雖然理論上講在一個位置安裝一個傳感器就能測量出結(jié)構(gòu)所有階固有頻率,但是卻有一些現(xiàn)實方面的影響,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1)與測量位置有關(guān)。我們知道在布置模態(tài)參考點時,要求避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點位置。同樣的道理,固有頻率作為三個模態(tài)參數(shù)之一,同樣要遵循這樣的要求。
2)與激勵位置有關(guān)。如果采用測量FRF的方法進行測量,那么,要求激勵位置也應該避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點位置。這是因為如果激勵位置是某階模態(tài)的節(jié)點位置,那么將激勵不起來這階模態(tài),因而這階模態(tài)將不參與結(jié)構(gòu)的響應,導致這階模態(tài)在FRF曲線中不可見。也就是說,對于固有頻率測量而言,要求激勵與響應位置同時避開模態(tài)節(jié)點位置。
3)與結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。如果結(jié)構(gòu)是一個強方向性模態(tài)結(jié)構(gòu),那么,如果只在一個方向布置一個單向傳感器,那么必將丟失其他方向的固有頻率。因此,對于具有強方向性模態(tài)的結(jié)構(gòu)而言,應該在不同的方向布置測點。
當僅在結(jié)構(gòu)一個位置布置傳感器進行測量時,由于各階模態(tài)的節(jié)點位置都是不相同的,因而,固有頻率測量會遭遇與模態(tài)參考點相同的風險:一個測量位置會導致一階或幾階固有頻率不可見,因為一個測量位置不是這階模態(tài)的節(jié)點,就可能是那階模態(tài)的節(jié)點的可能性非常大。因此,強烈建議布置多個測量位置,原理與布置多參考點相同。
固有頻率也稱為自然頻率( natural frequency)。物體做自由振動時,其位移隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化,振動的頻率與初始條件無關(guān),而僅與系統(tǒng)的固有特性有關(guān)(如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等),稱為固有頻率,其對應周期稱為固有周期。物體的頻率與它的硬度、質(zhì)量、外形尺寸有關(guān),當其發(fā)生形變時,彈力使其恢復。彈力主要與尺寸和硬度有關(guān),質(zhì)量影響其加速度。同樣外形時,硬度高的頻率高,質(zhì)量大的頻率低。 一個系統(tǒng)的質(zhì)量分布,內(nèi)部的彈性以及其他的力學性質(zhì)決定。
影響因素
從上面的公式我們可以看出,結(jié)構(gòu)的固有頻率只受剛度分布和質(zhì)量分布的影響,而阻尼對固有頻率的影響非常有限。而在百度百科中說固有頻率受形狀、材質(zhì)的影響,我個人覺得是不準確的。材質(zhì)不同,其材料屬性(密度、楊氏模量和泊松比等)不同,影響的終參數(shù)還是質(zhì)量和剛度,而形狀不同,影響也是這兩個參數(shù)。
因此,影響固有頻率的只有質(zhì)量和剛度,而其他任何因素,終影響的也是這兩個因數(shù)。如結(jié)構(gòu)的邊界條件不同,固有頻率必然不同,這是因為邊界條件會影響到結(jié)構(gòu)的剛度分布。
質(zhì)量增大,結(jié)構(gòu)的固有頻率必然降低;剛度增大,結(jié)構(gòu)的固有頻率必然增大。但是剛度繼續(xù)增大,固有頻率不會無限增大,只會增大一定距離。剛度增加越快,頻率移動越慢。這是因為,結(jié)構(gòu)的共振峰對應的是固有頻率,剛度增大后,結(jié)構(gòu)的固有頻率會向上移動靠近反共振峰,在《什么是動剛度?》是不是說明過,反共振峰對應的剛度是無限大的。因此,剛度無限增大,結(jié)構(gòu)的固有頻率向上移動不超過反共振峰對應的頻率,所以剛度增大只能使固有頻率增大一定距離