锤击法施工设备
锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度或达到持力层。这是最常用的一种沉桩方法。
打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。
（1）桩锤
桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。
①落锤落锤构造简单，使用方便，能随意调整落锤高度。轻型落锤一般均用卷扬机拉升施打。落锤生产效率低、桩身易损失。落锤重量一般为0.5~1.5t，重型锤可达数吨。
②柴油锤柴油锤利用燃油爆炸的能量，推动活塞往复运动产生冲击进行锤击打桩。柴油锤结构简单、使用方便，不需从外部供应能源。但在过软的土中由于贯入度过大，燃油不易爆发，往往桩锤反跳不起来，会使工作循环中断。另一个缺点是会造成噪音和空气污染等公害，故在城市中施工受到一定限制。柴油锤冲击部分的重量有2.0t，2.5t，3.5t，4.5t，6.0t，7.2t等数种。每分钟锤击次数约40~80次。可以用于大型混凝土桩和钢管桩等。
③蒸汽锤蒸汽锤利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤的冲击体只在上升时耗用动力，下降靠自重；双动式汽锤的冲击体升降均由蒸汽推动。蒸汽锤需要配备一套锅炉设备。
单动式汽锤的冲击力较大，可以打各种桩，常用锤重为3~10t。每分钟锤击数为25~30次。
双动式汽锤的外壳（即汽缸）是固定在桩头上的，而锤是在外壳内上下运动。因冲击频率高（100~200次/min），所以工作效率高。它适宜打各种桩，也可在水下打桩并用于拔桩。锤重一般为0.6~6t。
④液压锤液压锤是一种新型打桩设备，它的冲击缸体通过液压油提升与降落。冲击缸体下部充满氮气，当冲击缸下落时，首先是冲击头对桩施加压力，接着是通过可压缩的氮气对桩施加压力，使冲击缸体对桩施加压力的过程延长，因此每一击能获得更大的贯入度。液压锤不排出任何废气，无噪音，冲击频率高，并适合水下打桩，是理想的冲击式打桩设备，但构造复杂，造价高。
用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格等参考表2-1进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。
表2-1锤重选择表
（2）桩架
桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向，并保证桩捶能沿着所要求方向冲击的打桩设备。桩架的形式多种多样，常用的通用桩架（能适应多种桩锤）有两种基本形式：一种是沿轨道行驶的多能桩架；另一种是装在履带底盘上的桩架。
①多能桩架（图2-2）由立柱、斜撑、回转工作台、底盘、及传动机构组成。它的
机动性和适应性很大，在水平方向可作360°回转，立柱可前后倾斜，底盘下装有铁轮，可在轨道上行走。这种桩架可适应各种预制桩，也可用于灌注桩施工。缺点是机构较庞大，现场组装和拆迁比较麻烦。
图2-2 多能桩架
②履带式桩架（图2-3）以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。性能较多能桩架灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。
图2-3 履带式桩架
1—桩锤；2—桩帽；3—桩；4—立柱；5—斜撑；6—车体
（3）动力装置
动力装置的配置取决于所选的桩锤。当选用蒸汽锤时，则需配备蒸汽锅炉和卷扬机打桩前的准备工作
打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物；平整施工场地;定位放线；设置供电、供水系统；安装打桩机等。
桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地点，水准点设置不少于2个。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。
打桩顺序
打桩顺序合理与否，影响打桩速度、打桩质量，及周围环境。当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要。打桩顺序影响挤土方向。打桩向哪个方向推进，则向哪个方向挤土。根据桩群的密集程度，可选用下述打桩顺序：由一侧向单一方向进行（图2-4a）；自中间向两个方向对称进行（图2-4b）；自中间向四周进行（图2-4c）。第一种打桩顺序，打桩推进方向宜逐排改变，以免土朝一个方向挤压，而导致土壤挤压不均匀，对于同一排桩，必要时还可采用间隔跳打的方式。对于大面积的桩群，宜采用后两种打桩顺序，以免土壤受到严重挤压，使桩难以打入，或使先打入的桩受挤压而倾斜。大面积的桩群，宜分成几个区域，由多台打桩机采用合理的顺序同时进行打设。
图2-4打桩顺序
a）由一侧向单一方向进行；b）由中间向两个方向进行；c）由中间向四周进行
打桩方法要点
锤击打桩法
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打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，然后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。
打桩开始时，锤的落距应较小，待桩入土至一定深度且稳定后，再按要求的落距锤击。用落锤或单动汽锤打桩时，最大落距不宜大于1m，用柴油锤时，应使锤跳动正常。在打桩过程中，遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理。
如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上，拔出送桩管后，桩孔应及时回填或加盖。
多节桩的接桩，可用焊接或法兰锚接。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁，上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢，焊接时焊缝应连续饱满，并采取措施减少焊接变形。接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。
打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。
（请点击下图观看“打桩过程”动画）
请点击缩略图观看图片
打入预制桩－第一节桩体打入预制桩－电焊接桩打入预制桩－末节桩体
打桩的质量控制
打桩的质量检查包括桩的偏差、最后贯入度与沉桩标高，桩顶、桩身是否打坏以及对周围环境有无造成严重危害。
桩的垂直偏差应控制在1%之内，平面位置的允许偏差，对于建筑物桩基，单排或双排桩的条形桩基，垂直于条形桩基纵轴线方向为100mm，平行于条形桩基纵轴线方向为150mm；桩数为1~3根桩基中的桩为100mm；桩数为4~16根桩基中的桩为1/3桩径或1/3边长；桩数大于16根桩基中的桩最外边的桩为1/3桩径或1/3边长，中间桩为1/2桩径或边长。
打桩的控制，对于桩尖位于坚硬土层的端承型桩，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。如贯入度已达到而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值。桩尖位于软土层的摩擦型桩，应以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考。如控制指标已符合要求，而其他指标与要求相差较大时，应会同有关单位研究解决。设计与施工中所控制的贯入度是以合格的试桩数据为准，如无试桩资料，可参考类似土的贯入度，由设计规定。测量最后贯入度应在下列正常条件下进行：桩顶没有破坏；锤击没有偏心；锤的落距符合规定；桩帽和弹性垫层正常；汽锤的蒸汽压力符合规定。如果沉桩尚未达设计标高，而贯入度突然变小，则可能土层中夹有硬土层，或遇到孤石等障碍物，此时切勿盲目施打，应会同设计勘察部门共同研究解决。此外，由于土的固结作用，打桩过程中断，会使桩难以打入，因此应保证施打的连续进行。
打桩时，桩顶破碎或桩身严重裂缝，应立即暂停，在采取相应的技术措施后，方可继续施打。
打桩时，除了注意桩顶与桩身由于桩锤冲击破坏外，还应注意桩身受锤击拉应力而导致的水平裂缝，在软土中打桩，在桩顶以下1/3桩长范围内常会因反射的张力波使桩身受拉而引起水平裂缝。开裂的地方往往出现在吊点和混凝土缺陷处，这些地方容易形成应力集中。采用重锤低速击桩和较软的桩垫可减少锤击拉应力。
打桩的公害
打桩时，引起桩区及附近地区的土体隆起和水平位移虽然不属打桩本身的质量问题，但由于邻桩相互挤压导致桩位偏移，会影响整个工程质量。如在已有建筑群中施工，打桩还会引起临近已有地下管线、地面交通道路和建筑物的损坏和不安全。为此，在邻近建筑物（构筑物）打桩时，应采取适当的措施，如挖防振沟、砂井排水（或塑料排水板排水）、预钻孔取土打桩、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。
锤击法施工设备 锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度或达到持力层。这是最常用的一种沉桩方法。 打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。 （1）桩锤 桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。 ①落锤落锤构造简单，使用方便，能随意调整落锤高度。轻型落锤一般均用卷扬机拉升施打。落锤生产效率低、桩身易损失。落锤重量一般为0.5~1.5t，重型锤可达数吨。 ②柴油锤柴油锤利用燃油爆炸的能量，推动活塞往复运动产生冲击进行锤击打桩。柴油锤结构简单、使用方便，不需从外部供应能源。但在过软的土中由于贯入度过大，燃油不易爆发，往往桩锤反跳不起来，会使工作循环中断。另一个缺点是会造成噪音和空气污染等公害，故在城市中施工受到一定限制。柴油锤冲击部分的重量有2.0t，2.5t，3.5t，4.5t，6.0t，7.2t等数种。每分钟锤击次数约40~80次。可以用于大型混凝土桩和钢管桩等。 ③蒸汽锤蒸汽锤利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤的冲击体只在上升时耗用动力，下降靠自重；双动式汽锤的冲击体升降均由蒸汽推动。蒸汽锤需要配备一套锅炉设备。 单动式汽锤的冲击力较大，可以打各种桩，常用锤重为3~10t。每分钟锤击数为25~30次。 双动式汽锤的外壳（即汽缸）是固定在桩头上的，而锤是在外壳内上下运动。因冲击频率高（100~200次/min），所以工作效率高。它适宜打各种桩，也可在水下打桩并用于拔桩。锤重一般为0.6~6t。 ④液压锤液压锤是一种新型打桩设备，它的冲击缸体通过液压油提升与降落。冲击缸体下部充满氮气，当冲击缸下落时，首先是冲击头对桩施加压力，接着是通过可压缩的氮气对桩施加压力，使冲击缸体对桩施加压力的过程延长，因此每一击能获得更大的贯入度。液压锤不排出任何废气，无噪音，冲击频率高，并适合水下打桩，是理想的冲击式打桩设备，但构造复杂，造价高。 用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格等参考表2-1进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。 表2-1锤重选择表
模态试验及分析的基本步骤 1.动态数据的采集及响应函数分析 首先应选取适当的激励方式。激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。然后进行数据采集。对于单输入单输出方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。 2.建立结构数学模型 根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。 3.参数识别 按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。 4.振型动画 参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。
实验十用锤击法测量简支梁的模态参数 一、实验目的 1、了解测力法实验模态分析原理。 2、掌握用锤击法测试结构模态参数的方法。 二、实验系统框图 图1-2-19 测试系统框图 三、实验原理 目前，结构的特性参数测量主要有三种方法：经典模态分析、运行模态分析（OMA）和运行变形振型分析(ODS)。 1、经典模态分析也称实验模态分析，它是通过给结构施加一个激振力，激起结构振动，测量结构响应及激振力之间的频率响应函数，来寻求结构的模态参数。因此，实验模态分析方法也称测力法模态分析。在测量频率响应函数时，可采用力锤和激振器两种激励方式。力锤激励方式简单易行，特适合现场测试，一般支持快速的多参考技术和小的各向同性结构。由于力锤移动方便，在这种激励方式下，一般采用的是多点激励，单点响应方式，即测量的是频率响应函数矩阵中的一行。激振器激励时，由于激振器安装比较困难，多采用单点激励、多点响应的方法，即测量的是频率响应函数矩阵中的一列。这种激励方式可使用多种激励信号，且激振能量较大，适合于大型或复杂结构。 2、运行模态分析与经典模态分析相比，不需要输入力，只通过测量响应来决定结构的模态参数，以此，这种分析方法也称为不测力法模态分析。其优点在于无需激励设备，测试时不干扰结构的正常工作，且测试的响应代表了结构的真实工作环境，测试成本低，方便和快速。测量能够被一次完成（快速，数据一致性好）或多次完成（受限于传感器的数量），若一次测量（一个数据组）时，不需要参考传感器。而多次测量（多个数据组）时，对所有的数据组，需要一个或多个固定的加速度传感器作为参考。 3、运行变形振型分析中，测量并显示结构在稳态、准稳态或瞬态运行状态过程中的振动模式。引起振动的因素包括发动机转速、压力、温度、流动和环境力等。ODS分析包括时域ODS、频谱域ODS(FFT或者Order)、非稳态升/降速ODS。
https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b操作指导书-锤击测试Impact-Testing
https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b操作指南——锤击测试Impacting Testing
2016年1月
序言 这个部分介绍https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b的锤击法测试Impact Testing模块的常用操作，工作界面的详细内容及略掉部分参见《LMS Test Lab帮助中译文_锤击测试Impact Testing》，主要针对目前能够进行且经常进行的实验。因作者水平有限，讹误在所难免。
目录 序言 (1) 目录 (2) 1.锤击测试Impact Testing概述 (1) 1.1 工作界面 (1) 1.2 模块功能 (1) 1.3 锤击测试流程 (2) 1.3.1 测试准备 (2) 1.3.2 软件打开方法 (2) 1.3.2 软件流程 (3) 1.4 常见问题 (4) 1.4.1 电脑与数采的网络连接 (4) 1.4.2 软件无法启动 (4) 2 文档Documentation与数据Navigator (6) 2.1 文档 (6) 2.1.1 工作界面 (6) 2.1.2 常用操作 (7) 2.2 数据 (8) 3.通道设置Channel Setup (9) 3.1 工作界面 (9) 3.2 常用操作 (10)
3.2.1 设置通道属性可见性 (10) 3.2.2 力锤通道设置 (11) 3.2.3 加速度传感器通道设置 (12) 3.2.4 加载与保存通道设置 (14) 3.3 术语简介 (15) 3.3.1 通道类型 (15) 3.3.2 输入通道Input Channels.. 16 4.校准Calibration (19) 4.1 工作界面 (19) 4.2 常用操作 (19) 4.2.1 加速度传感器校准 (19) 4.3 术语简介 (21) 5.锤击示波Impact Scope (22) 5.1 工作界面 (22) 5.2 常用操作 (23) 5.2.1 采样参数 (23) 5.2.2 量程设定 (23) 5.2.3 示波设置与观察 (24) 5.2.4 触发设置 (25) 5.2.5 其它 (25) 5.3 术语简介....... 错误!未定义书签。 6.锤击设置Impact Setup (26)
用锤击法和变时基技术进行黄河铁路桥的模态试验分析
沈松
应怀樵
雷速华 赵增欣
东方振动和噪声技术研究所,北京,100085
摘要 (1) 用特殊的弹性聚能力锤进行激励 本文介绍了一次用力锤激励铁路桥进行模态分析的 特别试验。1996 年 7 月 24 日，东方振动和噪声技术研究 所(COINV) 使用弹性聚能力锤作为激励设备， 成功地进行 了三道坎黄河铁路大桥的模态试验。由于弹性聚能力锤 延长了力的激励时间，使激励力的能量聚集在低频处， 从而使锤击法进行大型土木结构的模态试验成为可能。 为提高大型结构的传递函数的分析精度，试验中还使用 了一种新的分析方法—变时基（Varied-Time-Base）传递函 数细化分析方法。试验利用每两次列车经过的间隔时间， 保证了整个铁路的运行不受任何影响。本次试验得到了 包括模态质量、模态刚度等各种参数的前四阶模态。在 中国，这是首次利用锤击激励进行的铁路运行实际桥梁 模态试验,具有重要的科研价值。 2 桥梁结构和测点布置 (2) 在传递函数分析中使用了变时基（VTB）方法 (3) 使用 INV306 智能信号采集分析系统， 利用该系统可以 实现数据采集、信号处理、模态分析等工作的现场实 时分析和一体化处理。
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引言 图 1: 简化结构图和测点布置 三道坎黄河铁路大桥位于内蒙古乌海市。近年来，
其水平振动越来越剧烈，振幅大大超过国家标准中的限 值。为研究其原因，对该桥需做两方面的测试： (1) 水平方向振动幅值.。 (2) 水平方向的模态测试和分析。 本文主要讨论第二方面的问题。对正在运行中的桥 梁进行模态试验是很困难的。本次试验使用了如下一些 新方法：
该桥共有九跨。试验对象为 7#桥墩和 8#桥墩之间的 一跨，该跨长 28 米。虽然其结构很复杂，但可以简化成 两边简支的钢板梁结构。简化的模态结构如图 1 所示。 模态测试采用单输入多输出的方法。点 ‘x’表示了激励点 的位置，在整个结构上则均匀布置了 36 个输出测点，其 中测点 33,34,35,36 位于桥墩上，测点 17,25,24,32 为桥墩 和钢板梁的铰接点。
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试验模态分析的两种方法 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。 试验模态分析主要有以下两种方法,OROS模态分析软件MODEL 2 完全具备了这两种常用的模态方 法。 锤击法模态测试 用于满足锤击法结构模态试验，以简明、直观的方法测量和处理输入力和响应数据，并显示结果。提供两种锤击方法：固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。用力锤来激励结构，同时进行加速度和力信号的采集和处理，实时得到结构的传递函数矩阵。能够方便地设置测量参数，如触发量级、测量带宽和加窗类型，同时对最优的设置提供建议指导。 激振器法模态测试 主要是通过分析仪输出信号源来控制激振器，激励被测试件，输出信号有先进扫频正弦，随机噪声，正弦，调频脉冲等信号。支持单点激励（SIMO）与多点同时激励法(MIMO)。 1）几何建模 结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点DOF自动加到通道标示；建立几何模型，以3维方式显示测量和分析结果。结构模型可以作为单个部件的装配，及采用不同的坐标系（直角、圆柱、球体坐标系），要求除点的定义外，还可定义线和面，真实的显示试验结构。结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点自由度自动加到通道标示。
锤击法模态测试操作简要 第一部分现场仪器注意事项 (1) 第二部分信号采集参数设置 (1) 第三部分传递函数分析 (2) 第四部分模态分析文件参数设置 (3) 第五部分模态分析结构建模 (4) 第六部分模态分析定阶 (5) 第七部分模态分析拟合过程 (5) 第八部分模态分析校验及动画 (7) 第九部分自动报告及辅助功能 (8) 第一部分现场仪器注意事项 模态测试过程中，通过力锤敲击被测物体，侦查各通道仪器信号连接是否正常。 如异常， 通常处理办法，排除法。 第二部分信号采集参数设置 1、试验名、试验号、存盘路径及测点号设置 测点号命名规则：响应点用数字来命名，激励点用字母加数字来命名，应避免重名。重 名会导致频响函数错误，做频响函数分析时，输入测点和输出测点关系不要搞错。如在多 点 激励一点响应，或一点激励多点响应（只有一个响应传感器时），第一号点激励为“F1”， 响应为“1”；则第n 号测点激励为“Fn”，响应为“n”,频响函数为“n”对“Fn”。对 单 点激励多个响应传感器，如8个，第一次测量激励为“F1”，响应为“1”、“2”、“3”、
“4”、“5”、“6”、“7”、“8”；第二次测量激励为“F2”，响应为“9”、“10”…… “16”。对前8 个频响函数，输入应选“F1”，9 到16 号频响函数，输入应选“F2”。 2、采样频率设置 在满足采样定理基本要求基础上，可以根据经验初步估计采样频率，通过力锤试敲法、 并采集一段数据，分析观察频谱特征，根据信号频谱结构特征进行合理设置采用频率。 3、标定值设置 标定值：在使用DASP测试软件振动测试时，被测物体振动过程中的每个单位工程量值对应采 集仪测得的电压值，即工程测试过程中的单位一。 计算方法：标定值CA=传感器灵敏度A﹡调理器增益K
模态试验及分析的基本步骤 1 1.动态数据的采集及响应函数分析 2 首先应选取适当的激励方式。激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。激3 励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。目前主要有单输入单输出、单输入多4 输出和多输入多输出三种方法。然后进行数据采集。对于单输入单输出方法要求同时5 高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得6 振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要7 求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。在采集信号数据以后，还要在时8 域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相9 关分析等。 10 2.建立结构数学模型 11 根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依 12 据，目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建13 模和时域建模。根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。 14 3.参数识别 15 按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。激励方式不同，相应的识别参16 数方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多17 数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得18 良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量19 数据不可靠，识别的结果也不会理想。 20 4.振型动画 21 参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应22 各阶模态的振型。但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振23
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序言 这个部分介绍https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b的锤击法测试Impact Testing模块的常用操作，工作界面的详细内容及略掉部分参见《LMS Test Lab帮助中译文_锤击测试Impact Testing》，主要针对目前能够进行且经常进行的实验。因作者水平有限，讹误在所难免。
目录 序言 (1) 目录 (2) 1.锤击测试Impact Testing概述 (1) 1.1 工作界面 (1) 1.2 模块功能 (1) 1.3 锤击测试流程 (1) 1.3.1 测试准备 (1) 1.3.2 软件打开方法 (2) 1.3.2 软件流程 (2) 1.4 常见问题 (2) 1.4.1 电脑与数采的网络连接 (2) 1.4.2 软件无法启动 (3) 2 文档Documentation与数据Navigator (4) 2.1 文档 (4) 2.1.1 工作界面 (4) 2.1.2 常用操作 (4) 2.2 数据 (5) 3.通道设置Channel Setup (6) 3.1 工作界面 (6) 3.2 常用操作 (6) 3.2.1 设置通道属性可见性 (6) 3.2.2 力锤通道设置 (7) 3.2.3 加速度传感器通道设置 (8) 3.2.4 加载与保存通道设置 (8) 3.3 术语简介 (9) 3.3.1 通道类型 (9) 3.3.2 输入通道Input Channels (9) 4.校准Calibration (11) 4.1 工作界面 (11) 4.2 常用操作 (11) 4.2.1 加速度传感器校准 (11) 4.3 术语简介 (12) 5.锤击示波Impact Scope (13) 5.1 工作界面 (13) 5.2 常用操作 (13) 5.2.1 采样参数 (13) 5.2.2 量程设定 (14) 5.2.3 示波设置与观察 (14) 5.2.4 触发设置 (14) 5.2.5 其它 (14)
锤击法简支梁模态实验 一、实验目的 1、测定直杆模态参数； 2、模态分析原理及测试分析方法。 二、实验仪器安装示意图 三、实验原理 1、模态分析方法 模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，来进行系统的参数识别（系统识别），从而大大地简化了系统的数学运算。通过实验测得实际响应来寻求相应的模型或调整预想的模型参数，使其成为实际结构的最佳描述。 可以用于振动测量和结构动力学分析。可测得比较精确的固有频率、模态振型、模态阻尼、模态质量和模态刚度。可用模态实验结果去指导有限元理论模型的修正，使计算机模型更趋于完善和合理。 2、模态分析基本原理 （略） 3、模态分析方法和测试过程 （1）激励方法 为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。然后建立结构模型，采用适当的方法进行模态拟合，得到各阶模态参数和相应的模态振型动画，形象地描述出系统的振动型态。 根据模态分析的原理，实际应用时，在结构较为轻小，阻尼不大的情况下，常用锤击法
激振，即单击拾振法。 （2）结构安装方式 在测试中使结构系统处于什么状态，是试验准备工作的一个重要方面。 本实验使试件处于自由状态。即使试验对象在任一坐标上都不与地面相连接，自由地悬浮在空中。如放在很软的泡沫塑料上或用很长的柔索将结构吊起而在水平方向激振，可认为在水平方向处于自由状态。 如果在我们所关心的是实际情况支承条件下的模态，这时，可在实际支承条件下进行试验，放在很软的泡沫上。 四、实验设备 DH132型压电式加速度传感器 DH5923动态信号测试分析仪 LC13F02型力锤DHDAS控制分析软件 五、实验步骤 横梁如图下图所示，长（x向）500mm，宽(y向)40mm，欲使用多点敲击、单点响应方法做其z 方向的振动模态，可按以下步骤进行。 梁的结构示意图和测点分布示意图 （1）测点的确定 此梁在y、z方向尺寸和 x方向（尺寸）相差较大，可以简化为杆件，所以只需在x方向顺序布置若干敲击点即可（采用多点敲击、单点响应方法），敲击点的数目视要得到的模态的阶数而定，敲击点数目要多于所要求的阶数，得出的高阶模态结果才可信。实验中x 方向把梁分成十六等份，即可布十七个测点。选取拾振点时要避免使拾振点在模态振型的节点上，此处取拾振点在六号点处。 （2）仪器连接 仪器连接下图所示，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道（即振动测量通道），压电加速度传感器接第二通道（振动测试通道）。
实验报告 锤击法测量梁构建的模态 姓名：*** 学号：*** 指导老师：*** 院系：***
目录 1. 实验目的 (1) 2. 实验装置 (1) 2.1 试件及传感器的布置 (1) 2.2 采集系统设置 (2) 3. 实验数据处理 (2) 3.1 1号传感器与力锤的时域分析 (2) 3.2 1号传感器与力锤的频域分析 (3) 4. 1号传感器与力锤的频响函数估计 (5) 4.1 H1估计 (5) 4.2 H2估计 (6) 4.3 H1、H2与频响函数之间的比较 (7) 5. 估算模态参数 (8) 5.1 固有频率、阻尼比的估算 (8) 5.2 ANSYS建模进行模态分析 (8) 5.3 振型图 (10) 5.3.1 一阶振型 (10) 5.3.2 二阶振型 (11) 5.3.3 三阶振型 (11)
1. 实验目的 本实验采用LMS模态测试系统对某结构件固有频率进行测量，将实验数据进行处理。 （1）数据频谱分析，获取锤击信号及响应的幅频特性、相频特性、实频和虚频； （2）采用不同的频响函数估计方法对结构频响曲线进行估计，画出幅频、相频、实频、虚频和奈奎斯特图，并进行比较； （3）采用单自由度方法估计结构的频率、阻尼及振型。 2. 实验装置 2.1 试件及传感器的布置 图2.1.1 试件与传感器的布置图
2.2 采集系统设置 本次实验采用了锤击法，即用力捶敲击梁结构，采集梁结构振动的相关数据。实验使用了5个加速度传感器，设置的采样频率：12800Hz，分别率：2HZ；锤击次数为8次，传感器和锤击点的方向设置为X正方向。 3. 实验数据处理 3.1 1号传感器与力锤的时域分析 图3.1.1 1号传感器与力锤时域图
LMS https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b 锤击法模态测试流程 比利时LMS国际公司北京代表处 技术支持：邓江华
LMS Test. Lab锤击法模态测试及分析的流程在软件窗口底部以工作表形式表示，按照每一个工作表依次进行即可，如下图示。 １Documentation――可以进行备忘录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录，如下图示。 ２Geometry――创建几何（参见创建几何步骤说明） ３Channel setup――通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作。 ４Calibration――对传感器进行标定 ５Impact scope――锤击示波，用来确定各通道量程 ６Impact setup――锤击设置，设置触发级、带宽、窗以及激励点选择 ７Measure――设置完成后进行测试
以下为进行模态测试的流程。 步骤一：通道设置（Channel setup） 假设已创建好了模型，传感器已布置完成，数采前端已连接完成。 通道设置窗口如下图示，在锤击法试验中，首先将力锤输入的通道定义为参考通道，其他为传感器对应的通道 1——选取测试通道 ２——定义参考通道，通常为力锤输入的通道 ３——依次在ChannelGroupld中定义传感器测量类型（对加速度计和力锤则选vibration），在point中定义测点名称（也可对应为几何模型上的节点名，见后），在Direction中设置测点所测振动的方向，InputMode中设置传感器类型（通常为ICP，若为应变则选Bridge,若为位移则选Vlltage DC），在Measured Quantity中定义测量量（加速度、力、位移等），在Electrical Unit中定义输入量的单位，通常均为mv.另外若已经确定传感器的灵敏度则可在Actual Sensitivity中直接输入灵敏度值，否则可在Calibration工作表中进行标定。 注：通道设置中测点名称使用几何模型名称的方法
激振器法模态测试操作流程LMS https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b Spectral Testing
目录 LMS T est. Lab激振器法模态测试流程： (1) 步骤一，通道设置（Channel setup） (2) 步骤二，示波（scope） (3) 步骤三，测试设置（test setup） (5) 1.采样参数设置 (5) 2.测量函数定义 (7) 步骤四，测试（measurement） (8) 步骤五，数据验证（validate） (9)
LMS Test. Lab激振器法模态测试流程： 打开Spectral testing软件后，软件窗口底部以工作表形式表示，按照每一个工作表依次进行即可（在做激振器模态测试时有一些工作表不需使用，如下图中5，可直接跳过或通过设置将其隐藏），如下图示。 Documentation――可以进行备忘录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录，如下图示。 Navigator——文件列表及图形显示等功能。 Geometry――创建几何 Channel setup――通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作。 Tracking Setup——在谱采集中可能也会需要记录一些转速信号，但并不能对这个转速通道进行跟踪或控制（激振器法模态测试中不用此项，可跳过）。 Calibration――对传感器进行标定 scope――示波用来确定各通道量程以及控制信号源输出 T est setup――设置分析带宽、窗、平均次数以及其他测量参数
Measure――设置完成后进行测试 Validate——对测试结果进行验证 以下步骤介绍中省略了几何建模和标定模块。 步骤一，通道设置（Channel setup） 假设已创建好了模型，传感器已布置完成，数采前端、激振器已连接完成。 通道设置窗口如下图示，在spectral testing中，首先将激振输入的通道定义为参考通道，其他为传感器对应的通道，类似于锤击法模态测试。 1 选取测试通道 2 定义参考通道，通常为激振器输入的通道 3 依次在ChannelGroupld中定义传感器测量类型（对加速度计和激振 器则选vibration，如做声模态，则选取acoustic），在point中定义测点 名称（对应为几何模型上的节点名，见后），在Direction中设置测点所 测振动的方向（声模态测试中选为S），InputMode中设置传感器类型（通 常为ICP），在Measured Quantity中定义测量量（加速度、力等），在 Electrical Unit中定义输入量的单位，通常均为mv.另外若已经确定传感 器的灵敏度则可在Actual Sensitivity中直接输入灵敏度值，否则可在 Calibration工作表中进行标定。 注：通道设置中测点名称使用几何模型名称的方法
锤击法简支梁（固支梁）模态实验 一、实验目的 1、了解模态分析基本原理； 2、了解模态测试及分析方法。 二、实验仪器安装 示意图 安装图 局部安装图
三、实验步骤 实验梁如下图所示，长（x向）700mm，宽(y向)45mm。用单点拾振法做梁z 方向的振 动模态。具体实验步骤介绍如下。 （1）测点的确定 此梁在y、z方向尺寸和x方向（尺寸）相差较大，可以简化为杆件，所以只需在x方 向顺序布置若干敲击点即可（本例单点拾振法-跑激励），敲击点的数目视要得到的模态的阶数而定，敲击点数目要多于所要求的阶数，得出的高阶模态结果才可信。此例中x方向把梁分成十四等份，布置了十三个测点（两端点视为不动点）。选取拾振点时要尽量避免使拾振点在模态振型的节点上，此处取拾振点在四号测点处。 （2）仪器连接 仪器连接如下图所示，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道，DH201 加速度传感器接第二通道。
（3）打开仪器电源，启动DHDAS控制分析软件，选择分析/频响函数分析功能。 a、在菜单“分析(N) ”选择分析模式“单输入频响”。 b、在新建的四个窗口内，分别单击右键，在“信号选择”对话框中设定四个窗口依次为：频响函数数据、1-1通道的时间波形、相干函数数据和1-2通道的时间波形,如下图。
（4）参数设置 分析参数设置 采样频率：Hz ； 触发方式：信号触发； 延迟点数： 200。 平均方式：线性平均； 预览平均：√ (5）数据预处理P6 系统参数设置 参考通道：1-1 工程单位和灵敏度：将两个传感器灵敏度输入相应的通道的灵敏度设置栏内。传感器灵敏度为KCH （PC/EU ）表示每个工程单位输出多少PC 的电荷，如是力，而且参数表中工程单位设为牛顿N ，则此处为PC/N ；如是加速度，而且参数表中工程单位设为m/s2 ，则此处为PC/ m/s2 。 设定参考通道
LMS https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b中文操作指南— Impact锤激发模态测试与分析 比利时LMS国际公司北京代表处 2009年2月
LMS https://www.doczj.com/doc/0f3749570.html,b中文操作指南 — Impact锤激发模态测试与分析 目录 LMS Test. Lab锤击法模态测试及分析的流程： (3) 第一步，通道设置（Channel setup） (4) 第二步，锤击示波（Impact scope） (6) 第三步，锤击设置（Impact setup） (7) 1. 触发级设置 (8) 2. 带宽设置 (10) 3. 加窗设置 (12) 4. 驱动点设置 (14) 第四步，测量（measure） (16) 第五步，数据验证（validate） (18)
LMS Test. Lab锤击法模态测试及分析的流程： 在软件窗口底部以工作表形式表示，按照每一个工作表依次进行即可，如下图示。 ? Documentation――可以进行备忘录，测试图片等需要记录的文字或图片的输入，作为测试工作的辅助记录，如下图示。 ? Geometry――创建几何（参见创建几何步骤说明） ? Channel setup――通道设置，在该选项卡中可进行数采前端对应通道的设置，如定义传感器名称，传感器灵敏度等操作。 ? Calibration――对传感器进行标定 ? Impact scope――锤击示波，用来确定各通道量程 ? Impact setup――锤击设置，设置触发级、带宽、窗以及激励点选择 ? Measure――设置完成后进行测试
第一步，通道设置（Channel setup） 假设已创建好了模型，传感器已布置完成，数采前端已连接完成。 通道设置窗口如下图示，在锤击法试验中，首先将力锤输入的通道定义为参考通道，其他为传感器对应的通道 1——选取测试通道 ２——定义参考通道，通常为力锤输入的通道 ３——依次在ChannelGroupld中定义传感器测量类型（对加速度计和力锤则选vibration），在point中定义测点名称（也可对应为几何模型上的节点名，见后），在Direction中设置测点所测振动的方向，InputMode中设置传感器类型（通常为ICP，若为应变则选Bridge,若为位移则选Vlltage DC），在Measured Quantity中定义测量量（加速度、力、位移等），在Electrical Unit中定义输入量的单位，通常均为mv.另外若已经确定传感器的灵敏度则可在Actual Sensitivity中直接输入灵敏度值，否则可在Calibration工作表中进行标定。
锤击法试验操作指南 本指南由德国m+p国际公司北京代表处制作。 在SmartOffice中，锤击法试验的基本过程分为如下几个步骤：几何建模、试验设置、锤击操作过程、模态分析和模态模型校验。 目录 1. 新建工程 (1) 2. 几何模型建立 (1) 3 试验参数设置 (3) 4 试验操作 (6) 5 模态分析部分 (7) 6. 模态模型校验 (10) 1.新建工程。 2.几何模型建立。 2.1 点击菜单栏上的Analysis，打开下拉菜单，选择Geometry Wizard。 2.2 点击Next，在出现的部件定义页面中输入部件名称，例如beam。
2.3 点击Next，在出现的节点定义页面中定义节点。 2.4 点击Next，在线定义页面中定义线。方法：使用鼠标左键拾取节点。 提醒：请逐点连接各个节点。 Tips：可按住鼠标左键进行旋转视角；按住Ctrl和左键拖动，平移视角；按住Shift和左键拖动，缩放视角。 2.5 点击Next，在面定义页面中定义面（如有需要）。
2.6 点击Next，进入下一页面。点击Finish，完成模型。 3试验参数设置 3.1选择左侧工具栏上的Configuration，，勾选Impact（锤击法）。 3.2点击Next，输入本次试验设置的名称（任意）。点击OK 3.3Meta data 设置。点击Next。
3.4 传感器参数设置，定义传感器的类型和技术指标。其中，对于移动力锤方法， Response 通道的Name定义为模型名字.传感器所在节点编号.方向，例如beam.3.Z；试验开始后，SmartOffice会自动将Excitation的Name从模型名字.起始节点.方向逐次增加到模型名字.最终节点.方向，例如从beam.1.Z到beam.11.Z。 3.5 通道定义。 3.6 采样设置和触发方式选择。
锤击法模态试验，对比移动力锤固定传感器和移动传感器固定力锤两种方法优缺点 锤击法模态试验可以分为两类：移动力锤固定传感器和移动传感器固定力锤。每种方法都有各自的优点和缺点。 在一个方向上用PCB单轴加速度传感器做模态锤击试验，模态软件采用晶钻仪器模态分析软件EDM-Modal，当我们采用移动力锤固定传感器方法时得到频响函数FRF矩阵的一行，当采用移动传感器固定力锤方法时得到FRF矩阵的一列。当得到FRF矩阵的一列时，我们可以交换每个FRF响应和激励的位置，从而得到FRF矩阵的一行。接着用曲线拟合一列FRF矩阵元素，可以求得试验结构的模态参数。 然而，一些测试使用多个加速度计或在多个方向测量数据。尽管基本原理和采用一个单轴加速度传感器相同，但在进行试验时必须确保FRF矩阵有完整的行或完整的列。如果所得到的FRF矩阵不包含完整的行或完整的列，则无法得到结构的固有频率、振型和阻尼。 一个单轴和三轴加速度传感器的不同的锤击试验方法 1.移动力锤固定传感器 响应测量点固定在图1点3，力锤可以敲击整个结构任意位置。这种方法的缺点是测量时间长。另一个缺点是难以激励起复杂的被测结构的模态。这种方法的优点是不会引入的附加质量效应。
图1 移动力锤试验 2.移动传感器固定力锤 激励点固定在图2点1，加速度传感器可以在整个结构上移动。这种方法有助于激励起复杂的结构的模态。如果使用多个加速度传感器可以缩短试验次数。然而，移动传感器会引入附加质量效应，影响结果的准确性。 图2 移动传感器试验 现在我们来看一个例子，目的是测试结构的三维模态。获取一个结构的三维模态需要从三个方向获取数据。 1.移动响应点（三轴加速度传感器）固定激励点 在固定点（如点1）对结构进行激励，移动三轴加速度传感器，采集结构在x、y和z三个方向上的响应，从而获得FRF矩阵完整的一列。这个方法的优点是比较容易激励起结构的模态。然而，移动三轴加速度传感器会产生质量附加效应。为了减轻这种效应的影响，可以使用质量小的三轴加速度传感器。