匀激励，如图3所示，具体如下：

2-1)激励力对待测见的激励位置靠近质心，保持激励方向平行质心坐标轴的方向；

2-2)多个点多次激励力取平均值，且每个点激励力大小均匀；

3)通过数据采集系统采集激励力大小和加速度大小，对激励力和加速度进行频域变换，计算三个轴方向上所有加速度的均值，通过动力学方程，计算该激励下待测物的质量，具体如下：

3-1)待测刚体处于近似无约束的自由边界状态，将其简化为单自由度模型，如图2所示，则刚体动力学方程为：

公式(1)中，M、C、K分别为待测刚体系统的质量、阻尼系数和刚度系数，X(t)，

3-2)令X(t)＝X(ω)e

(-Mω

3-3)对公式(2)变换为加速度频响函数，即：

3-4)在测试系统的刚体模态和第一阶弹性模态之间的平滑曲线主要由系统质量惯性控制，由于弹性支撑或悬吊的质量非常微小，忽略他们的影响，故质心处的动力学方程为：

F

公式(6)中，F

3-5)通过基点法确定刚体任意一点的瞬时加速度为：

a

a

设待测件在沿坐标轴任一方向的一次激励中，有N个传感器测得加速度响应，则公式(9)变为：

3-6)若激励力的激励位置恰好沿坐标轴方向过质心，则此激励下待测件的角加速度为

3-8)若激励力方向沿质心坐标轴方向，但力延长线不过质心，则此激励力下的待测件的角加速度不为

P＝(x

3-9)因为P点和Q点关于坐标轴对称，则：

3-10)同时待测件在同一激励力F

a

3-11)则因为质心在确定刚体中位置不变，故对称点的加速度之和为：

3-12)根据刚体力的平移定理得：

F

根据公式(6)、(14)、(15)得：

3-13)当待测件上边角对称分布有N个传感器时，则在一次激励下，有N个x轴方向的响应，对N个x轴方向的响应用最小二乘法求解得：

y＝(a-a

计算公式(17)在极值点处的最小值，即为该激励下待测件质心处x轴的加速度为：

y

3-14)同理计算出其他两轴质心处的加速度为：

3-15)对待测件进行M次激励时，

F＝MA (21)

则采用最小二乘法计算出待测件的质量为：

M＝Y

Y

采用上述方法，对标准铁块进行仿真实验，仿真结果如下表1所示，从表1中可以看出该方法测量待测件的理论正确，精度满足工业误差。

表1标准铁块仿真实验结果