一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法

摘要

一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法，该装置包括稳态激励装置、激光测振仪、测试反光镜、电动机、稳压电源、数据采集分析仪和上位机；稳态激励装置用于激励圆柱壳使其发生稳态振动；测试反光镜反射激光光束到圆柱壳内壁上；电动机用于驱动测试反光镜进行360度旋转，稳压电源为电动机供电；数据采集分析仪实时采集和记录圆柱壳的振动响应信号并传送振动响应信号给上位机；上位机对圆柱壳的振动响应信号进行分析及计算，最终绘制出圆柱壳的模态振型。测试反光镜旋转一周后沿圆柱壳内腔中心轴线上下移动测试反光镜，可获得圆柱壳大量测点的振动响应数据，这些数据可用于辨识圆柱壳的模态振型以及分析圆柱壳在发生共振时的振动响应特点。

权利要求

1.一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试方法，采用基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置实现，该装置包括：稳态激励装置、激光测振仪、测试反光镜、电动机、稳压电源、数据采集分析仪和上位机；

所述稳态激励装置用于激励圆柱壳使其发生稳态振动；

所述激光测振仪用于发出激光光束并投射到测试反光镜上，且通过测试反光镜返回的激光光束获得圆柱壳的振动响应；

所述测试反光镜用于反射激光光束到圆柱壳内壁上；

所述电动机用于驱动测试反光镜进行360度旋转，实现激光束在圆柱壳内壁的圆周扫描；

所述稳压电源用于为电动机供电；

所述数据采集分析仪用于实时采集和记录圆柱壳的振动响应信号并传送振动响应信号给上位机；

所述上位机用于对圆柱壳的振动响应信号进行分析及计算，最终绘制出圆柱壳的模态振型；

所述测试反光镜的中心与圆柱壳内腔中心在同一轴线上；测试反光镜连接电动机的输出端；电动机的输入端连接稳压电源；

所述激光测振仪连接数据采集分析仪，数据采集分析仪连接上位机；

其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在上位机上对圆柱壳进行有限元分析后获得该圆柱壳的各阶固有频率，并根据该圆柱壳的各阶固有频率确定扫频激励的扫频频率范围；

步骤2：启动激光测振仪，激光光束通过测试反光镜投射到圆柱壳内壁任一点上；同时启动稳态激励装置对圆柱壳进行粗扫，得到圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和圆柱壳的各阶模态阻尼比；

步骤2-1：设定粗扫扫频速度，并在扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

步骤2-2：激光测振仪实时采集圆柱壳的振动响应信号并发送给数据采集分析仪；

步骤2-3：数据采集分析仪实时采集并记录圆柱壳各测点的振动响应信号并传送给上位机；

步骤2-4：根据圆柱壳各测点的振动响应信号，上位机获得圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和圆柱壳的各阶模态阻尼比；

步骤3：根据圆柱壳的各阶固有频率粗扫值，上位机划分新的扫频频率范围，对圆柱壳进行精扫；

步骤3-1：在稳态激励装置中设定精扫扫频速度，且该精扫扫频速度小于最大扫频速度，并在所述的各个新的扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

精扫扫频速度S为：

式中，S为精扫扫频速度，Hz/s；Sm为最大扫频速度，Hz/s；ζ为对应阶次的模态阻尼比；fn为圆柱壳的第n阶固有频率粗扫值，Hz；n为圆柱壳的固有频率的阶次；

步骤3-2：激光测振仪实时采集新的圆柱壳振动响应信号并发送给数据采集分析仪；

步骤3-3：数据采集分析仪实时采集并记录圆柱壳各测点新的振动响应信号并传送给上位机；

步骤3-4：根据圆柱壳各测点新的振动响应信号，上位机识别出圆柱壳的各阶固有频率精扫值；

步骤4：在稳态激励装置中设定激励幅度，稳态激励装置分别以圆柱壳的各阶固有频率精扫值以及各阶固有频率精扫值分别对应的非共振区的任一频率值分别激励圆柱壳内壁任一位置；

步骤5：激光测振仪分别获得以圆柱壳的各阶固有频率激励圆柱壳的振动响应信号和以各阶固有频率精扫值分别对应的非共振区的任一频率值分别激励圆柱壳的振动响应信号，并通过数据采集分析仪实时传给上位机；

步骤6：经过频谱分析，上位机分别得到以圆柱壳的各阶固有频率激励圆柱壳对应的振动响应幅值和以各阶固有频率分别所对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳对应的振动响应幅值；

步骤7：上位机对以圆柱壳的各阶固有频率激励圆柱壳对应的振动响应幅值和以各阶固有频率分别所对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳对应的振动响应幅值作比较，并根据圆柱壳共振状态幅值判别标准判断圆柱壳是否处于共振状态，是，则执行步骤8，否，则执行步骤4；

共振状态幅值判别标准：

dres/dnon≥b (2)

式中，

dres为以圆柱壳的某阶固有频率激励圆柱壳对应的振动响应幅值；dnon为以圆柱壳的某阶固有频率所对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳对应的振动响应幅值；b为判别系数；

步骤8：分别以圆柱壳处于共振状态时对应的激励幅度及对应圆柱壳的各阶固有频率，稳态激励装置激励圆柱壳振动；

步骤9：从圆柱壳内壁任一起始位置开始，电机驱动测试反光镜旋转任一角度，即激光光束完成该角度对应的圆柱壳一段圆弧内壁的扫描，从而激光测振仪获得该段圆柱壳圆弧内壁测点的振动响应信号，并通过数据采集分析仪将其实时传给上位机；

步骤10：上位机获得所述圆柱壳一段圆弧内壁测点的振动响应信号的相位，并计算各相邻测点的相位差，根据各个相位差判定圆柱壳是否处于相位共振状态，若各个相位差接近0°或180°，则圆柱壳是处于相位共振状态，执行步骤18，否，则圆柱壳不处于相位共振状态，执行步骤11；

步骤11：电动机驱动测试反光镜旋转一周，完成一周的激光扫描；激光测振仪获得圆柱壳内壁一周测点的振动响应信号并通过数据采集分析仪实时传给上位机；

步骤12：沿圆柱壳内腔中心轴线向上下移动测试反光镜，完成多周的激光扫描；激光测振仪获得圆柱壳内壁多周测点的振动响应信号并通过数据采集分析仪实时传给上位机；

步骤13：根据圆柱壳内壁测点的振动响应数据，上位机绘制出圆柱壳各阶模态振型；

步骤13-1上位机对圆柱壳内壁一周测点的振动响应数据及圆柱壳内壁多周测点的振动响应数据进行时域响应信号降噪处理和加窗处理；

步骤13-2：上位机对时域响应信号降噪处理后的数据进行振动响应信号的缩减提取处理；

步骤13-3：根据圆柱壳的尺寸参数和缩减提取处理后获得的测点数量，上位机绘制出圆柱壳缩减提取后的测点的线框模型；

步骤13-4：上位机将某阶共振激励下缩减处理后的振动响应数据加载到各自对应的线框模型测点坐标值上，并绘制出各阶的模态振型。

说明书

一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于振动测试技术领域，具体涉及一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法。

背景技术

[0002] 圆柱壳是典型的工程结构件，广泛应用于航空、航天以及其他通用机械装备，例如航空发动机的机匣、航天器的各种舱体、造粒机里的转鼓。获得圆柱壳的模态振型对于该类结构件的动力学设计以及振动抑制都有重要的意义。

[0003] 长期以来，对圆柱壳模态振型的测试主要采用通用的实验模态分析理论提供的方法，即通过测试各响应点的频响函数来辨识模态振型，其中采用力锤或电磁激振器激励测试是最常用的方法。传统的基于各响应点的频响函数来获得模态振型时，需要不断的移动激励点或响应拾取点的位置，导致测试效率低下。以测试包含200个测点的圆柱壳为例，如要完成模态振型测试，大约需要4～6个小时。另外，由于圆柱壳通常固有频率间隔密集、模态之间耦合严重，因而这种传统的测试模态振型的方法，测试精度不高。

[0004] 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。但是对于圆柱壳结构，这种全场扫描式激光测振无法满足测试要求。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置及方法。

[0006] 本发明的技术方案：

[0007] 一种基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置，包括：稳态激励装置、激光测振仪、测试反光镜、电动机、稳压电源、数据采集分析仪和上位机；

[0008] 所述稳态激励装置用于激励圆柱壳使其发生稳态振动；

[0009] 所述激光测振仪用于发出激光光束并投射到测试反光镜上，且通过测试反光镜返回的激光光束获得圆柱壳的振动响应；

[0010] 所述测试反光镜用于反射激光光束到圆柱壳内壁上；

[0011] 所述电动机用于驱动测试反光镜进行360度旋转，实现激光束在圆柱壳内壁的圆周扫描。

[0012] 所述稳压电源用于为电动机供电；

[0013] 所述数据采集分析仪用于实时采集和记录圆柱壳的振动响应信号并传送振动响应信号给上位机；

[0014] 所述上位机用于对圆柱壳的振动响应信号进行分析及计算，最终绘制出圆柱壳的模态振型：

[0015] 所述测试反光镜的中心与圆柱壳内腔中心在同一轴线上；测试反光镜连接电动机的输出端；电动机的输入端连接稳压电源；

[0016] 所述激光测振仪连接数据采集分析仪，数据采集分析仪连接上位机。

[0017] 采用所述的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置测试圆柱壳模态振型的方法，包括如下步骤：

[0018] 步骤1：在上位机上对圆柱壳进行有限元分析后获得该圆柱壳的各阶固有频率，并根据该圆柱壳的各阶固有频率确定扫频激励的扫频频率范围；

[0019] 步骤2：启动激光测振仪，激光光束通过测试反光镜投射到圆柱壳内壁任一点上；同时启动稳态激励装置对圆柱壳进行粗扫，得到圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和圆柱壳的各阶模态阻尼比；

[0020] 步骤2-1：设定粗扫扫频速度，并在扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

[0021] 步骤2-2：激光测振仪实时采集圆柱壳的振动响应信号并发送给数据采集分析仪；

[0022] 步骤2-3：数据采集分析仪实时采集并记录圆柱壳各测点的振动响应信号并传送给上位机；

[0023] 步骤2-4：根据圆柱壳各测点的振动响应信号，上位机获得圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和圆柱壳的各阶模态阻尼比；

[0024] 步骤3：根据圆柱壳的各阶固有频率粗扫值，上位机划分新的扫频频率范围，对圆柱壳进行精扫；

[0025] 步骤3-1：在稳态激励装置中设定精扫扫频速度，且该精扫扫频速度小于最大扫频速度，并在所述的各个新的扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

[0026] 精扫扫频速度S为：

[0027]

[0028] 式中，S为精扫扫频速度，Hz/s；Sm为最大扫频速度，Hz/s；ξ为对应阶次的模态阻尼比；fn为圆柱壳的第n阶固有频率粗扫值，Hz；n为圆柱壳的固有频率的阶次；

[0029] 步骤3-2：激光测振仪实时采集新的圆柱壳振动响应信号并发送给数据采集分析仪；

[0030] 步骤3-3：数据采集分析仪实时采集并记录圆柱壳各测点新的振动响应信号并传送给上位机；

[0031] 步骤3-4：根据圆柱壳各测点新的振动响应信号，上位机识别出圆柱壳的各阶固有频率精扫值；

[0032] 步骤4：在稳态激励装置中设定激励幅度，稳态激励装置分别以圆柱壳的各阶固有频率精扫值以及各阶固有频率精扫值对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳内壁同一位置；

[0033] 步骤5：激光测振仪分别获得以圆柱壳的各阶固有频率激励圆柱壳的振动响应信号和以各阶固有频率精扫值分别对应的非共振区的任一频率值分别激励圆柱壳的振动响应信号，并通过数据采集分析仪实时传给上位机；

[0034] 步骤6：经过频谱分析，上位机分别得到以圆柱壳的各阶固有频率激励圆柱壳对应的振动响应幅值和以各阶固有频率分别所对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳对应的振动响应幅值；

[0035] 步骤7：上位机对以圆柱壳的各阶固有频率激励圆柱壳对应的振动响应幅值和以各阶固有频率分别所对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳对应的振动响应幅值作比较，并根据圆柱壳共振状态幅值判别标准判断圆柱壳是否处于共振状态，是，则执行步骤8，否，则执行步骤4；

[0036] 共振状态幅值判别标准：

[0037] dres/dnon≥b (2)

[0038] 式中，

[0039] dres为以圆柱壳的某阶固有频率激励圆柱壳对应的振动响应幅值；dnon为以圆柱壳的某阶固有频率所对应的非共振区的任一频率值激励圆柱壳对应的振动响应幅值；b为判别系数；

[0040] 步骤8：分别以圆柱壳处于共振状态时对应的激励幅度及对应圆柱壳的各阶固有频率，稳态激励装置激励圆柱壳振动；

[0041] 步骤9：从圆柱壳内壁任一起始位置开始，电机驱动测试反光镜旋转任一角度，即激光光束完成该角度对应的圆柱壳一段圆弧内壁的扫描，从而激光测振仪获得该段圆柱壳圆弧内壁测点的振动响应信号，并通过数据采集分析仪将其实时传给上位机；

[0042] 步骤10：上位机获得所述圆柱壳一段圆弧内壁测点的振动响应信号的相位，并计算各相邻测点的相位差，根据各个相位差判定圆柱壳是否处于相位共振状态，若各个相位差接近0°或180°，则圆柱壳是处于相位共振状态，执行步骤18，否，则圆柱壳不处于相位共振状态，执行步骤11；

[0043] 步骤11：电动机驱动测试反光镜旋转一周，完成一周的激光扫描；激光测振仪获得圆柱壳内壁一周测点的振动响应信号并通过数据采集分析仪实时传给上位机；

[0044] 步骤12：沿圆柱壳内腔中心轴线向上下移动测试反光镜，完成多周的激光扫描；激光测振仪获得圆柱壳内壁多周测点的振动响应信号并通过数据采集分析仪实时传给上位机；

[0045] 步骤13：根据圆柱壳内壁测点的振动响应数据，上位机绘制出圆柱壳各阶模态振型；

[0046] 步骤13-1上位机对圆柱壳内壁一周测点的振动响应数据及圆柱壳内壁多周测点的振动响应数据进行时域响应信号降噪处理和加窗处理；

[0047] 步骤13-2：上位机对时域响应信号降噪处理后的数据进行振动响应信号的缩减提取处理；

[0048] 步骤13-3：根据圆柱壳的尺寸参数和缩减提取处理后获得的测点数量，上位机绘制出圆柱壳缩减提取后的测点的线框模型；

[0049] 步骤13-4：上位机将某阶共振激励下缩减处理后的振动响应数据加载到各自对应的线框模型测点坐标值上，并绘制出各阶的模态振型。

[0050] 有益效果：采用本发明的装置及方法，在测试反光镜旋转一周后，沿圆柱壳内腔中心轴线上下移动测试反光镜，可获得圆柱壳大量测点的振动响应数据。这些振动响应数据不仅可以用于准确辨识圆柱壳的模态振型，而且还可以用于评价和分析圆柱壳在发生共振时的振动响应特点。另外，采用本发明的装置及方法，可快速获得圆柱壳各阶次的模态振型，显著提高了圆柱壳模态振型的测试效率。

附图说明

[0051] 图1为本发明一种实施方式的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置的结构示意图；

[0052] 图2为本发明一种实施方式的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置的连接示意图；

[0053] 图3为本发明一种实施方式的基于激光扫描的获取圆柱壳模态振型的方法的流程图；

[0054] 图4(a)～(f)分别为本发明一种实施方式的有限元分析获得的薄壁圆柱壳前6阶模态振型图；

[0055] 图5为本发明一种实施方式的扫频测试中用于精确判定薄壁圆柱壳第一阶固有频率值的三维瀑布图；

[0056] 图6(a)～(d)分别为本发明一种实施方式的用于判定薄壁圆柱壳是否处于共振状态的4个测点的相位图；

[0057] 图7为本发明一种实施方式的第5阶共振频率激励下薄壁圆柱壳扫描一周获得的时域响应数据图；

[0058] 图8为本发明一种实施方式的激光扫描测试获得的薄壁圆柱壳的第5阶模态振型图。

具体实施方式

[0059] 下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。

[0060] 本发明的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置，如图1所示，包括：稳态激励装置、测试反光镜、电动机、稳压电源、激光测振仪、数据采集分析仪和上位机；本实施方式以薄壁圆柱壳为实施对象，其尺寸参数如表1所示。

[0061] 表1薄壁圆柱壳尺寸参数/mm

[0062]长度 壁厚 内半径 外半径 安装边外半径 安装边厚度
70 2 142 144 150 3

[0063] 稳态激励装置应为能够提供稳态激励的设备，本实施方式的稳态激励装置采用的是金盾EM-1000F电磁振动台，用于激发薄壁圆柱壳使其处于不同阶次的共振状态；

[0064] 本实施方式的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置的连接示意图，如图2所示。测试反光镜3采用的是型号为LV-01ref的反光镜，在本实施方式中，测试反光镜3的中心与薄壁圆柱壳内腔中心在同一轴线上，且测试反光镜3与激光束成45度角，测试反光镜3连接电动机的输出端；另外，在本实施方式中为改变激光测振仪2的激光光束光路的需要添加一个光路反射镜1，其型号也是LV-01ref，该光路反射镜1置于薄壁圆柱壳的外侧，且与激光测振仪2发射出的激光光束成45度角，用于投射激光光束的光路到测试反光镜3上；

[0065] 本实施方式的电动机4采用的是转速可调、输出扭矩较大、低温升、低噪音且可以实现双向旋转的博山ZY-302可调节直流减速电机，其安装在可沿着薄壁圆柱壳内腔轴线方向上下移动的直线导轨上，用于驱动测试反光镜3进行定速360度旋转测试，电动机输入端连接稳压电源，转速为1～20r/min，输出扭矩为0.02～0.1Nm，速度稳定率小于3％；

[0066] 本实施方式的稳压电源采用龙威PS-305DM直流稳压电源，其输出端连接博山ZY-302可调节直流减速电机的输入端，用于为博山ZY-302可调节直流减速电机提供高稳定度的电压和电流，其输出电压和电流值都可以精确显示和识别，其输出电流为0～10A，输出电压为0～24V，电流分辨率小于1mA，电压分辨率小于5mV，具有过压、过流全保护及报警功能；

[0067] 本实施方式的激光测振仪2采用的是Polytec PDV-100非接触式便携式激光测振仪，其通过BNC输出端与数据采集分析仪连接，其振动速度最小分辨率为0.02μm/s，其工作距离为0.15m～30m，频率范围为1Hz～22KHZ，使用红色激光，安全可见，用于弥补传统加速度传感器附加质量太重而对测试系统固有特性的影响；

[0068] 本实施方式的数据采集分析仪采用的是型号为LMS SCADAS Mobile Front-End的数据采集分析仪，该数据采集分析仪通过网线与上位机连接，包括16个数据采集通道，可以进行24位A/D转换，还可使用标准的ICP调制输入传感器和模拟电压输入传感器。带有两个标准信号源，可以发出正弦、扫频、随机等多种模拟信号。信号输入范围：±1mV到±10V；最大分析带宽46kHz，总的动态范围大于170dB；

[0069] 本实施方式的上位机选用DELL M6400高性能笔记本电脑，安装有限元分析软件和MATLAB软件。

[0070] 采用所述的基于激光扫描的圆柱壳模态振型测试装置确定薄壁圆柱壳结构模态振型的方法，如图3所示，包括如下步骤：

[0071] 步骤1：在上位机上对薄壁圆柱壳进行有限元分析后获得该薄壁圆柱壳的各阶固有频率，并根据该薄壁圆柱壳的各阶固有频率确定扫频激励的扫频频率范围；

[0072] 该薄壁圆柱壳前6阶固有频率分布在1200至1900Hz范围内，如表2所示，获得的薄壁圆柱壳前6阶的模态振型分别如图4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示，并根据该薄壁圆柱壳的各阶固有频率确定出扫频激励的扫频频率范围为1200～2000Hz。

[0073] 表2有限元分析获得的薄壁圆柱壳前6阶固有频率及相对应的扫频激励的扫频频率范围

[0074]

[0075] 步骤2：启动Polytec PDV-100激光测振仪，激光光束通过LV-01ref测试反光镜投射到薄壁圆柱壳内壁任一点上；同时启动金盾EM-1000F电磁振动台对薄壁圆柱壳进行粗扫，得到薄壁圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和薄壁圆柱壳的各阶模态阻尼比；

[0076] 步骤2-1：设定粗扫扫频速度，并在扫频频率范围内激励薄壁圆柱壳稳态振动；

[0077] 步骤2-2：Polytec PDV-100激光测振仪实时采集薄壁圆柱壳的振动响应信号并发送给LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪；

[0078] 步骤2-3：LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪实时采集并记录薄壁圆柱壳各测点的振动响应信号并传送给上位机；

[0079] 步骤2-4：根据薄壁圆柱壳各测点的振动响应信号，上位机通过单自由度峰值法和半功率带宽法获得薄壁圆柱壳的各阶固有频率粗扫值和薄壁圆柱壳的各阶模态阻尼比，如表3所示；

[0080] 表3粗扫获得的薄壁圆柱壳前6阶固有频率粗扫值和薄壁圆柱壳的各阶模态阻尼比

[0081]阶数 1 2 3 4 5 6
固有频率(Hz) 1252 1329 1359 1526 1794 1809
阻尼比(％) 0.79 0.42 0.71 0.56 0.32 0.47

[0082] 步骤3：根据薄壁圆柱壳的各阶固有频率粗扫值，上位机划分新的扫频频率范围，如表4所示，对薄壁圆柱壳进行精扫；

[0083] 表4与粗扫获得的薄壁圆柱壳前6阶固有频率相对应的新的扫频频率范围[0084]

[0085] 步骡3-1：在金盾EM-1000F电磁振动台中设定精扫扫频速度1Hz/s，且该精扫扫频速度小于最大扫频速度，并在所述的各个新的扫频频率范围内激励圆柱壳稳态振动；

[0086] 精扫扫频速度S为：

[0087]

[0088] 式中，S为精扫扫频速度，Hz/s；Sm为最大扫频速度，Hz/s；ξ为对应阶次的模态阻尼比；fn为圆柱壳的第n阶固有频率粗扫值，Hz；n为圆柱壳的固有频率的阶次；

[0089] 步骤3-2：Polytec PDV-100激光测振仪实时采集薄壁圆柱壳新的振动响应信号并发送给LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪；

[0090] 步骤3-3：LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪实时采集并记录薄壁圆柱壳各测点新的振动响应信号并传送给上位机；

[0091] 步骤3-4：根据薄壁圆柱壳各测点新的振动响应信号，上位机通过获取“时间-频率-响应峰值”的三维瀑布图来精确识别薄壁圆柱壳的固有频率；

[0092] 如图5所示，由三维瀑布图的峰值可以精确识别出第一阶固有频率值为1247Hz；通过三维瀑布图也可识别出其它各阶固有频率精确值，如表5所示；

[0093] 表5精扫获得的薄壁圆柱壳前6阶固有频率

[0094]阶数 1 2 3 4 5 6
固有频率(Hz) 1247 1333 1358 1522 1792 1805

[0095] 步骤4：在金盾EM-1000F电磁振动台中，设定3g的激励幅度以测试薄壁圆柱壳第5阶模态振型为例，金盾EM-1000F电磁振动台以第5阶固有频率1792Hz以及非共振区的一个频率值1650Hz分别激励薄壁圆柱壳内壁任一位置；

[0096] 步骤5：Polytec PDV-100激光测振仪分别获得以薄壁圆柱壳的第5阶固有频率1792Hz激励薄壁圆柱壳的振动响应信号和以非共振区的一个频率值1650Hz激励薄壁圆柱壳的振动响应信号，并通过LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪将这两个振动响应信号实时传给上位机；

[0097] 步骤6：经过频谱分析，上位机得到薄壁圆柱壳的第5阶固有频率1792Hz所对应的振动响应幅值0.08mm以及薄壁圆柱壳的非共振区的一个频率值1650Hz所对应的振动响应幅值0.01mm；

[0098] 步骤7：上位机对薄壁圆柱壳的第5阶固有频率1792Hz所对应的振动响应幅值0.08mm和薄壁圆柱壳的非共振区的一个频率值1650Hz所对应的振动响应幅值0.01mm进行比较，根据共振状态幅值判别标准，认为此时的激振能量较为充足，则执行步骤15；

[0099] 共振状态幅值判别标准：

[0100] dres/dnon≥b (2)

[0101] 式中，

[0102] dres为以薄壁圆柱壳的某阶固有频率激励薄壁圆柱壳对应的振动响应幅值；dnon为以薄壁圆柱壳的某阶固有频率所对应的非共振区的任一频率值激励薄壁圆柱壳对应的振动响应幅值；b为判别系数，一般取值范围为5～10；

[0103] 步骤8：金盾EM-1000F电磁振动台以薄壁圆柱壳处于共振状态时对应的激励幅度3g，在第5阶固有频率1792Hz处激励薄壁圆柱壳，使其达到共振状态；

[0104] 步骤9：从薄壁圆柱壳内壁任一起始位置开始，博山ZY-302可调节直流减速电机驱动LV-01ref测试反光镜旋转任一角度，即激光光束完成该角度对应的薄壁圆柱壳一段圆弧内壁的扫描，从而Polytec PDV-100激光测振仪获得该段薄壁圆柱壳圆弧内壁测点的振动响应信号，并通过LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪将其实时传给上位机；

[0105] 步骤10：上位机获得所述薄壁圆柱壳一段圆弧内壁测点的振动响应信号的相位，4个测点的相位分别如图6(a)、(b)、(c)、(d)所示，计算出各相邻测点的相位差，如表5所示，根据各个相位差判定圆柱壳是否处于相位共振状态，若各个相位差接近0°或180°，则圆柱壳是处于相位共振状态，执行步骤18，否，则圆柱壳不处于相位共振状态，执行步骤
11；

[0106] 表6薄壁圆柱壳一段圆弧内壁4个测点在第5阶共振状态下的相位差[0107]测点编号 1 2 3 4
相位差 -- -11 -9 -168

[0108] 步骤11：博山ZY-302可调节直流减速电机驱动LV-01ref测试反光镜旋转一周，完成一周的激光扫描；Polytec PDV-100激光测振仪获得薄壁圆柱壳内壁一周测点的振动响应信号并通过LMS SCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪实时传给上位机，第5阶共振状态下扫描薄壁圆柱壳一周获得的时域响应数据，如图7所示。

[0109] 步骤12：沿薄壁圆柱壳内腔中心轴线向上下移动LV-01ref测试反光镜，完成多周的激光扫描；Polytec PDV-100激光测振仪获得薄壁圆柱壳内壁多周测点的振动响应信号并通过LMSSCADAS Mobile Front-End数据采集分析仪实时传给上位机；

[0110] 步骤13：根据圆柱壳内壁测点的振动响应数据，上位机利用MATLAB软件绘制出圆柱壳各阶模态振型；

[0111] 步骤13-1上位机对圆柱壳内壁一周测点的振动响应数据及圆柱壳内壁多周测点的振动响应数据进行时域响应信号降噪处理和加窗处理；

[0112] 步骤13-2：上位机对时域响应信号降噪处理后的数据进行振动响应信号的缩减提取处理，以缩减处理一周测点的振动响应为例，缩减处理后第i个测点对应的时间t可以表示为

[0113]

[0114] 式中，

[0115] t0为LV-01ref测试反光镜旋转的起始位置对应的时刻，s；tstop为LV-01ref测试反光镜旋转一周后停止位置对应的时刻，s；电动机的转速为v，r/min；m为等比例缩减系数，它将LV-01ref测试反光镜旋转一周的时间平均分为m个时间段；

[0116] 设LV-01ref测试反光镜旋转一周的振动响应数据量为N，则缩减处理后需要绘制的线框模型测点数可表示为

[0117] Nmodal＝N/m (11)

[0118] 式中，

[0119] Nmodal为缩减处理后的线框模型测点数；

[0120] 步骤13-3：根据圆柱壳的尺寸参数和缩减提取处理后获得的测点数量，上位机绘制出圆柱壳缩减提取后的测点的线框模型；

[0121] 步骤13-4：上位机将第5阶共振激励下缩减处理后的振动响应数据加载到各自对应的线框模型测点坐标值上，可以绘制出薄壁圆柱壳的第5阶模态振型，如图8所示，与有限元分析获得的第5阶模态振型进行对比，如图4(e)所示，可以看出两种方法获得的薄壁圆柱壳的模态振型相差无几。