[发明专利]固定结合面单位面积动态特性识别实验装置及其识别方法

权利要求书

1.固定结合面单位面积动态特性识别实验装置，其特征在于：包括基座(4)、实验底块(3)、实验垫片(2)、实验连接块(1)、驱动执行模块五部分，所述实验装置整体采用对称式结构同时进行实验，以基座(4)的中心面为中心左右对称，所述基座(4)的两端为对称式结构，与实验平台通过螺栓连接，两端对称式结构可同时进行结合面动态实验；所述实验底块(3)、所述实验连接块(1)的实验材料以及粗糙度一致，为实验装置中的可换件，实验材料、粗糙度、预压力以及含油介质构成多种实验组合；实验底块(3)安装位置孔的位置根据基座(4)定位孔的位置布置，通过沉头螺钉与基座(4)连接；实验连接块(1)为两翼设计，以保证作用重心在四个实验垫片(2)的几何中心处，实验连接块(1)通过螺柱螺母与实验底块(3)连接；所述实验垫片(2)上下表面积分别与实验连接块(1)和实验底块(3)完全接触，一种实验组合类型需要四块，均匀布置在实验底块(3)上；所述的驱动执行模块，包括激振器(A)、阻抗头(5)、试验连接块(1)，激振器(A)通过激振杆与阻抗头(5)连接，阻抗头(5)则粘贴或吸贴在实验连接块(1)的法向中心线的表面处或与实验垫片(2)的重心水平的连接板侧面处，由激振器(A)产生的激振力作用于实验连接块(1)上；所述的实验装置还设有动态信号处理模块，动态信号处理模块包括加速度传感器(6)、电荷放大器(B1)、功率放大器(B2)、数据采集器(C)、微机(D)；阻抗头(5)粘结或吸附在试验连接块(1)上，加速度传感器(6)粘结或吸附在实验底块(3)上或者布置在基座(4)上，加速度传感器(6)信号经过电荷放大器(B1)和功率放大器(B2)调理，送数据采集器(C)和微机(D)进行处理。

2.根据权利要求1所述的固定结合面单位面积动态特性识别实验装置，其特征在于：实验垫片(2)采用精铣加工，厚度为2mm，面积为1cm²。

3.一种如权利要求1所述固定结合面单位面积动态特性识别实验装置的识别方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：将实验装置实验底块(3)、实验连接块(1)与四块实验垫片(2)构成的结合面等效为8个弹簧，8个阻尼器的理论模型，将该实验装置等效为等效质量M_e，等效刚度K_e，等效阻尼为C_e的单自由度系统，其正弦激励的等效单自由度系统的频响函数H_e(w)如式①、式②所示

H_e(w)＝１/-M_ew²+jwC_e+K_e           ①

He(w)=HXe-Xes(w)1-mw2((Me/m)·HXe-Xes(w)-HXc(w))]]>        ②

式中：m为系统的主振质量，M_e为等效质量，K_e、C_e为该理论模型的等效单自由度系统的等效刚度与等效阻尼，X_e为该理论模型上结合面处的等效位移，X_es为下结合面的等效位移，X_c为重心处的位移，分别为等效结合面和重心处的频响函数；

步骤二：正弦激励该实验装置，测得重心处的频响函数和实验垫片(2)的左结合面组(2A)处、右结合面组(2B)处、X_e处的频响函数分别为设单个实验垫片(2)与实验底块(3)构成的结合面处的刚度和阻尼分别为K和C，则该实验装置的力学模型为式③和式④

(K2+K2)(x1(t)-x1s(t))+(K2+K2)(x2(t)-x2s(t))=Ke(xe(t)-xes(t))]]>      ③

(K2+K2)(x·1(t)-x·1s(t))+(K2+K2)(x·2(t)-x·2s(t))=Ke(x·e(t)-x·es(t))]]>      ④

式中：x₁(t)为左结合面组(2A)处上结合面实验连接块(1)时域上的等效位移，x_1s(t)为左结合面组(2A)处下结合面实验底块(3)时域上的等效位移，x₂(t)为右结合面组(2B)处上结合面实验连接块(1)时域上的等效位移，x_2s(t)为右结合面组(2B)处下结合面实验底块(3)时域上的等效位移，x_e(t)为该理论模型上结合面处时域上的等效位移，x_es(t)为下结合面时域上的等效位移；

由式③、式④得到单个实验垫片(2)与实验底块(3)构成的结合面处的刚度和阻尼分别为式⑤、式⑥

K=KeHXe-Xes(w)HX1-X1s(w)+HX2-X2s(w)]]>     ⑤

C=CeHXe-Xes(w)HX1-X1s(w)+HX2-X2s(w)]]>     ⑥

步骤三：由实验垫片(2)的面积S计算得到单位面积结合刚度系数和阻尼系数K_n和C_n，即如式⑦、式⑧所示

K_n＝K/S    ⑦

C_n＝C/S    ⑧。