疊加振動試驗分析與應用

王志剛，龔天宇，張 毅

（成都蘇試廣博環境可靠性技術有限公司，成都 610041）

疊加振動試驗分析與應用

王志剛，龔天宇，張 毅

（成都蘇試廣博環境可靠性技術有限公司，成都 610041）

結合試驗標準和振動控制軟件，從試驗應用的角度對疊加振動中的隨機加隨機、隨機加正弦振動進行了分析和歸納，并介紹了如何從圖形上快速區分疊加振動，以及在軟件設置中應注意疊加振動試驗中掃頻和不掃頻的區別。

疊加振動 試驗標準 控制軟件

引言

在振動試驗中，經常會遇到疊加振動，如隨機加隨機振動，隨機加正弦振動，有時客戶給的試驗條件，只給出一個圖譜，未注明是什么類型振動，因此怎樣區分出振動類型以及快速在振動控制軟件中設置試驗條件，本文做了簡要的歸納和介紹。寬帶隨機振動來自車輛的基本運動、支承系統、不平的路面等；窄帶隨機振動來自履帶拍擊地面的運動[2]。

寬帶+窄帶混合隨機振動試驗是以寬帶隨機振動譜為基礎（國標和IEC標準將其稱為背景），再加上一個或多個窄帶隨機振動譜構成，其試驗譜型如圖1。

1 疊加振動試驗分類（見表1）

1.1 寬帶加窄帶隨機振動

螺旋槳飛機，除窄帶隨機振動外，更主要的是各種振源引起的寬帶隨機振動，所以螺旋槳飛機的振動是寬帶+窄帶隨機振動。又如安裝在履帶車輛上使用的和通過履帶車輛運輸的產品，通常會經過經受寬帶+窄帶隨機振動，

圖1 寬帶+窄帶混合隨機振動圖

表1 疊加振動試驗分類

1.2 窄帶的中心頻率和帶寬

窄帶的中心頻率和帶寬由振源來確定，如螺旋槳飛機的寬帶+窄帶頻譜圖中的四個窄帶，第一個窄帶的中心頻率是螺旋槳的旋轉頻率，第二、三、四窄帶的中心頻率分別為第一個窄帶的中心頻率2階頻率、3階頻率與4階頻率，帶寬取的是中心頻率的±5 %，考慮的是螺旋槳旋轉過程中中心頻率的左右漂移。在國標和IEC標準中要求，窄帶帶寬最小也應為0.5 %的寬帶隨機，并且最大不應超過寬帶隨機的10 %，其下限頻率不小于2倍頻率分辨率。[1]

如果窄帶要來回掃頻，應給出掃頻的起止頻率、掃頻速率（oct/min或Hz/s）、線性或對數掃頻、掃頻的次數或持續時間，掃頻的次數或持續時間、掃頻的起始方向（向上或向下）[1]。如GJB 150A 中的表D.1履帶車固緊貨物的窄帶隨機振動就是窄帶要求來回掃頻的，每個窄帶都給出了掃描次數和掃描帶寬（見圖2）。

在實際試驗中，隨機加隨機測試（ROR）是在寬帶隨機目標譜上重疊一個或多個窄帶隨機目標譜。這些窄帶目標譜能在一定頻率范圍內進行掃描。寬帶隨機加窄帶隨機譜的設置是在測試目標譜中設置寬帶隨機譜，然后在ROR目標譜中設置窄帶隨機譜。

窄帶目標譜設置中的最后一項，是否將每個頻率求和，指是否將窄帶目標譜加到寬帶隨機測試目標譜上，或者是否讓輸出取這兩個中的最大值，通常情況下選使用窄帶或寬帶目標譜中的最大值，見圖3。

圖2 履帶車固緊貨物的窄帶隨機振動

圖3 隨機加隨機試驗目標譜設置

如蘇試振動臺控制器軟件RC3000中，還可以使用高級目標譜菜單，選擇這項菜單能設置高級目標譜，通過點擊編輯目標譜按鈕來設置。高級目標譜可以有多個斷點來組成一個更復雜的目標譜，目標譜編輯器和常規隨機測試目標譜編輯器一樣，見圖4。

1.3 寬帶隨機加正弦振動

直升飛機的振動往往是在寬帶隨機振動的基礎上疊加很高的正弦振動。寬帶隨機振動來自直升飛機的各種振源，正弦振動是由直升飛機的旋轉部件產生的，如主旋翼、尾旋翼、發動機和變速箱的振動。對寬帶+窄帶隨機振動與寬帶隨機振動+周期振動，最新的國標和IEC標準又將其稱為混合激勵振動。在混合激勵振動中隨機分量用加速度譜密度表示，正弦分量用加速度幅值表示[1]。

加速度幅值以寬帶隨機譜為基礎，再疊加上一個或多個離散的單頻正弦振動峰值。隨機寬帶背景上疊加正弦，要保證隨機譜在整個頻率范圍內的連續性，正弦幅值應包括環境中的正弦振動（如直五到直八，主旋葉頻率從10 Hz到24 Hz），并代表實際環境的頻率變化范圍和產品的共振頻率的變化范圍[1]，見圖5。

寬帶隨機加正弦目標譜的設置是在測試目標譜中設置寬帶隨機譜，然后在SOR目標譜中設置正弦譜，見圖6。

1.4 隨機加正弦振動的掃頻與定頻

1.4.1 掃頻振動

圖4 高級目標譜編輯器

圖5 直升機振動環境

圖6 疊加振動試驗寬帶隨機加正弦目標譜的設置

如果正弦振動不是定頻，要來回掃頻振動，則應給出掃頻的起始頻率、掃頻的速度（oct/min或Hz/s)、線性或對數掃頻、掃頻的次數或持續時間、掃頻的起始方向。如ISO16750.3道路車輛電氣及電子設備的環境條件及試驗-乘用車裝用在發動機上的電子裝備[3]：

1）正弦振動試驗：加速度幅值和頻率按圖7規定，100-150 Hz、頻率區間為變加速度，掃描速率等于或低于0.5 Oct/min （見表2）。

2）隨機振動試驗：加速度功率譜密度（PSD）與頻率如圖所示見表3和圖8[3]。

3）疊加運行后試驗曲線見圖9。

1.4.2 定頻振動

如安裝在AH-1直升機外掛的設備：主旋翼轉速1P=5.4Hz，槳葉數n=2,則振源頻率（fx）范圍：f1=1P=5.4 Hz，f2=n×1P =10.8 Hz，f3=2×n×1P =21.6 Hz，f4=3×n×1P =32.4 Hz；在fx處的加速度峰值：A1=0.70/（10.70- f1）=0.132 g，A2=0.150×f2=1.62 g， A3=0.150×f3=3.24 g，A4=3.75 g。在RC3000軟件設置中不用高級目標譜，正弦窄帶的幅值在振幅部分下的峰 (g)中設置，見圖6。

表2 正弦振動試驗量值

表3 隨機振動試驗量值

GJB 150A-16直升機振動環境見表4。

2 結束語

圖7 發動機正弦振動驗曲線（5缸以上）

圖8 發動機加速度功率譜密度（PSD）與斜率（5缸以上）

圖9 乘用車發動機隨機加正弦振動運行曲線

隨機加隨機振動和隨機加正弦振動都是以寬帶隨機振動譜為基礎的，不同點是一個疊加的是窄帶隨機振動譜，一個疊加的是正弦振動，都有掃頻和不掃頻的區別。從圖譜上看隨機加隨機振動是以寬帶隨機振動譜為基礎疊加窄帶隨機振動譜，圖形上是多個矩形，而隨機加正弦振動從圖形上看多條線，因此在實際試驗中要求試驗人員既要讀懂標準，又要熟練運用振動控制軟件，這樣才能又好又快地完成試驗任務。

表4 GJB 150A-16直升機振動環境

[1] 王樹榮, 季凡渝 編著.環境試驗技術[M].北京：電子工業出版社, 2016, 1,193～201.

[2] GJB 150A -2009,軍用裝備環境實驗室方法 第16部分 振動試驗[S].

[3] ISO 16750 .3,道路車輛 電氣及電子設備的環境條件及試驗[S].

王志剛，實驗室主任，主要從事環境與可靠性試驗工作。

Analysis and Application on Superposition Vibration Test

WANG Zhi-gang, GONG Tian-yu, ZHANG Yi
(Chengdu Sushi Guangbo Environment Reliability Technology Co., Ltd., Chengdu 610041)

Combined with test standard and vibration control software, from the perspective of test application, this paper analyzes and summarizes ROR and SOR of superposition vibration.In addition, it introduces how to quickly identify superposition vibration from graphic, and the differences between sweep and not in software configuration of superposition vibration that should pay attention to.

superposition vibration; test standard; control software

V216.2

A

1004-7204（2016）05-0033-05