频响函数H(ω) 是系统输出与输入的傅氏变换之比,在线性系统中它与激励的大小无关。由于频响函数内含有系统参数m、k和c,完整地包含了系统的信息,故常通过实测的系统频响函数来求取系统参数。
原点频响函数与跨点频响函数在形状上的差异是:
原点频响函数在共振峰之间总有**振峰,跨点频响函数则不一定;
原点频响函数在共振点和**振点处的相位都有180°左右(小阻尼)的突变,在相邻的共振峰与**振峰之间保持相位不变,而跨点频响函数仅在共振峰处有类似突变,在相邻共振峰之间的相位保持不变。
传递函数H(s) 定义为,系统输出量的Laplace变换U(s)与输入量的Laplace变换F(s)之比。
(a) 激振器激励测频响函数
(b) 力锤敲击测频响函数
频响函数测量的示意图如上图所示,其中 (a) 采用激振器激励,而 (b) 是采用力锤激励。这两种试验方法的相同点是,同时采集激励力和加速度信号获取加速度频率响应函数,称这种方法为单输入单输出法。计算频响函数的基本公式为
式中,Ui(ωk) 为第i 点加速度响应的Fourier变换在第k 根谱线处的值;Fj(ωk) 为施加在第j 点处激励力的Fourier变换在第k 根谱线处的值。对上图来讲,上式可写成矩阵形式为
图(a)和(b)两种试验方法的区别为:
图(a)中,激励点的位置固定不动,移动加速度计分别粘贴到1~10号测点,测得10个频响函数;
图(b)中,加速度计的粘贴位置保持不动,用力锤分别敲击1~10号测点,测得10个频响函数。
对于图(a),此时激励力仅有一个,则有
显然,这种测法得到的是频响函数矩阵的第3列,矩阵表达式如下式所示。因为此时频响函数矩阵任一行元素中除第3列元素外,其他都与0相乘,它们对加速度响应无贡献。
对于图(b),此时响应点仅有一个,则有
显然,这种方法得到的将是频响函数矩阵的第10行。
使用激振器的优缺点:
优点是激励力形式可以选择,常用的有随机、突发随机、周期和突发周期等,激励力的幅值大小和频带可精确调整;
缺点是激振器的安装非常困难,技术要求较高,对被测结构有附加影响。
使用力锤的优缺点:
优点是方便、快捷,附加影响小;
缺点是激励力的大小和频带难以控制。