振动试验的工程技术应用

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1、振动试验技术的工程应用夏江宁北京强度环境研究所上海试检中心www.relialab.com.cn2008年12月6日主要内容1、振动试验的应用背景2、振动试验的理论基础3、振动试验的操作流程4、夹具设计遵循的准则5、振动设备的选择6、振动试验技术的最新进展1.1工程背景1、现代工业产品的制作工艺越来越复杂；2、复合材料的应用越来越多；3、产品的使用范围越来越广；4、产品的可靠性要求越来越高。1.2试验目的根据产品研发阶段的不同，其试验目的主要有（MIL-STD-810F）：1、研制试验目的：用于确定装备的特性，暴露设

2、计和构造的不足及评价纠正措施。2、鉴定试验目的：确定装备是否满足特定环境要求。3、功能试验目的：验证装备暴露在最恶劣的运行环境条件下是否能正常工作。4、耐久试验目的：对环境寿命周期高精度的模拟。5、可靠性试验目的：获得装备失效率的统计规律。试验件通常较多。1.3振动引发的故障模式1、结构疲劳破坏；2、结构瞬时超越破坏；3、仪器设备功能失效；4、产品总体性能下降；5、对人体造成危害；2.5—5Hz之间的振动，可引起颈椎和腰椎的共振，振幅增大约240％。4—6Hz间的振动，可使人的驱体、肩以及颈发生共振，振幅增大约200％

3、。20—30Hz间的振动，使人的关节与肩之间出现强共振，其振幅增大250％。60—200Hz间的振动，可使人的眼球、手指发生共振，共振幅增大约230％。一般地面设备机械振动的频率范围是l0—100Hz，舶船设备机械振动的频率范围是5—l00Hz，可见这些振动对人体都是很有危害性的。2.1试验分类振动过程的分类一般为：1、周期性过程和非周期过程；2、确定性过程和非确定性过程、3、平稳过程和非平稳过程。目前振动试验的分类主要有：正弦扫描试验、随机试验、冲击试验以及混合模式试验。2.2正弦扫描试验函数表达式为：xt()Asi

4、n(t)vt()Asin(t)2at()Asin(t)122fT2vt()xtat(),()xt()常用术语1、扫描方式线性扫描：单位时间扫描相同的频率数。对数扫描：单位时间扫描相同的频率倍数。2、扫描速率t,即为扫描速率线性扫描：Hz/s、Hz/min对数扫描：oct/minfnlg(H)/lg2，f为频率上限，f为频率下限倍频程：高低频率倍数关于2的相对比值HLfL3、交越频率的计算GB2423.10-1995(IEC68-2-64)试验条件特点为：低频确定位移，

5、高频确定加速度。位移与加速度曲线相交的频率点即为交越频率。计算公式：A2A(2f)Df,A为加速度，D为位移24D特点及应用特点：1、时间与频率为一一对应关系。*t2、运动量（如加速度、速度或者位移）呈现周期变化规律。应用范围：1、激励为周期函数的振动试验（定频振动或者频率扫描振动）。2、用于查找产品的共振频率。3、与随机激励叠加，形成真实的环境激励。2.3随机振动试验随机信号的数字特征令振动记录为y（t）数学期望（平均值）1Tylimytdt()T0T均方根值1T2yytdt()rmsli

6、mT0T功率谱密度函数1T2Gf()y(),(tdtquestiony:?)ylimlimffTf0Tf()02均方值与功率谱密度函数的关系yrms()flimfGy()ff0常用术语1、试验带宽即试验的频率范围，最低频率至最高频率2、试验谱线参与快速傅立叶变换的数据块大小（Blocksize）3、频率分辨率相邻频率的差值，即试验的最高频率/试验谱线4、分贝对数标尺，数值：dB=20*lg(a1/a2)常用分贝对应的倍数-3dB0.70793dB1.4125-6dB0.50126

7、dB1.9953≈2-9dB0.35489dB2.814-20dB0.120dB10-40dB0.0140dB100对数坐标既可以保证小值的精度，又可以包容很大的变化范围。此外，还可使得高次函数线性化。特点和应用特点：1、所有试验频率成分同时激振而且在各频率的输入振幅是随机变化的；2、从时间轴上看，随机振动试验为多次瞬间随机振动的叠加。从试验曲线上看，测点响应曲线的每一帧都不同；3、数学模型更为复杂，控制设备要求较高；4、更加符合真实环境激励。应用范围：1、模拟车辆实际行驶过程中受到的振动；2、模拟地震时的振动；3

8、、模拟飞行器发动机运行时的振动；4、模拟流体的紊流引发的振动。2.4冲击试验数学表达式aft(),(0tD)0a0,(tD)根据函数f（t）不同的表达式，冲击