现代振动测试技术实验教学探索与实践.pdf
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1、 西南交通大学学报(社会科学版)2023 年 2 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Feb.2023 第 24 卷 (Social Sciences)Vol.24 增刊第 2 期 实验教学 现代振动测试技术实验教学探索与实践 田 征,徐明龙(西安交通大学航天航空学院)摘 要:现代力学测试技术是力学专业本科生的专业核心课程,振动测试技术是课程重要组成部分。工程实践性和学科交叉性突出,旨在培养学生理论联系实际,解决实际工程问题的能力。振动测试技术是力学测试技术的重要组成部分。现代振动测试技术以面向工程实际和多学科交叉人才培养需求,培养学生力学实践
2、环节,发现问题解决问题的能力。将现代力学测试技术和航天工程振动测试技术有机贯通,有效激发了学生学习的积极性,提高了学生的工程实践能力和创新能力。关键词:实验教学;实践能力;振动测试技术 作者简介:田征(1988-),男,陕西西安人。西安交通大学航天航空学院,力学国家级实验教学示范中心,工程师,主要从事基于压电的智能结构设计,结构振动主动控制技术研究。E-mail:tianzheng_。一、引言 面对当前新一轮科技革命和产业改革的关键时期,科技发展迅猛,新技术新理念层出不穷。新技术理念、新技术需求、新的工程技术发展方向往往掌握在企业手中。如何培养并造就出具有扎实理论知识、突出的创新实践能力、先进
3、工程科技创新思维的青年才俊和企业需求快速对接,贡献自己力量,是当前社会给学校提出的新的课题。在我国航天航空实验蓬勃发展的时代下,对有航天航空行业背景要求下的力学专业提出了更高更专的要求1。针对高素质综合性人才培养目标,实践创新能力是应用型人才培养的关键2。实验教学是锻炼学生基本实践能力,培养创新实践能力的重要环节2。本科生阶段在专业领域内全面且扎实的理论知识学习基础上,通过综合试验课程的形式,让学生学习用多种方法测量多种力学相关物理量的基本方法,通过既定的试验系统,认识传感器及测试系统的软硬件,可加深学生对各种传感器参数、测试系统搭建基本原理的认识。通过开放试验课程的方式,让学生利用现有试验条
4、件,自行设计并搭建试验系统,根据课堂学习数据处理方法,分析结果,发掘学生的主观能动性,培养学生的自主创新实践能力。论文以本科生课程-现代力学测试技术和开放实验项目智能结构振动主动控制实验的实践情况为例,层次分明,重点突出,有助于实现应用创新型工科人才培养目标。130 西南交通大学学报(社会科学版)第 24 卷 二、课程体系梳理 现代力学测试技术课程主要涉及应变电测、光测和振动信号测量三大部分。通过现代力学测试技术学习,学生可以掌握测试技术的基本知识和技能,了解各传感器的特点,评价传感器的能力,掌握相关传感器的一般使用方法和技巧,初步掌握力学静态、动态量测试的基本技能3。振动测试技术作为现代力学
5、测试技术课程的重要组成,课程占比较大,系统性讲述了测试系统的构成,常用测试方法,常用测试仪器,信号处理方法等。在理论介绍基础进行集中课程实验,强调课程的实践属性,锻炼学生的基本的实践能力4。三、以振动测试技术课程为例讲述知识全面性,创新能力的提升性(一)针对测试实验课程的设置 在振动测试实验课程按照“基础-应用-提高”三个层次进行设置。振动测试实验课程的在振动测试平台上进行,可涵盖本课程所需的所有知识点和能力点。1振动测试基础部分 课程设置机械振动参数测量和冲击运动测量两个基础性实验,实现对振动信号测试技术比较全面的覆盖。机械振动参数测量实验利用位移、速度、加速度传感器测量经典简谐振动的位移、
6、速度、加速度。通过各参数的关系比较测量数值与理论计算,分析误差,进一步认识工程测试的复杂性。通过力锤敲击法测冲击运动,进一步认识力锤、瞬态信号的特点,灵敏度、采用频率、相关函数的重要性,为后续工程实践奠定基础。2振动测试应用部分 在工程实际中,结构振动测试常关注结构的固有频率、阻尼比和振型、频率响应函数等基本参数。针对航天航空领域常见的大型结构-可展开卫星天线、飞机机翼、卫星平台以及卫星的某有效载荷,分析被测对象的振动特点,引出振动测量所需要的设备以及测量设备需要具备的特点,如可展开卫星天线结构复杂,具有激振器安装困难,低频特性突出,振型复杂测点多的特点。针对实验课程的简支梁,介绍幅值判别法、
7、相位判别法测共振的特点,比较两种方法测量谐振频率结果,分析误差。通过实际曲线介绍半功率点法和自由衰减法测量阻尼比的优缺点。在介绍频响函数的基础上,测量对象的频响函数,通过参数识别,计算结构的固有频率、阻尼比。通过不同方法的对比,进一步分析针对参数测量时,测试方法的选用技巧。用敲击法测简支梁的模态参数,使用力锤测振是力学类学生面向工程实践需求的必备技能,在掌握力锤的使用技巧的基础上,根据学生培养的方向,选择圆盘或简支梁作为敲击对象,体会工程实际负责结构测试时力锤测振的优缺点。3.振动测试实验能力拔高与扩展 现代力学测量的振动测试课程中,上述两个模块为常规的实验项目,主要用于理论知识的理解、传感器
8、及其参数、测试仪器的认识,对激发学生思维的发散性和创新性不足。大型可展开卫星天线工作时的体积远大于卫星本体,质量与卫星平台接近。以大型环形天线为例,工作状态天线惯量大,具有固有频率低、低阻尼的特点。天线一旦振动,持续时间较长,往往会引起平台振动,影响平台相机等有效载荷观测精度,剧烈振动甚至可能导致平台失稳。因此,这类大型往往需要振动抑制。以大型可展开卫星天线为例,结构振动参数测量是基本的要求。在获得结构振动的参数基础上,需要分析采用被动抑振还是主动抑振。被动振动抑制主要是通过增加阻尼材料来实增刊第 2 期 131 田 征 现代振动测试技术实验教学探索与实践 现振动的被动衰减。空间结构振动主动控
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