砂粒跳動

砂粒跳動，一種確定彈性體振動的節點（或節線）和振型的方式。

類似的方法還有探針法、感測器逐點測量法、雷射全息攝影法等。

基本介紹

• 中文名：砂粒跳動
• 外文名：sand saltation
• 性質：一個定性測得物體屬性的方式
• 作用：確定振動體的節點和振型
• 領域：力學

簡介

砂粒跳動，是一種確定彈性體振動的節點（或節線）和振型的方法。

具體操作如下：

在試件表面灑上細砂粒，只要振動加速度適當大（一般在1g左右），平面上的砂粒就會跳動，或則跳離試件，或則向試件表面上攝動加速度小的地方集聚。

試件不處於共振狀態時，砂粒無多大跳動。試件處共振狀態時，試件振動加劇，致使砂粒跳動，並逐漸移動和集聚到節線附近，從而明顯顯示出節線的位置和形狀。

相關概念

振型

主振型的簡稱。在多自由度和無限自由度體系的自由振動中，當各質點均按某一自振頻率作簡諧振動時，因各質點位移之比恆為常數而使體系發生的某一振動形式。此時，根據各質點位移的比值可得出振型向量（多自由度體系）和振型曲線（無限自由度體系）。

振型是體系的動力特性之一。振型只反映體系的變形形式而不反映振幅的大小。振型只有在特定的初始條件下才能發生，它總是與體系的某一頻率相應。其中與第一頻率對應的，即稱為第一振型，又稱為基本振型。可以用數學中計算特徵值和特徵向量的方法求頻率和振型。

節點

由圖1可以看出：在整個振動過程中，支承點始終沒有位移；除支承點外樑上還有位移始終為0的點，這樣的點稱為節點。

圖1 梁的振型

其他方式

探針法

激振試件，使它處於共振狀態，然後用探針依次接觸試件上各點來探測節點（或節線）的位置。探針跳動得厲害處即為波峰位置，探針跳動微弱或甚至不跳動處，即為節點位置。

感測器逐點測量法

對於較複雜、大型、剛度較大的結構，常用感測器進行測量來尋找節線。

以懸臂樑為例進行說明，首先用感測器測樑上兩點A、B的位移，如它們的位移相位相反，則在兩點間必有一節點，可把感測器自B點逐步向A點移動，找到位移為0的點，此點即節點。如A、B兩點位移同向，則可把感測器自B點向遠離A點方向移動，直到找到位移為0的點。

對二維彈性體可首先在試件上劃分成一些區域，用感測器逐個地測量這些區域內點的位移，再按兩點問位移反向則兩點間必有節點，移動感測器可找到節點，把所有節點連起來就得到二維彈性體的節線。

雷射全息攝影法

雷射全息攝影與雷射測振同樣是利用了光波衍射原理，不同的是後者利用膠片能把被測振動物體的全部信息記錄下來，並能予以再現，其光路布置大致如圖2。

圖2 雷射全息照相的光路布置

由雷射器發生的雷射經分光鏡後分成兩束光，一束經反射擴束照射到被測振動體上，再由被測振動體漫反射到全息底片上，它具有物體振動的信息，此即是物光；另一束光經反射擴束直接照射到底片上是參考光。兩束光在全息底片上相遇按一定的光程差條件相互干涉，這樣底片上的記錄介質就記錄下了干涉圖形。底片經定影與顯影后形成一個明暗相間十分複雜的光柵（即全息底片），這些光柵不僅與物光的振幅有關也與物光韻相位有關。

對於穩態振動通常採用時間平均法，用比振動周期長得多的時間，使全息底片對振動物體連續曝光，記錄振動物體的全息圖。再現時就是被測物體的振型圖。