振動(dòng)試驗(yàn)極限控制應(yīng)用實(shí)例

趙 婷 項(xiàng)家駿 穆曉念 裴兆波 李 翀

(1.上海航天控制技術(shù)研究所，上海 201109； 2.上海衛(wèi)星工程研究所，上海 201109)

1 引 言

在振動(dòng)試驗(yàn)中，控制方式的選擇直接關(guān)系到試品振動(dòng)試驗(yàn)準(zhǔn)確性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)采用數(shù)字化控制的振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，振動(dòng)試驗(yàn)譜的設(shè)計(jì)更靈活，更加方便試驗(yàn)操作，尤其在數(shù)字化振動(dòng)控制系統(tǒng)選擇多種試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、控制方法后，再加上采用固定點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)、參考點(diǎn)(單點(diǎn)控制)、虛擬參考點(diǎn)(多點(diǎn)控制)和響應(yīng)點(diǎn)不同的組合等措施，對(duì)各種控制參量進(jìn)行處理，可以十分圓滿(mǎn)地達(dá)到試品振動(dòng)試驗(yàn)不同要求和試驗(yàn)?zāi)康摹Ｕ駝?dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱吮┞懂a(chǎn)品裝配過(guò)程中的早期故障，不應(yīng)該讓產(chǎn)品受到過(guò)強(qiáng)的力學(xué)應(yīng)力，致使本無(wú)缺陷的產(chǎn)品受損，所以選擇合適的振動(dòng)功率譜密度，以及振動(dòng)試驗(yàn)關(guān)鍵部位的振動(dòng)量值控制尤為重要。某產(chǎn)品振動(dòng)應(yīng)力篩選，由于它的結(jié)構(gòu)特殊，所以試驗(yàn)參考譜與常規(guī)的參考譜有很大不同，加之試驗(yàn)產(chǎn)品有兩處又裝有敏感元件，為了保證在試驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)受到過(guò)強(qiáng)的力學(xué)應(yīng)力，該試驗(yàn)的振動(dòng)控制采用極限控制方式，并組合配以虛擬參考點(diǎn)(2點(diǎn)控制)以及響應(yīng)點(diǎn)(2點(diǎn)控制)。這種振動(dòng)試驗(yàn)與常見(jiàn)的振動(dòng)試驗(yàn)有很多不同點(diǎn)，以下從某產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)踐,說(shuō)明此類(lèi)試驗(yàn)有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。

2 選擇振動(dòng)試驗(yàn)功率譜密度

隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)應(yīng)用得當(dāng)可保障產(chǎn)品質(zhì)量，否則會(huì)使產(chǎn)品受到過(guò)強(qiáng)的力學(xué)應(yīng)力，致使本無(wú)缺陷的產(chǎn)品受損，反而會(huì)使質(zhì)量下降。對(duì)某產(chǎn)品隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)而言，試驗(yàn)必須在產(chǎn)品不會(huì)失效、不產(chǎn)生新故障，去掉環(huán)境應(yīng)力后，不留殘余應(yīng)力，不影響其使用壽命前提下進(jìn)行。

產(chǎn)品對(duì)隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度要求，對(duì)應(yīng)頻率后我們可以得到隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度曲線，依據(jù)功率譜密度曲線可在試驗(yàn)實(shí)施中設(shè)置試驗(yàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜-參考譜，參考譜是試驗(yàn)期望振動(dòng)量值。如何確定產(chǎn)品振動(dòng)應(yīng)力篩選時(shí)對(duì)功率譜密度要求，即確定試驗(yàn)參考譜，達(dá)到試驗(yàn)期望振動(dòng)量值是試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作中一項(xiàng)重要內(nèi)容。

GJB1032-90電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法中對(duì)隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度要求如圖1所示。

某產(chǎn)品應(yīng)力篩選對(duì)隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度要求如圖2所示。

從圖1與圖2中可以看出，圖1是一個(gè)規(guī)則的梯形譜，而圖2則是在圖1的基礎(chǔ)上，在規(guī)則的梯形譜中，從408Hz～900Hz之間不規(guī)則挖去了一塊。

隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件下的功率譜密度曲線所包含的面積值，等于它的總均方根值。可以計(jì)算出圖1中的總均方根值為6.06g,圖2中的總均方根值為5.51g，兩者相差了0.55g。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)規(guī)范中用均方根值來(lái)描述試件所受到的隨機(jī)激振力的大小，由此可知該產(chǎn)品應(yīng)力篩選受到的隨機(jī)激振力比GJB1032-90電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法中規(guī)定的隨機(jī)激振力小。

3 選擇振動(dòng)試驗(yàn)控制方式

振動(dòng)試驗(yàn)的極限控制又稱(chēng)響應(yīng)控制，極限控制點(diǎn)一般選在試件的重要部件附近，防止振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中某些重要部件振動(dòng)太大造成損壞。極限控制也叫帶谷控制，當(dāng)極限控制點(diǎn)的振動(dòng)超過(guò)給定值時(shí)，原來(lái)的控制值自動(dòng)下降，保持極限控制點(diǎn)的振動(dòng)值不超過(guò)給定值，當(dāng)該點(diǎn)振動(dòng)小于給定值時(shí)，控制值恢復(fù)正常。這樣振動(dòng)臺(tái)面控制曲線在極限通道起作用時(shí)，自動(dòng)形成一個(gè)谷，形似漏斗。這種控制在振動(dòng)試驗(yàn)中應(yīng)用越來(lái)越普遍。

在確定產(chǎn)品隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度要求，即確定了試驗(yàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)譜-參考譜以后，選擇振動(dòng)控制方式特別是關(guān)鍵部位振動(dòng)量值的控制方式就顯得十分重要。

圖3是某產(chǎn)品兩端裝有敏感元件部位在采用兩點(diǎn)平均控制方式振動(dòng)時(shí)的響應(yīng)，可以看出在這兩個(gè)關(guān)鍵部位上不能達(dá)到我們所期望的結(jié)果，在20～2 000Hz試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)的部分頻段響應(yīng)被放大，裝有敏感元件部位實(shí)際受到的加速度功率譜密度值超過(guò)規(guī)定的功率譜密度值3dB，有可能受損。所以該產(chǎn)品隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)不能簡(jiǎn)單采用兩點(diǎn)平均控制方式，而應(yīng)采用兩點(diǎn)平均+兩點(diǎn)極限組合振動(dòng)控制方式。

4 選擇振動(dòng)試驗(yàn)控制點(diǎn)

針對(duì)該產(chǎn)品振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)共選擇4個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)上均粘貼加速度傳感器，具體情況見(jiàn)表1。

5 振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程

在確定振動(dòng)試驗(yàn)功率譜密度曲線和控制點(diǎn)之后，即可實(shí)施試驗(yàn)。試驗(yàn)采用兩點(diǎn)平均+兩點(diǎn)極限控制，兩個(gè)極限控制點(diǎn)分別在裝有敏感元件部位艙外壁，這樣就使得這兩個(gè)關(guān)鍵部位得到了控制。

在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)品兩端關(guān)鍵部位的極限控制點(diǎn)測(cè)量到的實(shí)際振動(dòng)量值超過(guò)所規(guī)定的極限值(參考譜+3dB以上)時(shí)，極限控制點(diǎn)開(kāi)始參與控制，將超出參考譜+3dB的振動(dòng)量值壓縮、限制到參考譜+3dB之內(nèi)。在壓縮、限制過(guò)程中，控制值自動(dòng)下降，直至關(guān)鍵部位的振動(dòng)量值全部在參考譜+3dB之內(nèi)，并保持。當(dāng)極限控制點(diǎn)的振動(dòng)量值在參考譜+3dB之內(nèi)時(shí)，極限控制不參與控制，只是起測(cè)量作用。

圖4是某產(chǎn)品隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)，在采用兩點(diǎn)平均+兩點(diǎn)極限組合控制后，產(chǎn)品兩端關(guān)鍵部位的振動(dòng)控制曲線。曲線顯示該產(chǎn)品實(shí)際受到的加速度功率譜密度值均在規(guī)定的功率譜密度值+3dB之內(nèi)。

6 振動(dòng)試驗(yàn)效果

某產(chǎn)品在完成振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)之后，同時(shí)配之高低溫循環(huán)應(yīng)力篩選，達(dá)到了暴露生產(chǎn)和裝配過(guò)程中的早期故障、保證了產(chǎn)品不失效、不產(chǎn)生新故障，去掉環(huán)境應(yīng)力后，不留殘余應(yīng)力，不影響其使用壽命的目的。

7 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)某產(chǎn)品的特殊結(jié)構(gòu)選擇了極限控制方式進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，既能使該產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)早期故障，關(guān)鍵部位又不會(huì)受到過(guò)強(qiáng)的力學(xué)應(yīng)力，確保該產(chǎn)品在使用過(guò)程中的安全性和可靠性。本試驗(yàn)采取的正確方法可供與之類(lèi)似的產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)借鑒。

[1] 胡志強(qiáng)，法慶衍，洪寶林，張?jiān)剑煲? 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)應(yīng)用技術(shù)[J]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.

[2] GJB1032-90 電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法[S]. 1991.