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用于模态和NVH实验的三维数字化坐标仪

宣布日期:2017-05-06 09:42    阅读次数:次

作者:Richard W.Bono Micheal J. Dillon David L.Brown
择要 声发射/领受手艺用于测定模态实验三维坐标,比传统方式节流时候并进步精度。本文先容声学数字化坐标仪的根基道理,并经由进程汽车整车振动模态实例对两种方式停止比拟。
关头词 模态实验 三维坐标 声发射 数字化
在振动模态实验中,用野生量测传感器地位,肯定测点三维坐标,构成振型动画显现所需的多少文件,须要花费大批时候。这类野生方式用皮尺来量测各实验点距参考点的X,Y和Z三维坐标,而后根据清算好的测点坐标表输出计较机,构成多少文件,用于模态参数估量软件,以便显现振型动画。对大型模态实验,这一进程最少须要好几个小时,并且对庞杂布局来讲,其精度也不是很高。
在为进步模态实验程度的不时尽力中,声学数字化定位手艺被用来有用、切确地获得实验件物理坐标,构成电子数据表格。在本研讨中,接纳3个超声发射器、4个拾音器用来丈量时延,肯定三维坐标。
1 任务道理
声学数字定位的根本是:声响在必然介质中的传布速率是已知的。如能测定声发射脉冲和领受器之间的时延,便可
切确肯定两者之间的间隔。一个点和三个参考地位之间的间隔一旦肯定,该点在三维空间的地位也就随之而定。
两个发射器e1和e2自力地装置在探头上,放电发射出具备必然超声能量的短时激烈脉冲。四个拾音器r1,r2,r3和r4
牢固在探测器上,用来领受同步时候进程旌旗灯号,由此计较出发射器和领受器之间的时延(典范的时候进程旌旗灯号见图1)。
而后将时延按下式转换为间隔

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此中:下标e和r别离表现发射器和领受器。声速c经由进程装置在探测器上的第三个发射器e3在现实任务情况中不时自行停止校准。以xer为半径绕各领受器画圆弧(见图2),便可肯定各个发射器的空间坐标。发射器地位一旦肯定,那末手持探头顶端的地位便可由已知长度计较出来。
2 实验布局
福特公司Mustang1989型汽车整车被用来作为模态实验实例,以演示声学数字化坐标仪的有用性。该型汽车在辛辛那提大学布局能源学研讨所就有一辆可供利用。统共有135个模态实验测点,散布在全数车身内部,从后面防撞杆,直到汽车尾部挡板。

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3 惯例实验方式
由两个人用皮尺来丈量各测点坐标的的多少数据,各测点的坐标中普通有一个标的目的是能够用皮尺丈量的。凡是以先前测点为参考来肯定后一个测点的坐标,垂直标的目的的间隔就只好用目测来估量了。测点前后沿着布局周围停止,同时参考先前地位和原点坐标。测完汽车左半边的多少数据后,再对称映照到右半边,由此完成全数整车多少坐标数据。
4 声学数字定位方式
图3为用于本研讨的数字化坐标丈量仪的表示图。该仪器由发射器探头、带拾音器的菱形探测器支架、节制器硬件和PC机软件构成。探测器支架由强度高、分量轻的铝合金制成,易于牢固在便携式三角架上。探测器上还装有第三个发射器e3,与第一个拾音器坚持肯定的间隔,这对发射器/拾音器组合用于在每次丈量时对声速停止校准。一切拾音器用来对探头停止三角定位。实在,现实上只需3个拾音器就够了,可是接纳4个以便于丈量体积更大的试件。
手持发射器探头上装有一根长20 cm的延长竿,以便够得着较远的地位。发射器经由进程高压、高阻抗电弧发生超声脉冲,可通报到各个拾音器,一切发射器都在探头部用按键触发。
节制器硬件和PC软件触发发射器,丈量时延并计较探头顶端的地位,同时还计较出探头上两个发射器e1和e2之间的间隔作为校核。现实间隔颠末丈量校准,牢固稳定。将此间隔与每次丈量时由数字化坐标仪计较的成果相比拟,若是不在预约容差规模内,该丈量成果取消。

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多少数据一经测定(见图4),再将探头瞄准下一个测点,每一个测点由4次丈量值取均匀。体系软件能够很便利地用于屡次均匀,只需在丈量时操纵职员反复触发开关便可。

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测得的全数数字化坐标数据都按实验前定好的坐标系构成文件。本次实验研讨的原点选在汽车顶部的中心,X轴取汽车侧滚轴并指向后方,Y轴垂直向上,Z轴指向搭客座一侧的车门。原点地位以是选在中心是为了保障一样的坐标系可合用于探测器支架的差别地位。为了丈量一切各点的坐标,探测器支架前后被放在4个差别地位,每次挪动地位后,用统一原点来界说坐标系,如许就使得一切数据点都记实在不异数据文件中,无需用户停止坐标变更。
5 成果与比拟
用上述两种方式丈量,记实了全数135个点的坐标。将惯例方式测得的坐标输出计较机,而后转换成通用文件(Universal File) Type 15格局,以知足振型动画软件的须要。数字化坐标仪的ASCⅡ文件输出则经由进程DOS转换法式变成通用文件Type 15格局。表1给出了两种丈量方式所需的全数时候。

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正如预期的那样,声学数字化坐标仪比惯例用皮尺量测要便利很多,除能节流大批时候(见表1),丈量成果的靠得住性也比“目测”要高很多。另一个益处是,无需野生输出三维坐标。虽然在整车丈量进程中挪动探测器支架3次,比起手工丈量方式依然是效力更高、精度更好。
6 结 论
在本实例研讨中,用三维数字化坐标仪丈量节流了80%以上的时候,由软件撑持的丈量仪能够等闲完成用户界说坐标体系,并能停止及时主动声速校准。数字化坐标仪胜利地代替了传统的皮尺量测方式,不管模态实验的试件多少尺寸巨细,都能够大大进步任务效力。该手艺在布局实验中还可用于无限元建模与相干研讨,和装备(布局)运转振型测试等范畴。

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