振动试验条件在夹具动态特性设计中的考虑

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1、航天器环境工程第30卷第l期78SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年2月振动试验条件在夹具动态特性设计中的考虑马爱军，刘洪英，董睿，冯雪梅，朱景涛(中国航天员科研训练中心，北京100193)摘要：夹具作为试件与振动设备之间的连接部件在振动试验中起着非常重要的作用。为了减少夹具对试验的影响，文章采用有限元分析法进行夹具动态特性设计，并结合一个设计实例分析了振动环境试验条件与夹具动态特性的相关性。研究结果表明：在进行较宽频带振动试验时，合理处理振动试验条件与夹具固有频率之间的关系，可减少夹具对试验的影响。关键词：振动环境试验；试

2、验条件；夹具；动态特性；有限元分析中图分类号：TBl23：V416．2文献标志码：A文章编号：1673-1379(2013)01-0078-04DoI：10．3969／j．issn．1673-1379．2013．01．0140引言对于大多数航天产品来说，振动试验是必做的力学环境试验项目之一。而夹具作为振动台与试验件的连接部件，其设计是振动试验中的一个重要环节。如果夹具不合适，就可能出现欠试验或过试验【11，因此试验的成功与否、试验结果的可信程度与试验夹具的设计、制造及安装使用水平有直接关系。国军标《军用装备实验聿环境试验方法：振动试验》12J中已有规定，即通过模

3、态测试来验证夹具是否满足要求。本文重点探讨在夹具动态特性设计中对振动试验条件的相关考虑。1振动试验夹具设计要求振动试验夹具的设计是一项复杂的工作，在确定了夹具的设计目标之后就要结合相关信息进行设计，这些信息包括：试验条件，试件的尺寸、质量、安装方式及敏感部位，所使用的试验设备掣31。振动试验夹具的设计要求分为一般要求和动态特性要求。1．1一般要求1)能方便地与振动台台面连接，也能方便地与试件连接。2)夹具材料应选用比刚度大、阻尼大的材料。3)夹具重量应尽可能轻，因为夹具的重量直接影响振动试验时运动系统的总重量，影响振动台装上试件后所能达到的最大加速度值。4)加工

4、工艺性好，成本尽可能低。1．2动态特性要求1)夹具的固有频率与试件的固有频率之间应有合理的匹配，工程应用时取试件的一阶固有频率和夹具的一阶固有频率之比小于0．5或大于1．4[4】o2)夹具振动加速度传递特性应在一3～+20dB之间。3)夹具的频率响应曲线平坦，固有频率要高，最好高于试验条件的上限；或者夹具的一阶固有频率至少高于试件一阶固有频率的2～3倍，以避免试件与夹具产生振动耦合而使响应放大[5]。4)夹具的阻尼要尽可能大，如果夹具共振，则其品质因子p≤4。2振动试验条件及其在夹具动态特性设计中的考虑2．1振动试验条件振动试验分为正弦振动和随机振动两种。正弦振

5、动试验有定频和扫描两种试验类型，而扫描试验又有线性和对数两种扫描方式，航天产品的正弦振收稿日期：2012．08．02；修回日期：2013．Ol。17基金项目：中国航天医学工程研究资助项目(编号：2011SY5410007)作者简介：马爱军(1969--)，男，博士学位，研究员，主要研究方向为振动理论及应用；E-mail：163507net@163．com。通信作者：刘洪英，女，高级工程师，主要研究方向为航天振动、冲击环境模拟及试验技术研究；E-mail：lhy507@yahoo．com．ca。第1期马爱军等：振动试验条件在夹具动态特性设计中的考虑79动试验是对数

6、扫描振动试验。下面以航天产品振动试验为例分别加以说明。2．1．1正弦振动试验条件正弦振动试验条件包括试验频率范围、试验量级、扫描速率及试验方向。典型的正弦扫描试验曲线如图1所示。图1中：．fi～厶为各频段的频率；dl为石吒频率段的位移值，a。、a2为相应频率段的加速度值。微翠／H2图l正弦扫描振动试验条件Fig．1Sweptsinevibrationtestcondition2．1．2随机振动试验条件随机振动试验条件包括试验频率范围、试验谱形及量级、试验时间和试验方向。典型的随机振动试验幅频曲线如图2所示。图2中：一～五为各频段的频率；西l、多3为相应频段的功率

7、谱密度值变化斜率，dB／oct；晚为平直段功率谱密度值，矿／Hz。，‘N享§世帕妊辟督频翠／H2图2随机振动试验条件Fig．2Randomvibrationtestcondition2．2振动试验条件在夹具动态特性设计中的考虑航天产品正弦振动频率范围是4"-'100Hz，随机振动频率范围是10～2000Hz，而对于夹具来说，其固有频率一般会位于该频段内。因此，为了减小夹具对试验的影响，夹具动态特性设计至关重要。使用振动台进行试验时，机械能的传递路线如图3所示。要想在整个试验频段内使动圈将振动能量不失真地传递到试件上是很困难的，除非夹具是刚性体，但实际上只有试验频

8、率较低时(100Hz以下