振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)資料和數(shù)據(jù)處理和分析方法

振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理和分析方法振動(dòng)試驗(yàn)是指評(píng)定產(chǎn)品在預(yù)期的使用環(huán)境中抗振能力而對(duì)受振動(dòng)的實(shí)物或模型進(jìn)行的試驗(yàn)。根據(jù)施加的振動(dòng)載荷的類型把振動(dòng)試驗(yàn)分為正弦振動(dòng)試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)兩種。正弦振動(dòng)試驗(yàn)包括定額振動(dòng)試驗(yàn)和掃描正弦振動(dòng)試驗(yàn)。掃描振動(dòng)試驗(yàn)要求振動(dòng)頻率按一定規(guī)律變化，如線性變化或指數(shù)規(guī)律變化。振動(dòng)試驗(yàn)主要是環(huán)境模擬，試驗(yàn)參數(shù)為頻率范圍、振動(dòng)幅值和試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間。振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的影響有:結(jié)構(gòu)損壞，如結(jié)構(gòu)變形、產(chǎn)品裂紋或斷裂;產(chǎn)品功能失效或性能超差，如接觸不良、繼電器誤動(dòng)作等，這種破壞不屬于永久性破壞,因?yàn)橐坏┱駝?dòng)減小或停止，工作就能恢復(fù)正常;工藝性破壞，如螺釘或連接件松動(dòng)、脫焊。從振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，將采用多點(diǎn)控制技術(shù)、多臺(tái)聯(lián)合激動(dòng)技術(shù)。簡(jiǎn)介振動(dòng)試驗(yàn)是仿真產(chǎn)品在運(yùn)輸、安裝及使用環(huán)境中所遭遇到的各種振動(dòng)環(huán)境影響，本試驗(yàn)是模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、安裝及使用環(huán)境下所遭遇到的各種振動(dòng)環(huán)境影響，用來(lái)確定產(chǎn)品是否能承受各種環(huán)境振動(dòng)的能力。振動(dòng)試驗(yàn)是評(píng)定元器件、零部件及整機(jī)在預(yù)期的運(yùn)輸及使用環(huán)境中的抵抗能力。最常使用振動(dòng)方式可分為正弦振動(dòng)及隨機(jī)振動(dòng)兩種。正弦振動(dòng)是實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常采用的試驗(yàn)方法，以模擬旋轉(zhuǎn)、脈動(dòng)、震蕩（在船舶、飛機(jī)、車輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動(dòng)以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共振頻率分析和共振點(diǎn)駐留驗(yàn)證為主，其又分為掃頻振動(dòng)和定頻振動(dòng)兩種，其嚴(yán)苛程度取決于頻率范圍、振幅值、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間。隨機(jī)振動(dòng)則以模擬產(chǎn)品整體性結(jié)構(gòu)耐震強(qiáng)度評(píng)估以及在包裝狀態(tài)下的運(yùn)送環(huán)境，其嚴(yán)苛程度取決于頻率范圍、GRMS、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間和軸向。振動(dòng)又分為正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、復(fù)合振動(dòng)、掃描振動(dòng)、定頻振動(dòng)。描述振動(dòng)的主要參數(shù)有:振幅、速度、加速度。振動(dòng)試驗(yàn)包括響應(yīng)測(cè)量、動(dòng)態(tài)特性參量測(cè)定、載荷識(shí)別以及振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)等內(nèi)容。響應(yīng)測(cè)量主要是振級(jí)的測(cè)量。為了檢驗(yàn)機(jī)器、結(jié)構(gòu)或其零部件的運(yùn)行品質(zhì)、安全可靠性以及確定環(huán)境振動(dòng)條件，必須在各種實(shí)際工況下，對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)選定點(diǎn)和選定方向進(jìn)行振動(dòng)量級(jí)的測(cè)定，并記錄振動(dòng)量值同時(shí)間變化的關(guān)系（稱為時(shí)間歷程）。對(duì)周期振動(dòng)，主要測(cè)定振級(jí)（位移、速度、加速度或應(yīng)變的幅值或有效值）和振動(dòng)周期;對(duì)瞬態(tài)振動(dòng)和沖擊，主要測(cè)定位移或加速度的最大峰值和響應(yīng)持續(xù)時(shí)間;對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng),主要測(cè)定力和響應(yīng)的時(shí)間歷程的均值和方差等;對(duì)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)，可把時(shí)間劃分為許多小段，測(cè)定各小段內(nèi)時(shí)間歷程的均值和方差，找出它們同時(shí)間的關(guān)系，并以此作為振級(jí)的度量。許多機(jī)器的振動(dòng)速度在很寬頻率范圍內(nèi)幾乎為常數(shù)，所以可用在機(jī)器上選定點(diǎn)測(cè)得的振動(dòng)速度的最大有效值作為機(jī)器振動(dòng)強(qiáng)烈程度（稱為振動(dòng)烈度）的指標(biāo)。參量測(cè)定為了設(shè)計(jì)和試制新機(jī)器或在改造舊機(jī)器時(shí)解決減振問(wèn)題，以及為了提高振動(dòng)機(jī)械的效率，必須了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參量。動(dòng)態(tài)特性參量很多，對(duì)于線性系統(tǒng)，最常用的為模態(tài)參量，包括各階固有頻率、振型、模態(tài)質(zhì)量或模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼比。模態(tài)參量可以換算出物理坐標(biāo)（即幾何坐標(biāo)）中的力學(xué)參量，包括集中質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣。測(cè)定方法在工程設(shè)計(jì)中，有時(shí)只需知道低階（如一、二階）固有頻率、振型以及阻尼系數(shù)，可用簡(jiǎn)易方法測(cè)定這些參量：①固有頻率測(cè)定用敲擊或突然卸載使系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動(dòng)，記錄其衰減波形并與儀器中的時(shí)標(biāo)信號(hào)比較，或?qū)⑿盘?hào)發(fā)生器產(chǎn)生的固定頻率正弦波和衰減波形輸入射線示波器，由示波器顯示的利薩如圖形求得一、二階固有頻率。如果有激振器或振動(dòng)臺(tái)，則可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行步進(jìn)頻率激振或低速掃頻激振以尋找共振頻率，在小阻尼時(shí)共振頻率近似等于固有頻率。②振型測(cè)定手持木質(zhì)或鋁質(zhì)探針接觸被測(cè)系統(tǒng)各點(diǎn)，由撞擊聲音（或憑手感）測(cè)定所有不振動(dòng)點(diǎn)的位置，即節(jié)線位置。對(duì)水平放置的平板型系統(tǒng)，可在平板上撒上砂粒，振動(dòng)時(shí)砂粒將聚集到節(jié)線上,由節(jié)線分布情況即可大致判斷振型。③阻尼測(cè)定可采用衰減振動(dòng)法、共振法和相位法。衰減振動(dòng)法是用記錄儀記錄自由振動(dòng)的衰減波形，由相鄰?fù)虻膬纱位驍?shù)次的振幅的衰減率算出阻尼值;共振法是由共振時(shí)振幅和共振區(qū)頻率帶寬算出阻尼值;相位法是由共振區(qū)相位隨頻率變化關(guān)系算出阻尼值。導(dǎo)納方法機(jī)械導(dǎo)納是系統(tǒng)頻域的特征參量（見(jiàn)機(jī)械阻抗）。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的固有頻率多而密集日辰型很復(fù)雜，無(wú)法用簡(jiǎn)易方法測(cè)定。然而可以先測(cè)試系統(tǒng)對(duì)激振力的響應(yīng)，得到機(jī)械導(dǎo)納，再用圖解識(shí)別（即機(jī)械導(dǎo)納的幅頻、相頻、實(shí)頻、虛頻或矢端圖等圖形識(shí)別）或計(jì)算機(jī)識(shí)別來(lái)確定模態(tài)參量或物理參量。時(shí)域識(shí)別直接利用振動(dòng)的時(shí)間歷程來(lái)求系統(tǒng)的模態(tài)參量。對(duì)自由振動(dòng)，可以通過(guò)自由振動(dòng)和脈沖響應(yīng)函數(shù)（系統(tǒng)的時(shí)域特性參量之一，其傅里葉變換即機(jī)械導(dǎo)納）的關(guān)系直接計(jì)算模態(tài)參量。對(duì)受迫振動(dòng),可以用數(shù)字時(shí)間序列分析方法或其他方法（如隨機(jī)減量法、濾波法等）來(lái)計(jì)算模態(tài)參量。時(shí)域識(shí)別方法的優(yōu)點(diǎn)是能利用運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)器的振動(dòng)信號(hào)，適用于不能在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的大型結(jié)構(gòu);缺點(diǎn)是天然振源的激振力往往無(wú)法測(cè)定和控制，而僅能由響應(yīng)值來(lái)識(shí)別，故精度較低。載荷識(shí)別指分析和確定振源的性質(zhì)、傳播途徑及振源施加在系統(tǒng)上的載荷譜（即載荷的時(shí)間歷程）。載荷識(shí)別也叫環(huán)境預(yù)測(cè)，它可為分析系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)和振動(dòng)原因等提供數(shù)據(jù)。大型結(jié)構(gòu)承受的載荷非常復(fù)雜,很難直接測(cè)定，但可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號(hào)和系統(tǒng)已知的數(shù)學(xué)模型來(lái)反推系統(tǒng)承受的載荷，再根據(jù)各種工況下得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和綜合，最終得到載荷譜。振源的性質(zhì)和傳播途徑可以用功率譜分析或相關(guān)分析方法得出。環(huán)境試驗(yàn)為了了解產(chǎn)品的耐振壽命和性能指標(biāo)的穩(wěn)定性，錄找可能引起破壞或失效的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)在模擬實(shí)際環(huán)境的振動(dòng)、沖擊條件下進(jìn)行的考核試驗(yàn)。定型產(chǎn)品的試驗(yàn)規(guī)范通常已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，新產(chǎn)品要制定合適的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)方法分兩大類:①標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，包括耐預(yù)定頻率試驗(yàn)、耐共振試驗(yàn)、正弦掃描試驗(yàn)、寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、聲振試驗(yàn)和運(yùn)輸試驗(yàn)等；②非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，包括瞬態(tài)波形振動(dòng)試驗(yàn)、窄帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、隨機(jī)波再現(xiàn)試驗(yàn)、正弦波和隨機(jī)波混合試驗(yàn)等。振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析試驗(yàn)得到的大量原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)各種處理，才能作為工程設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)資料。試驗(yàn)的原始記錄數(shù)據(jù)是參量的時(shí)間歷程（位移、速度或加速度等量值同時(shí)間的關(guān)系），通過(guò)直觀分析可將數(shù)據(jù)分為瞬態(tài)的、周期的、隨機(jī)或非隨機(jī)持續(xù)非周期的三種，進(jìn)而在時(shí)域（包括時(shí)差域，即自變量為兩信號(hào)的時(shí)間差）、頻域和幅值域三大域中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析和譜分析，從而得到表征時(shí)間歷程特征的各種函數(shù)。處理方法可分為模擬量處理法和數(shù)字量處理法。前者設(shè)備簡(jiǎn)單，但精度較差，處理時(shí)間長(zhǎng);后者需將原始記錄的模擬量變換為數(shù)字量后用數(shù)字計(jì)算機(jī)處理，由于精度很高，速度極快，所以隨著各種功能齊全的專用數(shù)據(jù)處理機(jī)（如快速傅里葉分析儀）的出現(xiàn)，數(shù)字量處理法已逐漸取代了模擬量處理法。常用公式.求推力（F）的公式F=（m0+ml+m2+……）A式中：F—J隹力（激振力）（N）mO—振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分有效質(zhì)量（kg）ml—輔助