振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法

本技术属于振动测试，具体涉及一种振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法。

背景技术：

1、振动台涉及电场、磁场和结构场，对其进行分析需要进行多物理场的耦合计算，由于运算量太大导致计算效率低而且多个物理场的叠加可能会进一步放大误差。

技术实现思路

1、为了解决均布载荷无法求频响函数的问题，本发明提出了一种振动台机-电-磁耦合系统总体频响函数矩阵的等效算法，提出了一种将空间分布电磁激振力等效为集中载荷的办法，能够获得更准确的总体频响函数，对实际试验的结果能进行更精准的预测，对实际试验进行更好的指导。

2、为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1，对电磁振动台上的测点施加电信号，将所述电信号转化为力信号激励；

5、s2，根据所述力信号激励得到测点加速度信号；

6、s3，计算所述加速度信号对力信号激励的频响，通过力信号激励与电信号之间的关系，得到完整的振动台机电磁耦合系统总体的频响函数。

7、进一步的，所述振动台机电磁耦合系统包含动圈、激励线圈和辅助运动装置，以及控制仪，所述控制仪用于发出激励电信号；

8、所述动圈包括动圈骨架和驱动线圈，动圈骨架与驱动线圈固接，所述辅助运动装置包含空气弹簧和导向装置；所述驱动线圈内部设有用于通水降温的蜂窝网格状中空。

9、进一步的，步骤s1具体为：

10、s11，将交变时域电流信号，经过功率放大器放大之后，施加到驱动线圈内部，激励线圈通入恒定直流电，由麦克斯韦方程组式(1)得到：

11、

12、其中，b表示空隙间近似匀强磁场的磁场强度，e表示电场强度，q表示电荷量，ε0表示真空电容率，φb和φe则分别表示磁通量和电通量，i表示为流经驱动线圈的电流大小，μ0表示真空磁导率；

13、s12，激励线圈在电磁激振器内部空隙形成近似匀强磁场，对所述强磁场进行受力分析得到：

14、f＝bil  (2)

15、式中，i表示为流经驱动线圈的电流大小，l表示驱动线圈的总长度，b表示空隙间近似匀强磁场的磁场强度，f则为整个驱动线圈所受到的总力。

16、进一步的，所述s3包括以下内容：在所述动圈内选取内节点，将电信号的响应转化为该内节点上的电磁力，然后再计算测点加速度对该内节点电磁力激励的响应，继而计算整个振动台动圈的频响函数。

17、进一步的，所述s3具体为：

18、s31，首先将驱动线圈等分为n个节点，将电磁力f均匀分散作用在n个节点上，根据均布体力的分布规律和有限元理论，每个节点上的受力应均等，根据由式(2)得到：

19、f＝f1+...+fn  (3)

20、f1＝...＝fn＝f/n  (4)

21、其中fn表示第n个节点上作用的等效集中力；

22、s32，根据频域子结构法，每个等效集中力作用的节点都为内部节点，记其集合为a，记驱动线圈上任一测点d点的加速度响应为ad，根据线性系统叠加原理得到：

23、

24、联立式(2)、(4)、(5)，得到：

25、

26、其中，i表示驱动线圈所通的电流大小，b表示由激励线圈在空隙间近似匀强磁场的磁场强度，l表示驱动线圈的总长度，分别表示在第1点和第n点激励在d点测量的加速度频响函数。

27、进一步的，各线圈的层与层之间由环氧树脂固定。

28、有益效果

29、提出了一种将空间分布电磁激振力等效为集中载荷的办法，通过对振动台的精确分析和建模，进而获得准确的频响函数矩阵，从而更好地预测实际试验结果。在工程中可以更好的进行预试验，对实际试验进行指导。

30、本方法提出的一种新的基于机电磁耦合系统的总体频响函数构建方法，解决了电信号与测点信号之间的转化，解决了电信号激励下动圈受到均布力从而无法获得准确的整体频响函数的问题。

技术特征：

1.振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，其特征在于，所述振动台机电磁耦合系统包含动圈、激励线圈和辅助运动装置，以及控制仪，所述控制仪用于发出激励电信号；

3.根据权利要求2所述的振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，其特征在于，步骤s1具体为：

4.根据权利要求1所述的振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，其特征在于，所述s3包括以下内容：在所述动圈内选取内节点，将电信号的响应转化为该内节点上的电磁力，然后再计算测点加速度对该内节点电磁力激励的响应，继而计算整个振动台动圈的频响函数。

5.根据权利要求4所述的振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，其特征在于，所述s3具体为：

6.根据权利要求2至5任一项所述的振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，其特征在于，各线圈的层与层之间由环氧树脂固定。

技术总结
本发明公开振动台机电磁耦合系统总体频响函数构建方法，所述方法包括以下步骤：S1，对电磁振动台上的测点施加电信号，将所述电信号转化为力信号激励；S2，根据所述力信号激励得到测点加速度信号；S3，计算所述加速度信号对力信号激励的频响，通过力信号激励与电信号之间的关系，得到完整的振动台机电磁耦合系统总体的频响函数。本申请提出了一种将空间分布电磁激振力等效为集中载荷的办法，能够获得更准确的总体频响函数，对实际试验的结果能进行更精准的预测，对实际试验进行更好的指导。

技术研发人员：纪国宜,田子岳,丁镇军,张鹏飞,胡亚冰,魏龙,陈志军
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15