讨论:音叉结构可以有效增大振幅吗

ecust2008

最近在搞一个振动结构突然发现:

由压电驱动器驱动结构一阶横向振动.频率在360HZ..驱动单个管子无明显振动...但是如果将固有频率接近的套管做到一起.会发生明显振动.

现在将这个问题简化为音叉结构,问题转化为..驱动单个叉柄..叉柄无明显振动(或者说振幅很小),但是对整个音叉给入其系统频率进行驱动,可以激发很明显的共振,这个振幅应该远远大于对单个叉柄的振动.

那么我们可以得到这样的结论么,音叉结构可以有效增大单个结构的振幅.

当然这种假设有很多问题,我自己能想的到的,单个叉柄的固有频率与音叉的系统频率是不一样的,单个叉柄与音叉系统的频率存在什么联系么

iewoug

其实楼主这个问题是个很普遍存在的现象
对于单个音叉而言，在360HZ输入下，不处于它的共振频带范围内，振动较小；
对于两个相同音叉组成的音叉结构，由于整体系统的频率在原单个音叉频率的两侧，并对原频率有所偏移，在360HZ输入下，楼主观测到较大的共振产生，说明此时处于共振区。。。
此种结构类似动力吸振器，不同的是动力吸振器的质量相对于其所控制的结构较小，吸振时 体系的振型体现在吸振子的振动上。而对于音叉结构，由于两个音叉相同，对应振型对称，所以整个音叉共振，响应明显。
建议楼主具体做个数值分析，会对这个概念有更好的理解

ecust2008

谢谢楼上的

其实我是想做这样一种假设，但现在没有找到理论依据。

因为功能需要，现需设计物理结构，使得压电陶瓷驱动不锈钢棒振动。考虑到系统长时间振动会产生疲劳损坏，应将系统能量控制在一个较小的范围内，不能使系统工作于高阶频率；但是低阶弯曲振动不足以使不锈钢棒体产生明显振动，现在的假设是：音叉结构是否有这种放大作用，在同样低能量（小驱动力）驱动的低阶振型条件下，可以将单个结构无法实现的振动激发出来。


受迫振动的振幅取决于激振力的大小和频率。尽管频率处于系统的共振频率，但对于刚度很大的结构，驱动力太小也无法得到明显的振动的。


往大里说，这可不可能是一种有效的节约能量就能激发明显振动的方法。


思路有些乱。。希望能看懂我的意思。

iewoug

从我的理解来看，你的驱动力是由压电陶瓷提供，使得不锈钢棒振动。
目的是 通过小驱动力，驱动低阶频率的振动，进而激发高阶频率的振动？
从而达到节省能源的目的？

ecust2008

原帖由 iewoug 于 2008-6-11 20:38 发表

                               
登录/注册后可看大图

从我的理解来看，你的驱动力是由压电陶瓷提供，使得不锈钢棒振动。
目的是 通过小驱动力，驱动低阶频率的振动，进而激发高阶频率的振动？
从而达到节省能源的目的？

差不多,有点出入,我的最终目的是以低频率,小驱动力获得一个明显振动.

低频率,小驱动力做为已知条件不能更改了...那么只能在结构上做出变化..类似音叉结构是否可以满足这个要求呢

iewoug

应该是不能啊
如果两个叉柄频率相等，则分布在原频率附近，需要高阶输入
如果两个叉柄一个高频一个低频，激发柔的叉柄，输入低级频率，会引起两叉柄的共振，相对刚的叉柄响应同样很小
这与那个讨论原点频响和跨点频响传递函数的共振点，反。共振点的帖子意思差不多
我认为。。。跨点与原点频响传递函数对应的共振点相同
(经过修改)

[ 本帖最后由 iewoug 于 2008-6-12 14:39 编辑 ]

ecust2008

麻烦楼上的了....并不是2个音叉..我指的单一结构..充其量也只是一个叉柄(半个音叉)
我把具体的结构图发上来

iewoug

上面的回复帖已经重新编辑过了。。你看看 －   －

[ 本帖最后由 iewoug 于 2008-6-12 10:54 编辑 ]

ecust2008

如图...这是一个振动式料位传感器（测固体粉末状在罐体力的位置）压电陶瓷固定在底座上，驱动右端棒体振动。棒体分为内外两管。。固定端为左端螺纹处

我是这样理解他的结构功能的

上端电子部分给出合适频率的波形信号输入压电驱动器，由逆压电效应，驱动压电陶瓷振动。压电陶瓷分为两部分：驱动部分与反馈部分。压电驱动器的振动带动物理结构振动，如果这个频率与他们自身的固有频率接近，则振幅显著增大。当被测介质到达并部分覆盖住探头时，振动阻尼突然增强，这种振动参数的改变将通过反馈回路触发继电器，从而给出报警信号。
一般振动分析多是避免系统处于共振区内，为了实现料位开关的功能，需设计物理结构，使得系统一直工作于共振区。考虑到系统长时间振动会产生疲劳损坏，应将系统能量控制在一个较小的范围内，不能使系统工作于高阶频率；但是低阶弯曲振动不足以使不锈钢棒体产生明显振动，所以采用了两部分，类似于音叉振动：振动探头由内外两管组成，两管1阶弯曲振动频率接近，压电陶瓷产生振动通过压电陶瓷支架与底座传递到内外两管，当驱动频率与系统频率接近时，探头开始明显振动。
当外部覆盖物料时，可视为系统阻尼增加，由幅频特性曲线可知，系统振幅随着阻尼增加显著降低。根据压电效应，振幅减小带动电压降低，反馈回路检测到电压的变化，驱动继电器给出开关量，从而实现了料位传感器的功能

但是对于它为什么设计成内外管2部分一直没能搞清楚（内管里还有一质量块，估计是为了调节质量分布，微调系统频率）

ecust2008

对此结构整体做了次分析（边界条件为在螺纹处固定），其1，2阶频率为360，600HZ，用传感器测了下，傅利叶变换后曲线得出接近的结果
对单个内管分析（边界条件我固定到支座处的焊缝上了）结果见图
单个外管（边界条件在外管与底座焊缝），1阶弯曲频率得到351，360HZ

这样分析发现，内外管，整体频率都很接近，所以才有这个帖子的问题

iewoug

'内外管，整体频率都很接近'
不存在低频激高频的问题。。。
之所以产生单管不振双管振，只是因为组合之后的系统在360HZ激励下处于共振区
而单管在360HZ时已经偏离共振区了。。。。
这个设备利用了阻尼对共振的显著影响

[ 本帖最后由 iewoug 于 2008-6-12 14:44 编辑 ]

wallenq

按照你的说法是，如果我只用一根单管将其做成固有频率在360HZ时，然后给它360HZ的驱动力，他也会有明显的振动？

ecust2008

原帖由 wallenq 于 2008-6-13 09:48 发表

                               
登录/注册后可看大图

按照你的说法是，如果我只用一根单管将其做成固有频率在360HZ时，然后给它360HZ的驱动力，他也会有明显的振动？

尽管驱动频率与系统频率一致,但是由于驱动力过小,系统刚度很大,也不会有明显的振动的.

之所以产生单管不振双管振，只是因为组合之后的系统在360HZ激励下处于共振区
而单管在360HZ时已经偏离共振区了。。。。

个人认为,满足系统频率输入是系统共振的最基本条件,但是如果对大刚度系统发生明显振动的话,内外管结构应该还是有增大振幅的作用的

iewoug

共振增大响应，对于你说的情况。可以从动力放大系数得以体现，共振时动力放大系数最大，说明的是动态响应与静态响应的比值
不是响应的绝对量值。。。所以你说的振动大小指的是arf*p/k，而共振体现的是arf最大(arf为动力放大系数)
11楼的回帖的意思是，我认为驱动力足够大了，所以产生明显振动，不存在低频来激发高频的目的
to ecust2008：
想问一下，驱动力是很小的么？
内外管增大振幅没有道理的，可以做个数值看看啊
单自由度和两个自由度在弦波激励下的响应，单个和两个自由度分别共振时幅值相差不大。

yejet

个人认为主要还是共振导致的，从理论上来讲系统无阻尼的话，如果进入共振状态，即便输入幅值很小，同样会使振动幅值达到无穷大，共振条件下，幅值的大小主要和阻尼有关