振動試驗分析

徐楊坤

摘 要 本文介紹了正弦振動和隨機(jī)試驗的試驗方法，試驗?zāi)康摹A具要求、專業(yè)術(shù)語和試驗具體實施方法等。

關(guān)鍵詞 正弦振動 隨機(jī)振動 振動夾具

中圖分類號：TB936文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0概述

電子產(chǎn)品在實際運輸，使用過程中不可避免的會遇到振動碰撞的情況。所以在產(chǎn)品研發(fā)和驗收工作中都會考慮產(chǎn)品進(jìn)行振動試驗。目前單向振動試驗主要分隨機(jī)振動和正弦振動兩種。本文主要介紹振動試驗的兩種試驗方法和具體振動過程中的注意事項。

1專業(yè)術(shù)語

傳感器的安裝對試驗來說很重要，這里重點介紹關(guān)于傳感器安裝的專業(yè)術(shù)語。

固定點：樣品與夾具或振動臺面的連接點，通常是使用中固定樣品的點。（如果是實際安裝結(jié)構(gòu)的一部分作夾具使用，則取安裝結(jié)構(gòu)和振動臺面接觸的部分作固定點，而不取樣品和振動臺面接觸的部分作固定點。當(dāng)樣品是帶包裝的產(chǎn)品時，樣品與振動臺接觸表面可視為固定點）

檢查點：位于夾具、振動臺或樣品上，盡量靠近固定點，且在任何情況下都要與固定點嚴(yán)格剛性連接。試驗的要求是通過若干檢查點來保證的。

控制點： 從檢查點中選出的點，其信號用于試驗控制，以滿足本部分的要求。

單點控制：采用來自基準(zhǔn)點上傳感器的信號，使該信號保持在規(guī)定的振動量級上實現(xiàn)控制的方法。

多點控制：采用來自各檢查點上傳感器信號進(jìn)行控制的方法。（注：信號是采用連續(xù)的算術(shù)平均或采用比較技術(shù)來處理，根據(jù)按有關(guān)規(guī)范來決定）

2振動的種類

隨機(jī)振動是一種規(guī)律顯示出相當(dāng)?shù)碾S機(jī)性而不能用確定性的函數(shù)來表達(dá)，只能用概率和統(tǒng)計的方法來描述的振動。比如路面凹凸不平使行駛的汽車產(chǎn)生隨機(jī)振動，水浪使船產(chǎn)生的隨機(jī)振動，地震對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的隨機(jī)振動等等。隨機(jī)振動在實際運用過程中通常用于產(chǎn)品識別應(yīng)力累積效應(yīng)和特定功能的退化。

正弦振動分定頻振動和掃頻振動兩種試驗。定頻振動是一種振動頻率始終不變的正弦振動，一般模擬轉(zhuǎn)速固定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械引起的振動，或者結(jié)構(gòu)固有頻率處的振動。掃頻試驗是掃頻試驗是指在試驗過程中維持一個或兩個振動參數(shù)（位移、速度或加速度）量級不變，而振動頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)往復(fù)變化的試驗。 正弦振動試驗一般考驗的是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和搜索結(jié)構(gòu)的共振頻率。

3傳感器的安裝

在進(jìn)行振動試驗時最重要的是要選擇好控制點，以不同的控制點做測試，測試結(jié)果也可能不同。控制點的選擇主要是從檢查點中選取，檢查點的選取注意事項有以下幾點：如果存在4個或4個以下的固定點，則每個都用作檢查點。對于帶包裝的產(chǎn)品包裝表面與振動臺相接觸的固定點，如果在測試的頻率范圍內(nèi)振動臺或夾具沒有發(fā)生共振，可以用一個檢查點。如果發(fā)生共振，就需要采用多點控制。如果存在4個以上的固定點，則有關(guān)規(guī)范規(guī)定4個具有代表性的固定點作檢查點用。在特殊情況下，例如對大型或復(fù)雜的樣品，如果要求檢查點不緊靠固定點則在有關(guān)規(guī)范中規(guī)定。當(dāng)大量的小樣品安裝在一個夾中時，或當(dāng)一個小樣品具有許多固定點時，為了導(dǎo)出控制信號，可選用單個檢查點（即基準(zhǔn)點），但該點選自樣品和夾具的固定點而不選自夾具和振動臺的固定點。這僅當(dāng)夾具裝上樣品等負(fù)載后的最低共振頻率充分高過試驗頻率的上限時才是可行的。

4振動夾具的要求

振動夾具主要是用來把樣品固定在振動臺上的工裝。振動夾具的制作需要符合要求，避免對產(chǎn)品造成共振和減震，必須剛性連接。在試驗前對夾具進(jìn)行測試，夾具測試的主要內(nèi)容為：

參數(shù)設(shè)置：采用正弦掃頻方法進(jìn)行具測試，可以采用正弦掃頻方法其參數(shù)設(shè)置應(yīng)滿足以下要求;

掃頻速率≤1oct/min，定加速度或者位移，掃頻范圍：被試設(shè)備振動試驗的下限頻率上限頻率;

合格判定：在整個頻率范圍內(nèi)，其檢測點上測得的容差范圍應(yīng)滿足以下要求：保持在規(guī)定振幅的？0%以內(nèi);

夾具在試驗頻率范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免共振，若無法避免時，應(yīng)分析試驗時夾具共振對被試設(shè)備性能的影響。

5試驗具體實施

正弦振動試驗一般分三個流程：

初始檢查。振動檢查是為了確定樣品的固有頻率點，用來確定耐久試驗是選用定頻振動還是掃頻振動。如果選用定頻振動可以確定定頻振動的頻率點，為試驗提供具體指標(biāo)。初始檢查的指標(biāo)一般與耐久循環(huán)試驗的指標(biāo)相同，一般持續(xù)一個循環(huán)就夠了。做完初始檢查時應(yīng)該詳細(xì)記錄產(chǎn)品的危險頻率。危險頻率指的是樣品的共振頻率點和以及影響產(chǎn)品性能的頻點。

耐久試驗。耐久試驗是整改試驗的主要參數(shù)，我們一般得到的正弦指標(biāo)基本上都是耐久試驗指標(biāo)，其中包括：頻率范圍、加速度/位移、掃頻速率和掃頻時間/循環(huán)。產(chǎn)品的中間檢查一般也放在此階段。

在上述初始檢查響應(yīng)中如果危險頻率比較集中或者比較少的時候，我們可以選擇定頻振動試驗，頻率點就是危險頻率。如果危險不叫多/或者非常分散可以選擇掃頻振動試驗。定頻振動試驗和掃頻振動試驗一般只選一種就可以了。

最終檢查。最終檢查是為了確定產(chǎn)品在經(jīng)受耐久試驗后是否發(fā)生了改變，其結(jié)果需要和初始檢查進(jìn)行對比，用于確定產(chǎn)品是否適用于指標(biāo)規(guī)定的環(huán)境。整個試驗結(jié)束后對產(chǎn)品進(jìn)行外觀性能等綜合檢查，通過前后對比，給出相對正確的結(jié)論。

隨機(jī)振動試驗流程如下：

初始檢查。隨機(jī)振動試驗一般不要求做初始響應(yīng)檢查。但是如果有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需要做初始檢查也是可以進(jìn)行的。

當(dāng)用正弦激勵時，有關(guān)規(guī)范應(yīng)規(guī)定至少進(jìn)行一次覆蓋試驗頻率范圍的掃頻循環(huán)，且掃頻時，振幅應(yīng)能轉(zhuǎn)換為隨機(jī)試驗的加速度均方根值，以防止試驗樣品的應(yīng)力比隨機(jī)振動試驗中的大。應(yīng)采用1oct/min的掃頻速率以適用確定響應(yīng)的頻率與振幅。如果擔(dān)心引起結(jié)構(gòu)充分的諧振，則可能要用更快的掃頻速率掃頻，要求研究較慢掃頻速率或在已知共振附近的來回掃頻多次，但應(yīng)限制最小時間，以確保獲得所要求的結(jié)果。應(yīng)避免駐留時間過長，此時振幅可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

用隨機(jī)方法進(jìn)行振動響應(yīng)檢查時，應(yīng)考慮足夠長的時間，以使響應(yīng)的隨機(jī)變化達(dá)到最小。進(jìn)行隨機(jī)振動響應(yīng)試驗應(yīng)使用隨機(jī)振動的頻譜。在最低的共振頻率上-3dB頻帶內(nèi)至少有5條譜線。

當(dāng)采用隨機(jī)激勵時，加速度均方根值不應(yīng)超過隨機(jī)振動試驗中規(guī)定值的25%持續(xù)時間應(yīng)盡可能短，但至少應(yīng)足夠長以保證自由度至少達(dá)到DOF=120。如果定期觀察和記錄滿量程試驗中的共振響應(yīng)，則不需要進(jìn)行特殊共振檢查。

有關(guān)規(guī)范若有要求，試驗樣品應(yīng)在該檢中處干運行模式。因為試驗樣品運行而無法評定機(jī)械振動性能，應(yīng)進(jìn)行試驗樣品沒有運行時的附加振動響應(yīng)檢查。在這個階段，應(yīng)檢查試驗樣品以確定危險頻率然后記錄。

試驗前預(yù)實驗。在要求的指標(biāo)試驗前，為了均衡的進(jìn)行分析，一般需要對試驗指標(biāo)進(jìn)行低量值的隨機(jī)振動試驗。時間一般如下：均分跟量值低于-12dB的時候無限制，-12dB ～ -6dB的時候不超過規(guī)定時間的1.5倍，-6dB～ 0dB的時候不超過規(guī)定時間的10%。隨機(jī)振動是規(guī)定時間不包含預(yù)實驗時間。

中間檢測。中間檢測是按照隨機(jī)振動規(guī)定指標(biāo)100%運行的試驗階段，該階段為整個隨機(jī)試驗的核心，中間檢測和功能檢測均在這個階段。

最終檢測。在進(jìn)行初始檢查的情況下，也需要進(jìn)行最終檢測，按照初始檢查的指標(biāo)進(jìn)行試驗結(jié)果對比。如果未進(jìn)行初始檢查，則只不需要進(jìn)行振動試驗。整個試驗結(jié)束后對產(chǎn)品進(jìn)行外觀性能等綜合檢查，通過前后對比，給出相對正確的結(jié)論。

6結(jié)束語

通過上述結(jié)果，相信大家對隨機(jī)振動試驗和正弦振動試驗都有了一個了解，在考慮到產(chǎn)品需要做什么振動時可以有個參考。我們一般可以在進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試時，可以優(yōu)先考慮正弦振動。在進(jìn)行產(chǎn)品累計應(yīng)力損傷驗證時，可以優(yōu)先考慮隨機(jī)振動。

參考文獻(xiàn)

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