用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台

技术领域

本发明涉及复合材料结构振动测试技术领域，具体涉及一种能够用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台。

背景技术

复合材料圆柱壳相对于金属圆柱壳，具有质量轻、耐腐蚀、绝缘性等特点，目前正在被越来越多地应用于航空航天、船舶、海洋工程、石油化工、兵器制造以及核工业等重要领域。复合材料圆柱壳虽然有很大的强度和刚度，但振动问题也很突出，在绕其中心轴旋转过程中，如果同时受到外部激励的情况下，将产生行波振动。特别是薄壁圆柱壳，在受到较强的激励时，将产生大振幅运动，这会使其更容易发生破坏。所以对圆柱壳进行行波振动测试就显得尤为重要。

目前，人们对复合材料圆柱壳开展行波振动试验研究工作的并不多见,其主要原因是由于在旋转状态下的激振方法和测振手段难以解决。常规的电涡流和电磁激振,往往只适用于金属壳体的激励(由于复合材料壳体难以产生涡流或电磁感应效应)，且对大型转动金属壳激振则需要很大的电磁场或涡流效应,上述方法一般情况下只适用于尺寸较小的金属圆柱壳。另外，以往人们设计的旋转振动试验台，通常采用电涡流传感器、滑环引电式应变传感器或加速度传感器进行振动测量，上述方式对于圆柱壳受击振后的振动信息收集不够精确，测点一旦固定，在壳体旋转过程中并不能改变位置，导致行波振动试验结果不够全面，且由于传感器附加质量的影响，也在一定程度上影响行波振动测试的准确性。

激光测振是一种新兴的振动测试技术，可以通过全场扫描式激光测振仪快速、准确地获得近似平面结构的模态振型。但是对于复合材料圆柱壳结构，这种全场扫描式激光测振也无法满足测试要求。针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台。

具体技术方案如下：

用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台，包括远距离传动装置、圆柱壳夹持装置、弹射激励装置、激光圆周扫描装置和激光测振仪；所述激光圆周扫描装置与激光测振仪配合使用，通过改变激光光路，对圆柱壳击振后的振动信息进行采集，所述激光圆周扫描装置可以轴向进给，并且可随空心轴、带轮共同旋转，实现对圆柱壳不同点、不同截面的振动信息进行采集；

所述远距离传动装置包括双轴电动机，所述双轴电动机两端出轴分别通过轴与带轮一、带轮二连接；所述圆柱壳夹持装置安装在空心轴上，所述空心轴由轴承座固定，空心轴一端与带轮三连接，另一端与带轮四连接；所述带轮一与带轮四通过传送带一连接，带轮二与带轮三通过传送带二连接；所述弹射激励装置安装在圆柱壳夹持装置的一侧；所述激光测振仪固定在带轮四的外侧，其中心与所述空心轴中心对正；所述弹射激励装置安装在试验台台面上，位于圆柱壳的一侧。

所述双轴电动机两端出轴与轴通过联轴器连接，所述轴与带轮一、带轮二采用平键连接，空心轴与带轮三、带轮四采用平键连接。

所述弹射激励装置底部台面上设置燕尾槽，转动手柄，弹射激励装置可沿燕尾槽导轨轴向运动。

所述弹射激励装置可发射击振小锤，使其对高速旋转的圆柱壳击振，且击振力大小可调节和控制。

用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台使用方法如下：

(1)根据圆柱壳的几何尺寸，调整圆柱壳夹持装置的位置，将圆柱壳稳定装夹在试验台上；

(2)启动激光测振仪，使激光经空心轴照射到反光镜上，之后反射到圆柱壳表面上的某点；

(3)调节激光扫描装置后端的滚珠丝杠结构，使安装在该装置前端的反光镜位于轴向上合适的位置，从而使激光经反光镜反射到圆柱壳表面上的待测点，反光镜与圆柱壳可同步旋转，从而使得激光反射点能够跟随测量点实现测量；

(4)启动电动机，使圆柱壳通过试验台的传动系统经夹持装置带动，高速旋转；

(5)调节弹射激励装置的位置，确定合适的击振点；

(6)调节弹射激励装置上的拉杆固定装置，确定合适的击振力大小；

(7)拉动弹射激励装置的拉杆到固定位置，接通电源，使弹射激励装置对圆柱壳进行击振；

(8)激光测振仪将收集信息并传给分析仪分析结果；

(9)重复步骤(6)-(8)，进行多次测试，减少试验误差；

(10)启动安装在圆周扫描装置反光镜后端的电机，使反光镜与圆柱壳实现差速转动，并且通过该装置后端的滚珠丝杠结构，改变反光镜的轴向位置，从而可在一定范围内测量圆柱壳任意一个截面的振动情况。

本方法的优点是：

(1)圆柱壳专用夹持装置，能在一定范围内使不同直径的圆柱壳在试验过程中能够得到稳定有效的夹持，同时，对圆柱壳里侧进行支撑的同时外侧进行夹持，可避免对圆柱壳造成破坏。传统的圆柱壳夹持装置一般不能调节夹持直径的大小或是会对圆柱壳的表面造成一定的破坏，本装置能有效克服这两个缺点，实现对圆柱壳稳定有效的夹持。

(2)本发明中弹射激励装置可以通过开关装置可以控制每次试验击振力的大小，从而可以重复试验，测得多组数据，以减少试验误差。本发明可改变击振的位置，对高速旋转的圆柱壳的不同位置进行击振然后分析数据，使测量结果更具有普遍性，此外设计有击振小锤固定锁，可有效预防对圆柱壳造成二次击振。

(3)圆周扫描装置通过与激光测振仪配合使用，可以准确、快速的测量圆柱壳上某个点或者某个截面的振动，并且可以方便的改变测量位置，反光镜的位置也可以调整，使测量点的位置能够根据实验人员的要求进行改变，也同样减少了试验结果的偶然性。。

(4)本发明的装置成本低，寿命长，试验要求少，适合绝大多数复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动情况。可进行多次测量，减少试验误差。

附图说明

图1为本发明旋转振动试验台的正视图；

图2为本发明旋转振动试验台的弹射激励装置俯视图；

图3为本发明旋转振动试验台的激光圆周扫描装置俯视图；

图4为本发明弹性激励装置的轴侧图；

图5为本发明固定复合材料圆柱壳后的旋转振动试验台的轴侧图；

图6为本发明弹射激励装置的拉杆固定装置示意图。

图中：1-带轮一，2-联轴器，3-双轴电动机，4-传送带一，5-带轮二，6-激光测振仪，7-带轮三，8-传送带二，9-圆柱壳夹持装置，10-弹射激励装置，11-拉杆固定装置，12-轴承座，13-带轮四，14-激光圆周扫描装置，15-手柄，16-拉杆，17-击振力控制装置，18-击振小锤，19-挡杆，20-击振小锤固定锁，21-齿轮，22-反光镜，23-减速电机，24-滚珠丝杠。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。图1为本发明旋转振动试验台的正视图；图2为本发明旋转振动试验台的弹射激励装置俯视图；图3为本发明旋转振动试验台的激光圆周扫描装置俯视图；图4为本发明弹性激励装置的轴侧图；图5为本发明固定复合材料圆柱壳后的旋转振动试验台的轴侧图；图6为本发明弹射激励装置的拉杆固定装置示意图。

如图所示，用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台，包括远距离传动装置、圆柱壳夹持装置9、弹射激励装置10、激光圆周扫描装置14和激光测振仪6；激光圆周扫描装置14与激光测振仪6配合使用，通过改变激光光路，对圆柱壳击振后的振动信息进行采集，激光圆周扫描装置14可以轴向进给，可随着空心轴、带轮共同旋转，实现对圆柱壳不同点、不同截面的振动信息进行采集；

远距离传动装置包括双轴电动机3，双轴电动机3两端出轴分别通过轴与带轮一1、带轮二5连接；所述圆柱壳夹持装置9安装在空心轴上，所述空心轴由轴承座固定，空心轴一端与带轮三7连接，另一端与带轮四13连接；所述带轮一1与带轮四13通过传送带一4连接，带轮二5与带轮三7通过传送带二8连接；所述弹射激励装置10安装在试验台台面上，位于圆柱壳的一侧；所述激光测振仪6固定在带轮四13的外侧，其中心与所述空心轴中心对正；所述激光圆周扫描装置14固定在空心轴上带轮三7一侧上。

双轴电动机3两端出轴与轴通过联轴器2连接，所述轴与带轮一1、带轮二5采用平键连接，空心轴与带轮三7、带轮四13采用平键连接。

弹射激励装置10底部台面上设置燕尾槽，转动手柄15，弹射激励装置10可沿燕尾槽导轨轴向运动。

弹射激励装置10可发射击振小锤18，使其对高速旋转的圆柱壳击振，且击振力大小可调节和控制。

用于复合材料圆柱壳行波振动测试的旋转振动试验台使用方法如下：

(1)根据圆柱壳的几何尺寸，调整圆柱壳夹持装置9的位置，将圆柱壳稳定装夹在试验台上；

(2)启动激光测振仪6，使激光经空心轴照射到反光镜22上，之后反射到圆柱壳表面上的某点；

(3)调节激光圆周扫描装置14后端的滚珠丝杠24结构，使安装在该装置前端的反光镜22位于轴向上合适的位置，从而使激光经反光镜22反射到圆柱壳表面上待测点，因为整个激光扫描装置固定在空心轴上，所以反光镜22与圆柱壳可同步旋转，从而使得激光反射点能够跟随测量点实现测量；

(4)启动双轴电动机3，使圆柱壳通过试验台的传动系统经圆柱壳夹持装置9带动，高速旋转；

(5)调节弹射激励装置10的位置，确定合适的击振点；

(6)调节弹射激励装置10上的拉杆固定装置11，确定合适的击振力大小；

(7)拉动弹射激励装置10的拉杆16到固定位置，接通电源，使弹射激励装置10对圆柱壳进行击振；

(8)激光测振仪6将收集信息并传给分析仪分析结果；

(9)重复步骤(6)-(8)，进行多次测试，减少试验误差；

(10)启动安装在激光圆周扫描装置14的反光镜22后端的电机，可使反光镜22与圆柱壳实现差速转动，并且通过该装置后端的滚珠丝杠24结构，改变反光镜22的轴向位置，从而可在一定范围内测量圆柱壳任意一个截面的振动情况。