[发明专利]一种结合面法向动态特性参数测试装置及方法

权利要求书

1.一种结合面法向动态特性参数测试装置，包括预紧装置、支撑钢架、上垫块、涡流传感器、磁性薄吸板、加速度传感器、力传感器、激振器、工作台、下垫块、下试件、上试件、涡流位移传感器支架装配体，其特征在于：所述的上垫片和下垫片设于支撑钢架内，预紧装置从顶部穿过支撑钢架，与上垫片接触；下垫片放置在支撑钢架的底部，与上垫片对应；所述的力传感器穿过支撑钢架的底部和下垫片，到达下垫片的顶部，且力传感器的底部与激振器相连，激振器和支撑钢架固定在工作台上；所述的下试件、上试件置于上垫块和下垫块之间，在上试件、下试件上设置多个磁性薄吸板与多个加速度传感器，所述的磁性薄吸板的上方或下方设有涡流传感器；且涡流传感器与磁性薄吸板有间隙，所述的涡流传感器、加速度传感器、力传感器分别与信号处理装置相连。

2.如权利要求1所述的一种结合面法向动态特性参数测试装置，其特征在于：所述的涡流传感器由一个支架装配体固定，且涡流传感器通过螺栓与支架装配体活动连接，所述的支架装配体固定于工作台上。

3.如权利要求1所述的一种结合面法向动态特性参数测试装置，其特征在于：所述的涡流传感器与位移信号放大器相连；所述的加速度传感器与电荷放大器相连；所述的激振器与功率放大器相连，所述的位移信号放大器、加速度传感器和功率放大器分别与动态信号分析仪相连，所述的动态信号分析仪与计算机相连。

4.如权利要求1所述的一种结合面法向动态特性参数测试装置，其特征在于：所述的工作台为刚性工作台，所述的预紧装置为预紧螺栓。

5.如权利要求1所述的一种结合面法向动态特性参数测试装置，其特征在于：在所述的支撑钢架、激振器、支架装配体与工作台的连接面处设有橡胶减震材料层。

6.如权利要求1所述的结合面法向动态特性参数测试装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）首先制备不同材料、不同加工方式、不同表面粗糙度的上试件和下试件；

（2）由下至上安装测试装置，先完成激振器在刚性工作台上的安装与固定，然后安装支撑钢架，在支撑钢架内由下至上地依次安放下垫块、下试件、上试件及上垫块；

（3）在上试件、下试件多个位置布置多个磁性薄吸板与多个加速度传感器，以测得上下试件多个位置处的位移、加速度信号；

（4）将涡流传感器安装在支架装配体上，且使涡流传感器与磁性薄吸板的上方，调节涡流传感器上的螺母以调整其与所测磁性薄吸板间距，以便更好测量；

（5）通过激振器激励，同时记录各个传感器的相应信号；

（6）对各传感器信号进行后处理，得到法向动态特性参数值。

7.如权利要求6所述的结合面法向动态特性参数测试装置的使用方法，其特征在于：所述的传感器信号后处理过程如下：

（1）由信号系统输出简谐信号，通过放大器进行功率放大，然后由激振器对下试件施加简谐载荷f(t)；

（2）建立测试装置中试件及结合面的动力学模型；将结合面等效为弹簧阻尼单元，其中m_x为下试件质量，K_j为结合面的等效刚度，C_j为结合面等效阻尼，δ_j(t)为结合面处位移，其中即取两个结合面处所测位移值的平均值，δ_j1（t）为吸附在下试件表征结合面位移的磁性吸板位移量；δ_j2（t）为吸附在下试件表征结合面位移的磁性吸板位移量；f(t)为激振器所施加在下试件上的简谐激振力，f_j(t)为等效到结合面处的简谐力，下试件与结合面共同组成了二阶线性有阻尼质量-弹簧系统；

系统的运动微分方程为：

mxa+Cjδj·(t)+Kjδj(t)=f(t)---(1)]]>

令：

fj(t)=Cjδj·(t)+Kjδj(t)---(2)]]>

且近似为f_j(t)＝F_m cosωt    （3）

其中：m_x为下试件质量；a为下试件加速度；C_j为结合面阻尼；K_j为结合面刚度；δ_j(t)为结合面处位移；为结合面处速度，由位移求导而得；f(t)为激振器所施加在下试件上的简谐激振力，f_j(t)为等效到结合面处的简谐力；F_m为结合面处所受激振力幅值；ω为激振力的频率；由于激励为简谐函数，故稳态响应即结合面处位移也是简谐函数，且具有相同的ω，故有

式（4）中δ_m为结合面位移幅值，为相位差；ω为激振力的频率；

将式（4）带入式（2）、（3）整理可得，

即：

由于f(t)、δ_j与α均可测，即在式（6）、（7）、（8）中F_m与δ_m已知，但未知；故K_j和C_j的求解过程中，的求解是重点；运用Kelvin-Voight模型应变能有关结论，

Cj=Kj·ψ2π·ω---(10)]]>

带入式（9），得

式（11）中ψ为Kelvin-Voight模型中的耗能系数，其计算式为

ψ=2EdnEpln+Epun---(12)]]>

式（12）中为一个加、卸载循环中的耗能，为加载过程中的应变能，为卸载过程中的应变能。