振动试验技术讲座

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1、可靠性测试技术之一——振动试验技术陈永祥高级工程师中国航天科技集团公司北京强度环境研究所上海试验与检测中心1、基本理论可靠性：三个“规定”——时间、环境、功能环境因素：气候、力学、生物、电磁力学环境：振动、冲击、跌落、碰撞¨¨振动危害：设备损坏、人体危害、严重事故按振动规律分类：简谐振动——正弦周期性振动复杂周期振动确定性振动准周期振动非周期性振动瞬态非周期振动振动各态历经随机振动平稳随机振动非确定性振动非各态历经随机振动（随机振动）非平稳随机振动一般非平稳随机振动瞬态随机振动1、基本理论振动的表示方法•时域——时间

2、历程横坐标——时间；纵坐标——运动参数•频域——振动频谱（1）周期振动——频谱是若干竖直线段，离散谱周期函数可用傅立叶级数展开成许多简谐函数之和——周期振动由若干成谐波关系的简谐振动组成•方波的频谱：1、基本理论•三角波的频谱：（2）非周期振动——连续的曲线，连续谱非周期函数可用傅立叶积分表示——非周期振动由无数个谐波分量组成•阻尼振动的频谱：2、正弦振动理论正弦振动的运动参数•位移：xt()Asin(t)•速度：vt()Asin(t)•加速度：2at()Asin(t)2vt()xtat(),

3、()xt()122fT正弦振动的描述（1）时域描述：正弦波形幅值描述量：（2）频域描述：•峰值——幅值•定频正弦——竖直线段；•峰峰值——2倍幅值•正弦扫描——连续的曲线；•均方根值——0.707倍幅值3、随机振动理论定义：不能用确定函数描述，只能用概率和统计方法描述；随机振动的特征描述：（1）时域描述1Txlimx(t)dt•样本函数——代表母体全部TT0统计信息；（2）幅值域描述•概率分布函数——瞬时幅值低于某一值的概率；•概率密度函数——瞬时幅值落在某一区间的概率；•平均值——静态分量；1Tx

4、limx(t)dtT0T•方差——动态分量；1T22[x(t)x]dtxlimT0T•均方值——能量的大小；1T22xlimx(t)dtT0T•均方根值——均方值的正平方根＝振动量级3、随机振动理论（3）时差域描述•自相关函数——随机信号在不同时刻的相似性；1TR()x(t)x(t)dtxlimT0T用途：（1）检测混淆于随机振动过程中的确定性周期振动；（2）求自功率谱密度函数•互相关函数——两个随机振动信号之间的依赖性；1TR()x(t)y(t)dtxylimT0T用途：

5、（1）响应对激励的滞后时间；（2）确定信号传递通道；（3）检测隐藏在噪声中的信号。3、随机振动理论（4）频率域描述•自功率谱密度函数——随机振动能量在频域的分布；Sx()FFTR()S()xx自谱包含了振幅和频率信号，丢失了相位信息；“白谱”——各频率包含相等的能量→检测传递特性；•互功率谱密度函数——两个随机信号在频域上的相互关系；Sxy()FFTR()S()xyxy获取频响函数、评价操纵机构在频域内的操纵性、灵敏性和稳定性；4、正弦振动试验主要用途：1）模拟激励源为周期函数的振动；g2）搜

6、寻结构共振频率；3）考核试件的疲劳强度；4）与随机振动叠加产生模拟实际环境的振动（SOR——直升机，汽车f1f2f3f4f(Hz)发动机舱）分类：正弦定频/正弦扫描D•正弦扫描寻找共振频率，在共振频率定频驻留，考核疲劳强度交越频率：振动特征量由一种关系变为另一种关系的频率严酷等级——频率范围、振动幅值、扫描VA=VωA方式、扫描速率、持续时间4、正弦振动试验扫描方式：•线性扫描——频率变化是线性的→各频率振动时间相同•对数扫描——频率的对数线性变化→各频率振动次数近似相同疲劳损伤与应力交变次数有关——通常采用对数扫描

7、扫描速率：Hz/min、Oct/minff•倍频程：2nHn(lgH)/lg2ffLL•快速扫描——响应来不及进入非线性，用于模态分析；•慢速扫描——激起最大的共振响应，用于搜寻共振频率；采用快慢结合的方式搜寻共振频率压缩速率——控制仪修正控制误差的速度。•太快控制不稳定，太慢容易出现超差5、随机振动试验随机振动假设：平稳、各态历经、高斯分布•平稳——统计特性与时间无关•各态历经——每个子样可以代表过程的统计特性；•高斯分布——瞬时加速度值的概率密度函数符合高斯分布严酷等级——频率范围、加速度谱密度、总均方根、持续

8、时间随机振动中的计算：f2•均方根值：AS(f)dfrmsf1•功率谱密度：WfPSD222m10lglog(g/Hz)Grms=6.06g（斜率）W2f0.0411ct/oB-33ddB/oct•最大推力：FMaM