淺談虛擬振動試驗技術相關研究問題

黃家驥+銀美秀

摘 要：虛擬振動試驗技術在我國各項領域都起到了重要的作用，應當引起人們足夠的重視。該文從探討虛擬振動試驗技術深入研究的重要意義出發，詳細闡述了這項系統研究的重要性和重要地位。而后又深入分析了虛擬振動試驗技術的發展現狀。最后，針對具體建模策略，筆者提出了自己的看法和觀點。

關鍵詞：虛擬振動 試驗技術 發展現狀 國內現狀 建模策略

中圖分類號：V416.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0057-02

1 虛擬振動試驗技術深入研究的重要意義

近年來，隨著虛擬測試技術的迅速發展，它已廣泛應用于航空、航天、國防和軍事領域，并取得了舉世矚目的成就。通過國內外大量的實踐證明，虛擬試驗技術的發展的主要技術方法是克服巨大的投資，不斷地縮短開發周期，進而彌補缺乏大型測試設備的能力。基于多年振動測試中的工作經驗，筆者側重于軍事產品在可靠性測試的熱點問題——虛擬振動試驗技術進行探究，側重介紹有限元數學模型修改技術，介紹了振動臺虛擬試驗技術研究的基本內容，并對仿真實例分析進行了講解。

2 虛擬振動實驗技術發展現狀分析

在20世紀中期以來，為了提高航空航天產品的結構可靠性和優化航空航天產品的測試，美國國家航空航天局（NASA）的結構和環境的實驗室提出了航空航天產品的測試。目前，虛擬測試技術已廣泛應用于外國武器裝備研究和生產、系統演示程序使用的所有階段的訓練，減少技術風險和縮短開發周期，降低成本，實現可觀的效益。針對產品的模態測試與振動試驗測試，在“KBT”流程中，采用“KBT（Knowledge Based Testing）”方法，將計算仿真技術與試驗技術進行了有效結合，軟件系統分別提供了虛擬模態測試環境與虛擬振動試驗環境。

為了在振動測試前降低測試風險，盡可能多地了解結構特點和良好的振動試驗準備，而不是局限于振動測試的一部分，AOES公司與ESA合作建立了虛擬振動試驗系統，可以大幅縮短真實振動試驗的實施周期，該系統的建立可有效避免振動試驗中的過試驗情況。（見圖1）

總之，針對虛擬機械環境試驗研究，在國外研究機構已經研究多年，并已應用于實際工程。

3 我國虛擬振動試驗技術研究現狀分析

在國內，虛擬振動試驗主要存在環境試驗系統的研究階段，如朱Yuanfu使用有限元方法（FEM）模型的振動臺動圈，固定裝置，建立了產品；其次是使用真實的模態和振動測試修改有限元模型的建立，使用修改后的振動臺是虛擬振動試驗的產品。40 t的有限元模型振動臺使用子結構的建模方法，建立了振動測試的虛擬仿真是基于有限元法進行，以及對風機盤管的電動振動臺標本進行有限元建模和虛擬正弦振動試驗仿真。總之，虛擬系統環境振動試驗主要研究，利用有限元軟件建立了振動臺動圈、夾具、有限元模型和裝配的系統的強迫響應分析的有限元模型。

4 新時期虛擬振動試驗建模策略分析

在虛擬振動試驗建模的過程中，在振動試驗中為了更加準確地描述力學傳遞過程，由于動圈本身具有振動的模態，臺體采用剛體建模并固定于地面之上，將被測試件、夾具和振動臺組成的整體結構進行有限元建模，故不可看作質點。此文運用Cosmosworks軟件進行有限元計算，運用proe軟件進行建模，并針對試驗用到的200 kN振動臺動圈進行了三維建模，通過模態試驗數據對模型參數進行修正，而動圈作為振動臺的核心部分，因此動圈仿真是振動臺仿真的基礎，并根據動態響應分析方法推出力譜，最終求出動圈臺面4點平均控制點的響應曲線。

4.1 動圈的三維建模

為了方便地映射，研究者分別測繪的線圈與動圈的骨架，動圈的最大直徑約為600 mm， 高度約為500 mm，質量120 kg，使用證明利用框架的一部分，和線圈，由于線圈完全關閉，使其內部結構沒有，所以只能作為一個實體，密度和彈性模量的兩個最重要的參數校正來模擬實際情況。（見圖2）

4.2 模態試驗

使用近似自由狀態的方法，研究者最大限度地排除了邊界條件的影響來開展實驗，以期最大限度地對動圈的固有特性進行描述。所謂近似自由狀態是使用2臺激振器對線圈的底部進行激勵，用橡皮繩把動圈吊起，采用2 000 Hz帶寬的隨機信號。

然后對兩個線圈參數彈性模量和密度做修改，擬合120.524 kg的動態質量在容許誤差范圍內。然后對動圈的自由狀態模態使用Cosmosworks進行計算，試驗結果與計算結果如表1所示。

從表1可以看到，各主要參數的誤差均控制在±1.5%以內，模型的建立是符合精度的。

5 結語

總而言之，虛擬振動技術實驗對于我國相關領域研究有著重要幫助，是新時期深入進行研究的關鍵所在，從這個角度出發，虛擬建模試驗就顯得有非常重要的現實意義了。然而，系統來說，這個領域的研究在我國起步時間尚短，很多領域當中還存在這樣或者那樣的問題，特別是與歐美發達國家相比，更是有著非常大的問題和不足之處。未來，如何進一步完善這些具體的問題所在，使其更好地為我國現代化建設增磚添瓦是今后研究者所要面對的一大核心問題。

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