二维稳态热传导 代码实现_常用振动激励方式：稳态正弦 、瞬态和随机激振
在測(cè)量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、響應(yīng)和模態(tài)等時(shí)，需要對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一定的外力，讓其作受迫振動(dòng)或自由振動(dòng)，以便獲得相應(yīng)的激勵(lì)及其響應(yīng)。激勵(lì)方式通常可以分為穩(wěn)態(tài)正弦激振 、瞬態(tài)激振和隨機(jī)激振三種。
穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振是最普遍的激振方法，它是借助激振設(shè)備對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)頻率可控的簡(jiǎn)諧激振力。穩(wěn)態(tài)正弦激振頻率改變有兩種方式，即線性掃頻和對(duì)數(shù)掃頻，對(duì)于被測(cè)結(jié)構(gòu)關(guān)心固有頻率范圍不大的情形，采用線性掃頻；對(duì)于關(guān)心固有頻率范圍較大的情形，采用對(duì)數(shù)掃頻。
掃頻速度的控制：頻率的變化要盡可能慢，以使系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在共振區(qū)附近，頻率改變要小，而在非共振區(qū)，頻率改變可以多一些。這對(duì)于小阻尼系統(tǒng)尤為重要。
其優(yōu)點(diǎn)是：激振功率大，能量集中、信噪比高，能保證響應(yīng)測(cè)試的精度；信號(hào)的頻率和幅值易于控制；激勵(lì)的能量級(jí)不同時(shí)，在非線性結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生不同的頻率響應(yīng)函數(shù)，因而能檢測(cè)出系統(tǒng)的非線性程度；采用適調(diào)多點(diǎn)激勵(lì)時(shí)，在模態(tài)實(shí)驗(yàn)中可以直接得到頻域數(shù)據(jù)。
其缺點(diǎn)是：需逐個(gè)測(cè)量各個(gè)頻率點(diǎn)上的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，測(cè)試周期長(zhǎng)，特別是小阻尼結(jié)構(gòu)，更加明顯；不能通過(guò)平均消除系統(tǒng)非線性因素的影響；容易產(chǎn)生泄漏誤差。
瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振為對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)瞬態(tài)變化的力，是一種寬帶激勵(lì)方法。常用的激勵(lì)方式有快速正弦掃描激振、脈沖激振、階躍(張弛)激振三種。
1. 快速正弦掃描激振
激振信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器供給，其頻率可調(diào)，激振力為正弦力。但信號(hào)發(fā)生器能夠作快速掃描，激振信號(hào)頻率在掃描周期T內(nèi)成線性增加，而幅值保持不變。
快速正弦掃描激振力信號(hào)的函數(shù)表達(dá)式為：
該激勵(lì)方式能在兩極限頻率之間產(chǎn)生一平直譜，而在極限頻率之外，譜幅為零，即矩形頻譜。幅值頻譜在起始頻率f上與終了頻率f下處有明顯的躍遷，基本上呈矩形，頻譜曲線的平均值上疊加的小波幅與T的算數(shù)平方根的倒數(shù)成正比，這種激勵(lì)可以很方便地選定和準(zhǔn)確控制所需的激振頻率范圍。
其優(yōu)點(diǎn)是：可消除泄漏誤差，信噪比好，測(cè)試速度快，容易控制激勵(lì)的頻率含量等。
其缺點(diǎn)是：為控制猝發(fā)時(shí)間，需特殊硬件，不能消除結(jié)構(gòu)非線性因素的影響。
2. 脈沖激振
脈沖激振是用一個(gè)裝有傳感器的錘子(又稱脈沖錘)敲擊被測(cè)對(duì)象，對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)力脈沖，同時(shí)測(cè)量激勵(lì)和被測(cè)對(duì)象。脈沖的形成及有效頻率取決于脈沖的持續(xù)時(shí)間。而持續(xù)時(shí)間則取決于錘端的材料，材料越硬，持續(xù)時(shí)間越小，則頻率范圍越大。
其優(yōu)點(diǎn)是：脈沖錘激振設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便，對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，特別適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試;激勵(lì)頻率成分與能量可大致控制，試驗(yàn)周期短，無(wú)泄漏。
缺點(diǎn)是：信噪比較差，特別是對(duì)大型結(jié)構(gòu)，激勵(lì)能量往往不足以激起足夠大的響應(yīng)信號(hào)。且在著力點(diǎn)位置、力的大小、方向的控制等方面，需要熟練的技巧，否則會(huì)產(chǎn)生很大的隨機(jī)誤差。
3. 階躍(張弛)激振
階躍激振是通過(guò)突加或突卸力載荷(或位移)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的瞬態(tài)激勵(lì)。如使用一根剛度大、重量輕的繩索拉緊被測(cè)結(jié)構(gòu)某一部分，突然釋放繩索中的拉力，就會(huì)形成系統(tǒng)的一個(gè)階躍激勵(lì)。
階躍激勵(lì)的特點(diǎn)是能給結(jié)構(gòu)輸入很大的能量，但激勵(lì)中高頻成分較少，一般只能激勵(lì)出系統(tǒng)的低階主振動(dòng)。
階躍激振屬于寬帶激振，適用于大型、重型結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析在建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)試中被普遍應(yīng)用。它一般是在其它激勵(lì)很難實(shí)現(xiàn)時(shí)采用，并非一種常用且優(yōu)選的激勵(lì)方式。
隨機(jī)激振隨機(jī)激振是一種寬帶激振，一般用純隨機(jī)、偽隨機(jī)或猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)為激勵(lì)信號(hào)。
1. 純隨機(jī)信號(hào)
純隨機(jī)信號(hào)一般由模擬電子噪聲發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)低通濾波成為限帶白噪聲，在給定頻帶內(nèi)具有均勻連續(xù)譜，可以同時(shí)激勵(lì)該頻帶內(nèi)所有模態(tài)。白噪聲的自相關(guān)函數(shù)是一個(gè)單位脈沖函數(shù)，即除τ=0 處以外，自相關(guān)函數(shù)等于零，在τ=0 時(shí)，自相關(guān)函數(shù)為無(wú)窮大，而其自功率譜密度函數(shù)幅值恒為1。
實(shí)際測(cè)試中，當(dāng)白噪聲通過(guò)功放并控制激振器時(shí)，由于功放和激振器的通頻帶是有限的，所以實(shí)際的激振力頻譜不能在整個(gè)頻率域中保持恒值，但如果在比所關(guān)心的有用頻率范圍寬得多的頻域內(nèi)具有相等的功率密度時(shí)，仍可視為白噪聲信號(hào)。
純隨機(jī)信號(hào)優(yōu)點(diǎn)是：可以經(jīng)過(guò)多次平均消除噪聲干擾和非線性因素的影響，得到線性估算較好的頻響函數(shù);測(cè)試速度快，可做在線識(shí)別。
其缺點(diǎn)是：容易產(chǎn)生泄漏，雖然可以加窗控制，但會(huì)導(dǎo)致分辨率的降低，特別是小阻尼系統(tǒng)；激振力譜難以控制。
2. 偽隨機(jī)信號(hào)
將白噪聲在時(shí)間T(單位為s)內(nèi)截?cái)?#xff0c;然后按周期T重復(fù)，即形成偽隨機(jī)信號(hào)。偽隨機(jī)信號(hào)自相關(guān)函數(shù)與白噪聲的自相關(guān)函數(shù)相似，但由于它有一個(gè)重復(fù)周期T，它的自相關(guān)函數(shù)Rx(t)在τ=0時(shí)，T、2T、...以及-T、-2T，... 各點(diǎn)取值為a2，而在其余各點(diǎn)之值均為零。
偽隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)方法，既具有純隨機(jī)信號(hào)的真實(shí)性，又因?yàn)橛幸欢ǖ闹芷谛?#xff0c;在數(shù)據(jù)處理中避免了統(tǒng)計(jì)誤差。
偽隨機(jī)信號(hào)優(yōu)點(diǎn)是：激勵(lì)信號(hào)的大小和頻率成分易于控制，測(cè)試速度快;如果分析儀的采樣周期等于偽隨機(jī)信號(hào)周期的整數(shù)倍，就可以消除泄漏誤差。
其缺點(diǎn)是：抗干擾能力差;由于信號(hào)的嚴(yán)格重復(fù)性，不能采用多次平均來(lái)減少噪聲干擾和測(cè)試結(jié)構(gòu)非線性因素的影響。
3. 猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)
猝發(fā)隨機(jī)激勵(lì)只在測(cè)量周期的初始一段時(shí)間輸出信號(hào)，其占用時(shí)間可任意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同阻尼的結(jié)構(gòu)。與連續(xù)隨機(jī)信號(hào)作為激勵(lì)源不同的是，猝發(fā)隨機(jī)激勵(lì)時(shí)，能保證一個(gè)測(cè)量窗的響應(yīng)信號(hào)完全由同一測(cè)量窗的激勵(lì)信號(hào)引起，輸入與輸出相干性較好。而連續(xù)隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)時(shí)，下一個(gè)測(cè)量窗的響應(yīng)信號(hào)可能有一部分是由上一個(gè)測(cè)量窗的激勵(lì)信號(hào)引起。
猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)具有周期隨機(jī)信號(hào)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，既具周期性，有具隨機(jī)性，同時(shí)有具瞬態(tài)性，測(cè)試速度較偽隨機(jī)要快，是一種優(yōu)良的激勵(lì)信號(hào)。
其缺點(diǎn)是：為了控制猝發(fā)時(shí)間，需增加特殊硬件設(shè)備。
本文根據(jù)百度文庫(kù)中的西安交通大學(xué)PPT講義《現(xiàn)代力學(xué)測(cè)量技術(shù)：第三部分振動(dòng)的激勵(lì)與激振設(shè)備》的部分內(nèi)容整理而成，講義由sxer636分享，講義原作者不詳，故而未能標(biāo)注，望見諒。
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總結(jié)
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