本发明涉及了一种激励试验装置，涉及机械振动领域，具体涉及一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置。
背景技术：
1、圆柱壳结构具有重量轻、刚度高、容量大等优点，广泛应用于机械电气、航空航天、船舶海洋和土木建筑等重要领域。在实际应用场景中，圆柱壳结构往往承受着复杂的激励，产生振动噪声，进而影响结构的性能和可靠性。机械振动原理表明，机械结构的振动特性不仅与机械结构自身的固有特性相关，而且与其所承受的激励的类型相关。因此，对于圆柱壳结构在不同激励作用下的动力学特性的研究是实现这些激励作用下圆柱壳结构减振降噪的重要基础，对于提升圆柱壳结构工作性能和可靠性具有重要的意义。
2、现有研究对诸多典型激励作用下的圆柱壳动力学特性开展了深入的理论分析，其中主要包括瞬态冲击激励、阶跃激励、简谐激励、扫频激励、非线性碰摩激励、分布式旋转行波激励等。然而，目前大部分研究主要开展的是理论推导和仿真验证方面的工作，相关的试验验证案例比较匮乏。在这些典型激励中，瞬态冲击激励、阶跃激励、简谐激励、扫频激励、非线性碰摩激励主要表现为集中力的形式，因此搭建相关试验装置从原理上而言相对简单，并且已有一些研究在试验验证方面取得进展。与这些集中力形式的激励有所不同，分布式旋转行波激励在空间呈分布形态，并且该激励的幅值还具有随时间和随空间变化的双重属性，这些特征使得搭建旋转行波激励作用下的圆柱壳结构试验装置更为复杂，这也导致了目前少有相关的技术方案被公开。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置。
2、本发明采用的技术方案是：
3、一、一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置：
4、试验装置包括底板和位于其上的驱动电机、联轴器、圆柱壳、两个壳支座、非接触式电磁激振器、两个轴承座及滑环，圆柱壳通过端部的两个壳支座安装在底板上；圆柱壳的内部安装非接触式电磁激振器，非接触式电磁激振器和圆柱壳之间存在气隙；非接触式电磁激振器包括转轴、转子铁芯、若干电磁线圈及若干挡板，转轴由固定在底板上的两个轴承座支承，驱动电机通过联轴器与转轴相连，各个电磁线圈绕在转子铁芯的齿上，各个挡板位于电磁线圈外以对电磁线圈进行固定；滑环固定在转轴上，各个电磁线圈的出线端与滑环相连；通过调节驱动电机的转速、通电的电磁线圈的数量、各个电磁线圈中电流的频率和幅值以进行圆柱壳的分布式旋转行波激励试验。
5、所述的底板水平布置，第一壳支座和第二壳支座竖直平行间隔安装在底板的一侧顶面，圆柱壳水平安装在第一壳支座和第二壳支座之间，第一轴承座和第二轴承座竖直平行间隔安装在第一壳支座和第二壳支座的对称两侧，转轴水平设置在非接触式电磁激振器的中心，转轴的两端分别穿设过第一壳支座和第二壳支座中心开设的通孔后水平安装在第一轴承座和第二轴承座之间，驱动电机通过安装座水平安装在底板的另一侧顶面，驱动电机的输出轴通过联轴器水平同步连接至转轴的一端，滑环安装在转轴的另一端，滑环连接各个电磁线圈的出线端。
6、所述的非接触式电磁激振器的转轴同心套装在转子铁芯内，转子铁芯带有沿周向分布的齿槽结构，齿槽结构不均匀时也能实现齿槽结构均匀时类似的功能，各个电磁线圈分别绕在转子铁芯的各个齿上并位于齿槽结构中，每个挡板位于每两个相邻的转子铁芯的齿的端部之间并位于齿槽结构中，使各个电磁线圈位于转子铁芯的各个齿和各个挡板之间的齿槽结构中。
7、所述的非接触式电磁激振器的转子铁芯和各个挡板与圆柱壳之间存在气隙，气隙的存在一方面使得转子铁芯能在圆柱壳内部自由转动，另一方面使非接触式电磁激振器能对圆柱壳施加非接触式电磁激振力；转子铁芯的齿上带有极靴或不带有极靴；转子铁芯的齿的两个侧面相互平行或不平行，在齿上布置电磁线圈，齿的两侧面平行时可以方便地在齿上安装骨架，即电磁线圈先绕在骨架上，然后骨架安装到齿上，有助于减少线圈成型和布置的时间；齿的两侧面不平行时，电磁线圈需要直接绕在齿上，方案比较简单，不需要额外加工骨架；转子铁芯的材料具有导磁性。
8、所述的转子铁芯的齿槽结构沿转子铁芯的周向均匀或非均匀分布，即沿周向转子铁芯的齿槽结构可以沿周向均匀分布也可以按照特定规律分布，齿槽结构不均匀时也能实现齿槽结构均匀时类似的功能；转子铁芯的不同齿上布置的电磁线圈独立通电，或者分别按照一定规律串联或并联后通电；转子铁芯不同齿上的电磁线圈的匝数可以相同也可以不同；电磁线圈可以直接绕在转子铁芯的齿上也可以先绕在线圈骨架上然后安装在转子铁芯的齿上。
9、所述的非接触式电磁激振器的转轴的轴向长度大于转子铁芯的轴向长度，转子铁芯的轴向长度不小于圆柱壳的轴向长度，以使圆柱壳沿轴向受力均匀。
10、所述的圆柱壳的材料为具有导磁性的各向同性材料、正交各向异性材料、各向异性材料或复合材料；圆柱壳的层数为单层或层叠布置的多层，单层或多层为圆柱壳的结构形式，它们在工程实际中均有广泛的实际应用。本发明公开的装置中圆柱壳可以为单层，也可以为多层，核心是通过本发明公开的装置可以给单层或者是多层的圆柱壳施加分布式旋转行波激励。圆柱壳是单层还是多层会影响它自己在激励作用下的响应特征；圆柱壳的内外表面光滑平整。
11、所述的滑环通过过孔式安装在转轴上，或通过法兰式安装在转轴的端部；各个电磁线圈的出线端经过转轴的表面与滑环相连接或经过转轴的内部与滑环相连接。
12、所述的底板的顶面中心沿自身的长度方向开设有凸起的键，轴承座和壳支座的底面中心均开设有和键相配合的凹槽，轴承座和壳支座通过凹槽插接在键上，轴承座和壳支座均垂直于键。键用于对底板上的轴承座和壳支座的定位，轴承座和壳支座互不接触，可以独立地进行各自位置的调整。轴承座和壳支座可以沿键上下、左右移动，但不能前后移动。在进行高度调整时，驱动电机需要同时调整，以保证驱动电机和非接触式电磁激振器的对中状态。
13、二、一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置的试验方法，包括：
14、所述的圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置通过调节驱动电机的转速和各个电磁线圈中电流的频率，以改变圆柱壳承受的分布式旋转行波激励的频率，驱动电机的转速为零或大于零；通过调节各个电磁线圈中电流的幅值，以改变圆柱壳承受的分布式旋转行波激励的幅值；通过调节通电的电磁线圈的数量，以改变圆柱壳承受的分布式旋转行波激励的阶次；在试验时，在各个电磁线圈中通不同幅值的直流电、幅值和频率不变的交流电、幅值变化和频率不变的交流电、幅值不变和频率变化的交流电以及带有直流偏置的交流电等，以进行圆柱壳的分布式旋转行波激励试验。
15、本发明的有益效果是：
16、1)本发明中圆柱壳所承受的分布式旋转行波激励的频率、幅值和阶次是可调控的。
17、2)本发明中转子铁芯的每个齿上均布置一个电磁线圈，且转子铁芯不同齿上布置的电磁线圈可以独立通电，也可以按照一定规律串联或并联后通电，技术路线简单。
18、3)本发明中的电磁线圈中可以通不同幅值的直流电、幅值和频率不变的交流电、幅值变化和频率不变的交流电、幅值不变和频率变化的交流电、带有直流偏置的交流电等，并且驱动电机的转速可以为零，技术方案丰富。
19、总之，本发明可以解决圆柱壳结构在旋转行波激励作用下动力学特性的试验验证问题，可以在圆柱壳结构上产生分布式旋转行波激励，能够为分布式旋转行波激励作用下的圆柱壳结构的动力学特性研究以及减振降噪提供试验条件；本发明通过调节驱动电机的转速、通电电磁线圈的数量、电磁线圈中的电流大小和频率，就能够使圆柱壳承受不同频率、幅值和阶次可调的分布式旋转行波激励。
1.一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：包括底板(1)和位于其上的驱动电机(2)、联轴器(3)、圆柱壳(8)、两个壳支座(6、7)、非接触式电磁激振器(9)、两个轴承座(4、5)及滑环(11)，圆柱壳(8)通过端部的两个壳支座(6、7)安装在底板(1)上；圆柱壳(8)的内部安装非接触式电磁激振器(9)，非接触式电磁激振器(9)和圆柱壳(8)之间存在气隙；非接触式电磁激振器包括转轴(10)、转子铁芯(13)、若干电磁线圈及若干挡板(14)，转轴(10)由固定在底板(1)上的两个轴承座(4、5)支承，驱动电机(2)通过联轴器(3)与转轴(10)相连，各个电磁线圈绕在转子铁芯(13)的齿上，各个挡板位于电磁线圈外以对电磁线圈进行固定；滑环(11)固定在转轴(10)上，各个电磁线圈的出线端与滑环(11)相连；通过调节驱动电机(2)的转速、通电的电磁线圈的数量、各个电磁线圈中电流的频率和幅值以进行圆柱壳(8)的分布式旋转行波激励试验。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的底板(1)水平布置，第一壳支座(6)和第二壳支座(7)竖直平行间隔安装在底板(1)的一侧顶面，圆柱壳(8)水平安装在第一壳支座(6)和第二壳支座(7)之间，第一轴承座(4)和第二轴承座(5)竖直平行间隔安装在第一壳支座(6)和第二壳支座(7)的对称两侧，转轴(10)水平设置在非接触式电磁激振器(9)的中心，转轴(10)的两端分别穿设过第一壳支座(6)和第二壳支座(7)中心开设的通孔后水平安装在第一轴承座(4)和第二轴承座(5)之间，驱动电机(2)通过安装座水平安装在底板(1)的另一侧顶面，驱动电机(2)的输出轴通过联轴器(24)水平同步连接至转轴(10)的一端，滑环(11)安装在转轴(10)的另一端，滑环(11)连接各个电磁线圈的出线端。
3.根据权利要求1所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的非接触式电磁激振器(9)的转轴(10)同心套装在转子铁芯(13)内，转子铁芯(13)带有沿周向分布的齿槽结构，各个电磁线圈分别绕在转子铁芯(13)的各个齿上并位于齿槽结构中，每个挡板(14)位于每两个相邻的转子铁芯(13)的齿的端部之间并位于齿槽结构中，使各个电磁线圈位于转子铁芯(13)的各个齿和各个挡板(14)之间的齿槽结构中。
4.根据权利要求3所述的圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的非接触式电磁激振器(9)的转子铁芯(13)和各个挡板(14)与圆柱壳(8)之间存在气隙；转子铁芯(13)的齿上带有极靴或不带有极靴；转子铁芯(13)的齿的两个侧面相互平行或不平行；转子铁芯(13)的材料具有导磁性。
5.根据权利要求3所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的转子铁芯(13)的齿槽结构沿转子铁芯(13)的周向均匀或非均匀分布；转子铁芯(13)的不同齿上布置的电磁线圈独立通电，或者分别串联或并联后通电。
6.根据权利要求1所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的非接触式电磁激振器(9)的转轴(10)的轴向长度大于转子铁芯(13)的轴向长度，转子铁芯(13)的轴向长度不小于圆柱壳(8)的轴向长度。
7.根据权利要求1所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的圆柱壳(8)的材料为具有导磁性的各向同性材料、正交各向异性材料、各向异性材料或复合材料；圆柱壳(8)的层数为单层或层叠布置的多层。
8.根据权利要求1所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的滑环(11)通过过孔式安装在转轴(10)上，或通过法兰式安装在转轴(10)的端部；各个电磁线圈的出线端经过转轴(10)的表面与滑环(11)相连接或经过转轴(10)的内部与滑环(11)相连接。
9.根据权利要求1所述的一种圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置，其特征在于：所述的底板(1)的顶面中心沿自身的长度方向开设有凸起的键(7)，轴承座(4、5)和壳支座(6、7)的底面中心均开设有和键(12)相配合的凹槽，轴承座(4、5)和壳支座(6、7)通过凹槽插接在键(12)上，轴承座(4、5)和壳支座(6、7)均垂直于键(12)。
10.根据权利要求1-9任一所述的圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置的试验方法，其特征在于，包括：所述的圆柱壳结构分布式旋转行波激励试验装置通过调节驱动电机(2)的转速和各个电磁线圈中电流的频率，以改变圆柱壳(8)承受的分布式旋转行波激励的频率，驱动电机(2)的转速为零或大于零；通过调节各个电磁线圈中电流的幅值，以改变圆柱壳(8)承受的分布式旋转行波激励的幅值；通过调节通电的电磁线圈的数量，以改变圆柱壳(8)承受的分布式旋转行波激励的阶次；在试验时，在各个电磁线圈中通不同幅值的直流电、幅值和频率不变的交流电、幅值变化和频率不变的交流电、幅值不变和频率变化的交流电以及带有直流偏置的交流电，以进行圆柱壳(8)的分布式旋转行波激励试验。
