南理工实验力学实验报告1

（一）实验

一、材料循环应力-应变曲线的探究实验目的:通过对材料进行循环加载并利用所获取数据绘出材料的循环应力-应变曲线,认识与分析材料的循环特性实验原理测定材料低周疲劳特性的试验方法是用一组相同的试样，分别以不同的总应变幅循环加载，以对称循环而言，可以从大致接近于材料的屈服应变到1%附近的范围内变化正因为试验中多少超过了，所以一个完全循环加载下的变化过程必然为一种滞后环（即滞后回线）又因为循环加载的初期，材料可能呈现循环硬化或循环软化，所以初期的滞后环并不封闭在继续循环中，这种不稳定过程会逐步趋于稳定，并使滞后环封闭实验材料一块形状较为规则的塑料体，大型动力测试仪器以与配套分析软件实验步骤

1.在动力测试仪器上小心夹持塑料体，细致调整，使夹持稳定可靠

2.设定合适的加载条件，使得塑料体能被持续稳定地拉伸与压缩

3.从分析软件中导出实验数据，绘图分析实验结果由于软件自身数据输出的设置问题，加上应力与载荷成正比的关系，故循环应力-应变曲线可用循环载荷-应变曲线来代替利用实验数据绘出的图形如下实验分析从图1,图2中可以看出，实验初期，曲线开始形成滞回环，但并不稳定.

（二）从图3中可以看出，随着实验的进行，曲线形成了许多的滞回环，它们并不重合，并且看起来十分臃肿，但当选取实验进行后较长一段时间的数据分析绘图，如图4,可以发现，曲线已经趋于稳定

（三）综上所述，实验现象与实验原理中的分析一致因此可以认为，这是一次比较成功的材料循环应力-应变曲线探究实验

（四）实验

二、矩形截面梁拉弯载荷下应变的测量实验目的

1.掌握应变片的贴法；

2.了解矩形截面梁拉弯载荷下应变的特性；

3.学会使用静力应变仪实验原理如图1所示，矩形截面梁受拉力F与力矩M的作用下发生变形图1由材料力学知识可知，£]+邑=2/=邑+J（D实验过程图2取应变片图3小心翼翼贴应变片图4固定应变片图5加载与卸载图6记录数据实验结果:12345组另U应变位置--10037-1-32-62200782-62-13929912512-84-187-四40016516-122-305五50021332-141-368六40017229-111-306七30012622-85-198八1988516-51-98九100429-23-57表1不同位置处的应变值实验分析:由上表中数据很容易看出，数据存在问题,实验有一定的错误实验

三、锤击法悬臂梁模态测试实验目的

（1）了解锤击法测量结构固有振动参数仪器设备的构成；

（2）掌握锤击法测量结构固有振动参数的实验方法和实验原理;

（3）熟悉锤击法测量结构固有振动参数的基本步骤实验原理

（五）模态分析方法说明

（六）模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识别），从而大大地简化了系统的数学运算通过实验测得实际响应来寻求相应的模型或调整预想的模型参数，使其成为实际结构的最佳描述常用于振动测量和结构动力学分析，可测得比较精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度此外，可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算机模型更趋于完善和合理以与用来进行结构动力学修改、灵敏度分析和反问题的计算等

（七）模态分析基本原理工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分析的性质，只有掌握无限多个点在每瞬间时的运动情况，才能全面描述系统的振动因此，理论上它们都属于无限多自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述但实际上不可能这样做，通常采用简化的方法，归结为有限个自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为由一些集中质量块和弹性元件组成的模型如果简化的系统模型中有n个集中质量，一般它便是一个n自由度的系统，需要n个独立坐标来描述它们的运动,系统的运动方程是n个二阶互相耦合联立的常微分方程经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N阶矩阵微分方程描述⑴Mx+Cx+Kx=ft式中ft为N维激振向量；x,,分别为N维位移、速度和加速度响应向量；M、K、C分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵，通常为实对称N阶矩阵设系统的初始状态为零，对方程式1两边进行拉普拉斯变换，可以得到以复数s为变量的矩阵代数方程\Ms2+C+Kks=F52S式中的矩阵Z=\2+C+]3S MSS K反映了系统动态特性，称为系统动态矩阵或广义阻抗矩阵其逆矩阵=\Ms2+C+S4称为广义导纳矩阵，也就是传递函数矩阵由式2可知Xs=sM5在上式中令S=j G,即可得到系统在频域中输出响应向量*和输入*的关系式6式中）为频率响应函数矩阵13）矩阵中第，行第/列的元素H3H等于仅在j坐标激振（其余坐标激振为零）时，i坐标响应与激振力之比在s=j

①

（3）式中令可得阻抗矩阵

①z（o）=（K-j C

（8）利用实际对称矩阵的加权正交性，有其中矩阵称为振型矩阵，假设阻尼矩阵C也满足振型正交性关系代入

（8）式得到一•**（）z,Z G=

①一丁

①一|9式中化一疗Z Z%J+一•

①「H G=ZZ691=

①r因此I・•・-NHij3=Sr=l10上式中,，分别为第r阶模态质量和模态刚度（又称为广义质量和广义刚度）分别为第r阶模态频率、模态阻尼比和模态振型不难发现，N自由度系统的频率响应，等于N个单自由度系统频率响应的线形叠加为了确定全部模态参数，实际上只需测量频率响应矩阵的一列（对应一点激振，各点测量的）或一行（对应依次各点激振，一点测量的）就够了实验模态分析或模态参数识别的任务就是由一定频段内的实测频率响应函数数据，确定系统的模态参数一一模态频率、模态阻尼比和振型（n为系统在测试频段内的模态数）实验过程描述

（一）实验仪器本实验采用DHMA模态分析软件1

（二）悬臂梁相关参数说明mm,宽（Y向）:B=36厚（Z向）H=3mminn

（三）本文以等截面悬臂梁为研究对象，其几何参数为长（X向）k400

（四）将悬臂梁等分为7份，分别编号1——8号

（五）实验步骤

1.测点的确定

2.在x方向顺序布置8个敲击点（采用多点敲击、单点响应方法），敲击点数目多于所要求的阶数，得出的高阶模态结果才可信选取拾振点时要尽量避免使拾振点在模态振型的节点上，此处取拾振点在四号点处

3.仪器连接仪器连接如图2所示，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道（即振动测量通道），压电加速度传感器接第二通道（振动测试通道）

4.窗口设置

5.打开仪器电源，启动DHDAS2003控制分析软件，选择分析/频响函数分析功能在新建的四个窗口内，分别显示频响函数数据、通道的时间波形、相干函数和-2通道的时间波形

6.参数设置打开动态采集分析仪电源，启动DHDAS2003软件，选择分析/频响函数分析，打开新窗口，点击右键，信号选择/选择频响函数•分析参数设置•采样率

1.28KHz（分析频率取整）•采样方式瞬态•触发方式信号触发•延迟点数-200•平均方式线性平均•平均次数4•时域点数:1024或2048•预览平均

7.敲击测量

8.加速度传感器放置在4号节点处，用力锤依次敲击1——8号节点，并保存数据其中，敲击力锤时应尽量保持力度一致，保证力锤信号无连击，信号无过载

9.数据处理与模态分析采样完成后，对采样数据重新检查并再次回放计算频响函数数据一通道的力信号加力窗，在力窗窗宽调整合适，对响应信号加指数窗几何建模自动创建矩形模型，输入模型的长宽参数以与分段数；打开节点坐标栏,编写测点号；导入频响函数数据从上述实验得到数据文件内，将每个测点的频响函数数据读入模态软件，选择测量类型单点拾振测量方式参数识别首先光标选择一个频段的数据,点击参数识别按钮,搜索峰值，计算频率阻尼与留数（振型）实验结果处理

（一）前三阶振型图第二阶振型如图2:图2第三阶振型如图3:图3

（二）模态参数记录模态参数第一阶第二阶第三阶频率未测出

219.

73468.75阻尼比未测出

2.

841.43Ansys建模分析

（一）模态分析的定义

（二）模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型,它是谐响应分析、瞬态动力学分析以与谱分析等其他动力学分析的基础Ansys提供的模态提取方法有子空间法、分块法，缩减法动态提取法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法等，其中最常用的是前三种方法

（三）ansys模态分析的步骤

1.建模

2.单元类型选用Brick8node185；定义材料特性弹性模量为200MPa,泊松比为

0.27,密度7800（均采用国际单位制）；建立几何模型长450nlm，宽36mm,厚3mmo

3.划分单元

4.单元划分选用六面体，映射划分

5.施加约束将模型两端均进行全约束

6.模态分析

7.指定分析选项为modal,选用分块法，指定扩展的模态数为3阶

8.求解并观察结果模态参数第一阶第二阶第三阶频率

83.

79230.

89452.56一到三阶振型图分别如图

5.图

6.图7:图4图5图6

一、结论将实验测得结果与ansys建模模态分析进行比较，存在一定的差距，但这为我们以后更好的学习提供了一个参考通过做实验，我们掌握了锤击法测定振动模态的方法，并从中不断地学习到一些测试技巧，将理论学习与实践相结合通过使用ansys建模，我们认识到软件建模所存在的弊端，学习了如何将实际问题进行简化成计算模型，这其中必然存在一定的误差因此，只有将实验和软件分析想结合才会更好地进行学习与研究。