YJS-HJ-Ⅰ型模型振动平台
YJS-HJ-Ⅰ型模型振动平台是针对小型结构模型振动演示以及模态测试而开发的实验教学设备，它主要应用于模型的振型演示实验、不同结构的模态测试实验、模型地震波动力响应测试实验和结构模型抗震性能比赛等。目前已成功应用到青岛农业大学、哈尔滨学院、皖西学院、桂林电子科技大学、兰州工业学院等十多所高校的实验教学和科研项目中。 目前通用的模型振动平台主要有两类：电磁振动台、电液伺服振动台，电磁振动台采用电磁激振模式，其适合高频小负载的情形，主要作为小模型模态测试或传感器标定的动力源，低频受限且很难进行位移、荷载闭环控制；液压振动台负载大、低频特性好也可进行位移、荷载闭环控制，但其一般工作频率较低（通常20Hz以内，若频率增高，则费用迅速增加），且存在控制较复杂、噪音大、运行成本高等缺陷。YJS-HJ-Ⅰ型模型振动平台是综合以上两种产品的优点，基于伺服电机驱动滚珠丝杠的控制原理而开发的全电动伺服控制系统，可进行位移、荷载、加速度闭环控制，工作频率下限不受限制，上限可达40Hz，能耗少、噪音低。同时配备数据采集处理及模态分析系统、结构模型振动过程图像高清快速录像系统，可使结构动力实验现象和结果生动、直观地展现在学生面前，既可以使学生对结构振动有感性认识，也可以引导学生进行相关理论探究，掌握实际工程中模态测试的方法。
1.系统组成及主要技术参数
1.1系统组成
该模型振动平台主要由振动平台机架、伺服控制单元、动作执行单元、振动平台、单点激振系统和高清图像快速录像系统等部分组成。
1.1.1振动平台机架
平台机架整体采用L形结构，由底梁和立柱组成，实验空间开放；立柱和底梁各面均布安装孔，方便安装各种构件，匹配多种加载装置，对模型施加多种类型激振。
1.1.2伺服控制单元
YJS-HJ-Ⅰ型模型振动平台伺服控制单元基于伺服电机驱动滚珠丝杠的控制原理而开发的全电动伺服控制系统，可进行位移、荷载、加速度闭环控制，内置正弦波、三角波、扫频波等多种周期指令信号，支持地震波和用户自定义波形运动，具有响应速度快、控制精度高、试验波形种类多等特点，控制软件具有开放性，方便用户针对不同实验项目进行二次开发。
1.1.3动作执行单元
动作执行单元采用高精度伺服电动缸，采用低惯量、大扭矩的伺服电机配高性能伺服放大器，电机可实现高频换向，兼顾了电磁激振高频与液压激振大荷载的特点，工作频率最高可达40Hz，有效荷载100kg时加速度可达到1.5g。
1.1.4振动平台
振动平台采用上下两层式结构，上部为平板结构的直线运动部分，标准尺寸为600*700mm，通过直线轴承与下方托板部分相连接，托板部分直接固定在振动平台机架上。振动平台台面为硬质氧化铝合金面板，托板部分采用镀铬钢板；平台通过滚珠滑块安装在直线导轨上，承载力不低于10kN，摩擦力小，摩擦系数≯0.02；台面上设有设备模型及实验装置固定螺孔，可安装要求定制固定方式。
1.1.5 单点激振系统
由于在结构的模态测试时，受模型自身特性加载方式的制约，对不同的实验对象，往往需采用不同的激振模式。为方便不同激励方案下模态测试结果的比较，同时还可配置电磁激振系统和力锤装置。
1.1.5.1电磁激振系统：
电磁激振系统有任意信号发生器，功率放大器和电磁激振器组成。
任意信号发生器可提供标准周期信号、白噪声和用户自定义信号，提供用于单点激振系统的激振信号。
电磁激振器可作用于被测对象一个或多个激振点，可获得实验对象的某阶或多阶振型。机架采用L型底梁的结构形式，可将激振器安装在立柱上的不同位置，以方便实现对
结构模型不同位置的激振。
利用电磁激振器进行可以采用多种多样的激励信号，数据一致性好，但该方法的缺点也比较明显，激振器和响应传感器往往存在附加质量对结构影响问题，导致测试状态下的结构不再是最初那个要提取模态信息的结构，还要考虑结构安装条件、所布置传感器的质量、激振器顶杆的刚度影响。要想准确获取结构的模态信息，对激励点的位置、数目、方向以及相应点的数目、位置分布都有比较明确的要求。
1.1.5.2力锤装置：
锤击法是实验模态分析的一种常用方法，激励性质属于脉冲激励。由于脉冲激励与一定带宽的随机激励具有相似的力谱，从而能1次激出在此频带内的各阶模态。用加速度和力信号的采集与处理，可实时得到结构的传递函数矩阵。与用激振器激励相比，具有简便、经济、快捷等优点，而且无须预先安装调整，对试件附加质量、附加刚度或附加阻尼小，因而锤击法模态被广泛采用。但锤击法试验的缺点也比较突出，由于锤击能量短时作用在某一点上，容易造成过载或局部响应问题，甚至引起非线性问题。锤击法模态试验主要提供有两种方法：固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。
对于不同试件的模态试验，会要求有不同的频响测试范围。而影响试件频响带宽的直接因素就是激振力即锤击力的频带宽度，它是锤击法实验首先要确定的。力谱的频带宽度直接受力脉冲宽度影响，影响力脉冲宽度的因素主要有3个：材料硬度(锤头和试件)、力锤质量、试件刚度。锤头质量大小，主要用于决定锤击力，由试验要求激振的能量决定。在试验过程中，决定力谱的频带宽度主要通过选择不同的锤头材料来实现。在实际试验过程中要根据具体要求来选择适当材料的锤头，常用的锤头材料一般有钢、铝、尼龙、橡胶等。
力锤一般分为适用小型结构激励，频带宽度0-1000Hz的500kg小型力锤和适用于中型结构激振，频带宽度0-300Hz的5吨中型力锤。锤体结构精心设计，操作简便，锤柄采用特殊结构，有效避免连击，高效完成不同试件的模态测试。
1.2主要技术参数
1、工作行程：150mm、最大负载：100kg、静/动载出力：5kN、工作频率：0-40Hz、额定加速度：100kg/1.5g、额定线速度：500mm/s，最高线速度：600mm/s；
2、控制方式：位置、载荷、加速度三闭环；
3、指令信号：正弦信号、三角信号、扫频波、地震波和用户自定义波形；
4、模态测试激振方式丰富，可实现底座激振、电磁激振、力锤激振等不同激振方式，方便不同实验方案的比较；
5、振动平台尺寸：700×600mm(长×宽)；
6、实验数据与实验过程同步保存清晰记录不易观察到的实验动态变化，准确捕捉特征点的实验现象；
2.其它附属实验设备
模型振动平台主要用于模型的模态测试，一个标准的模态测试教学系统除了需配备模型振动平台外，还需配备数据采集及模态分析系统、典型实验模型等
2.1 数据采集处理及模态分析系统
模态分析系统一般由三部分组成：1.激振系统：使得系统振动。2.测量系统：用传感器测量实验对象的各主要部位上的位移、速度或加速度振动信号。3.分析系统：将采集到的激励信号和响应信号经过数模转换记录到计算机中，用软件系统识别振动系统的模态参数。为实现对结果振动信息的拾取，配置DH5922动态信号测试分析系统。该系统由动态信号测试分析系统硬件、动态信号测试分析系统软件包以及传感器及附件三部分组成。
动态信号测试分析系统硬件由DH5922机箱、DH5922-1数据采集卡、DH3810-1应变适调器、DH5855-1电荷适调器及力锤装置组成，主要用于动态信号的采集和力锤激振。机箱内部含有8通道插槽，含控制卡、扩展卡、数据通信卡及工作电源，为内部工作板卡提供防尘和防静电环境。数据采集卡可以实现差动输入、电压放大、ICP供电、截止频率可调的低通滤波器、模拟+DSP数字抗混滤波、每通道独立的16位A/D和DSP信号处理，所有通道并行工作时，每通道最高采样频率128kHz，最高分析频响50kHz等采集功能，选用进口接插件。应变适调器可以实现以电桥方式为基础的传感器输出信号的适调，自动平衡，桥路方式程控切换，桥路自动校准等功能。电荷适调器是输出电量为电荷的压电式传感器输出信号的适调器，满度值按105pC和103pC分档切换，频响DC～100 kHz，采用进口接插件，可进行二次模拟积分。
动态信号测试分析系统软件包由DHDAS控制软件、DHDSP基本分析软件以及DHDMA实验模态分析软件三部分组成。DHDAS控制与基本分析软件可以和各种型号的动态信号分析仪配套使用，用于软件控制仪器的量程、滤波、参数设置以及信号的实时分析处理等。常用DSP软件包主要实现FFT分析、传递函数FRF分析、相关分析、概率密度与分布、倒频谱、长数据连续记录及回放分析等功能，模态分析软件包主要用于频响函数法（简称测力法，FRF法）、环境激励法（简称不测力法，ODS法）和MIMO多入多出频响函数分析等。可对结构进行可控的动力学激励，分析出结构固有的动力学特性。软件界面友好，操作简便，分析方法多样；具有丰富的几何建模功能；具有结果验证，动画演示和报告生成功能。
传感器主要配置不同量程、不同频响范围的内置阻抗变换器加速度计（IEPE），可以实现磁吸座、螺栓、胶粘三种不同的安装方式。
2.2 实验模型
2.2.1框架结构模型
框架振动模型（图5），立柱采用弹簧钢板，满足振动幅值较大时的强度需要，且采用装配式结构、模块化设计，层高任意可调，层数2-6层。该模型立柱采用矩形截面弹簧钢板，存在一个刚度很小的弱轴，可以方便搭建一些前几阶自振频率较小的框架模型，这些模型在激振频率接近其固有频率时，可以非常直观、形象的演示不同层高、不同配重下框架结构模型的各阶阵型及动力响应，对于学生积累对结构动力特性的感性认识非常有帮助，也可以使学生加深对一些基本动力学概念的理解。
振型是模型本身固有的特性，为获得好的实验效果，基座振动台激振是最好的激振方案。为得到模型在地震载荷下的动力响应，采用振动台实验也是最为理想的实验方式。通过伺服加载控制系统可控制振动平台往复运动，可通过改变激振频率测试模型的自振频率。利用YJS-HJ-Ⅰ型模型振动平台可以实现底座激振，利用安装在立柱上的电磁激振器可以实现上部集中载荷激振，以对比不同激振方式下，同一结构模型的动力响应。下图即为不同结构模型在其不同频率底座激振下动力响应结果与有限元分析结果对比:
2.2.2其它可选模型
前面配置的框架模型在底座激振的方式下，会产生非常直观的动力响应，可以通过眼睛直接观察到框架结果的各阶阵型，其目的是为了起到教学示范和引导理解概念的作用。而实际工程中结构的各阶阵型，无论是在底座激振还是电磁激振，亦或是锤基激振，往往都无法非常直观演示结构的各阶阵型，这时便需要通过数据采集、处理及模态分析系统来提取结构的各阶模态。为服务动力学相关实验的开展，使学生掌握模态分析实验的技能，可选配的一些用于模态测试的模型还包括简支梁模型、固支梁模型、矩形板模型、圆板模型、框架结构模型等。
以上实验模型是基本配置，实验模型的组成可根据用户需求定制。
2.3可开设的实验项目
1、振动台底座激振框架模型振型测试实验
2、激振器模型不同部位激振结构振型测试实验
3、框架结构模态测试实验
4、框架结构动力特性测试实验
5、阻尼、配重、边界约束条件对动力特性影响实验
6、隔振、减震装置对动力特性影响实验
7、框架结构地震波响应实验
8、辅助构造对构件、结构承载力影响实验
9、结构模型抗震性能比赛
