振動試驗技術(shù)資料和數(shù)據(jù)處理和分析方法

振動試驗技術(shù)和數(shù)據(jù)處理和分析方法振動試驗是指評定產(chǎn)品在預(yù)期的使用環(huán)境中抗振能力而對受振動的實物或模型進行的試驗。根據(jù)施加的振動載荷的類型把振動試驗分為正弦振動試驗和隨機振動試驗兩種。正弦振動試驗包括定額振動試驗和掃描正弦振動試驗。掃描振動試驗要求振動頻率按一定規(guī)律變化，如線性變化或指數(shù)規(guī)律變化。振動試驗主要是環(huán)境模擬，試驗參數(shù)為頻率范圍、振動幅值和試驗持續(xù)時間。振動對產(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、繼電器誤動作等，這種破壞不屬于永久性破壞,因為一旦振動減小或停止，工作就能恢復(fù)正常;工藝性破壞，如螺釘或連接件松動、脫焊。從振動試驗技術(shù)發(fā)展趨勢看，將采用多點控制技術(shù)、多臺聯(lián)合激動技術(shù)。簡介振動試驗是仿真產(chǎn)品在運輸、安裝及使用環(huán)境中所遭遇到的各種振動環(huán)境影響，本試驗是模擬產(chǎn)品在運輸、安裝及使用環(huán)境下所遭遇到的各種振動環(huán)境影響，用來確定產(chǎn)品是否能承受各種環(huán)境振動的能力。振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預(yù)期的運輸及使用環(huán)境中的抵抗能力。最常使用振動方式可分為正弦振動及隨機振動兩種。正弦振動是實驗室中經(jīng)常采用的試驗方法，以模擬旋轉(zhuǎn)、脈動、震蕩（在船舶、飛機、車輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共振頻率分析和共振點駐留驗證為主，其又分為掃頻振動和定頻振動兩種，其嚴苛程度取決于頻率范圍、振幅值、試驗持續(xù)時間。隨機振動則以模擬產(chǎn)品整體性結(jié)構(gòu)耐震強度評估以及在包裝狀態(tài)下的運送環(huán)境，其嚴苛程度取決于頻率范圍、GRMS、試驗持續(xù)時間和軸向。振動又分為正弦振動、隨機振動、復(fù)合振動、掃描振動、定頻振動。描述振動的主要參數(shù)有:振幅、速度、加速度。振動試驗包括響應(yīng)測量、動態(tài)特性參量測定、載荷識別以及振動環(huán)境試驗等內(nèi)容。響應(yīng)測量主要是振級的測量。為了檢驗機器、結(jié)構(gòu)或其零部件的運行品質(zhì)、安全可靠性以及確定環(huán)境振動條件，必須在各種實際工況下，對振動系統(tǒng)的各個選定點和選定方向進行振動量級的測定，并記錄振動量值同時間變化的關(guān)系（稱為時間歷程）。對周期振動，主要測定振級（位移、速度、加速度或應(yīng)變的幅值或有效值）和振動周期;對瞬態(tài)振動和沖擊，主要測定位移或加速度的最大峰值和響應(yīng)持續(xù)時間;對平穩(wěn)隨機振動,主要測定力和響應(yīng)的時間歷程的均值和方差等;對非平穩(wěn)隨機振動，可把時間劃分為許多小段，測定各小段內(nèi)時間歷程的均值和方差，找出它們同時間的關(guān)系，并以此作為振級的度量。許多機器的振動速度在很寬頻率范圍內(nèi)幾乎為常數(shù)，所以可用在機器上選定點測得的振動速度的最大有效值作為機器振動強烈程度（稱為振動烈度）的指標。參量測定為了設(shè)計和試制新機器或在改造舊機器時解決減振問題，以及為了提高振動機械的效率，必須了解系統(tǒng)的動態(tài)特性參量。動態(tài)特性參量很多，對于線性系統(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（即幾何坐標）中的力學參量，包括集中質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣。測定方法在工程設(shè)計中，有時只需知道低階（如一、二階）固有頻率、振型以及阻尼系數(shù)，可用簡易方法測定這些參量：①固有頻率測定用敲擊或突然卸載使系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動，記錄其衰減波形并與儀器中的時標信號比較，或?qū)⑿盘柊l(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臺，則可對系統(tǒng)進行步進頻率激振或低速掃頻激振以尋找共振頻率，在小阻尼時共振頻率近似等于固有頻率。②振型測定手持木質(zhì)或鋁質(zhì)探針接觸被測系統(tǒng)各點，由撞擊聲音（或憑手感）測定所有不振動點的位置，即節(jié)線位置。對水平放置的平板型系統(tǒng)，可在平板上撒上砂粒，振動時砂粒將聚集到節(jié)線上,由節(jié)線分布情況即可大致判斷振型。③阻尼測定可采用衰減振動法、共振法和相位法。衰減振動法是用記錄儀記錄自由振動的衰減波形，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)納方法機械導(dǎo)納是系統(tǒng)頻域的特征參量（見機械阻抗）。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，無法用簡易方法測定。然而可以先測試系統(tǒng)對激振力的響應(yīng)，得到機械導(dǎo)納，再用圖解識別（即機械導(dǎo)納的幅頻、相頻、實頻、虛頻或矢端圖等圖形識別）或計算機識別來確定模態(tài)參量或物理參量。時域識別直接利用振動的時間歷程來求系統(tǒng)的模態(tài)參量。對自由振動，可以通過自由振動和脈沖響應(yīng)函數(shù)（系統(tǒng)的時域特性參量之一，其傅里葉變換即機械導(dǎo)納）的關(guān)系直接計算模態(tài)參量。對受迫振動,可以用數(shù)字時間序列分析方法或其他方法（如隨機減量法、濾波法等）來計算模態(tài)參量。時域識別方法的優(yōu)點是能利用運行狀態(tài)下機器的振動信號，適用于不能在實驗室測試的大型結(jié)構(gòu);缺點是天然振源的激振力往往無法測定和控制，而僅能由響應(yīng)值來識別，故精度較低。載荷識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（即載荷的時間歷程）。載荷識別也叫環(huán)境預(yù)測，它可為分析系統(tǒng)的動力響應(yīng)和振動原因等提供數(shù)據(jù)。大型結(jié)構(gòu)承受的載荷非常復(fù)雜,很難直接測定，但可以通過結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號和系統(tǒng)已知的數(shù)學模型來反推系統(tǒng)承受的載荷，再根據(jù)各種工況下得出的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和綜合，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)境試驗為了了解產(chǎn)品的耐振壽命和性能指標的穩(wěn)定性，錄找可能引起破壞或失效的薄弱環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)在模擬實際環(huán)境的振動、沖擊條件下進行的考核試驗。定型產(chǎn)品的試驗規(guī)范通常已經(jīng)標準化，新產(chǎn)品要制定合適的試驗方法。試驗方法分兩大類:①標準試驗，包括耐預(yù)定頻率試驗、耐共振試驗、正弦掃描試驗、寬帶隨機振動試驗、沖擊試驗、聲振試驗和運輸試驗等；②非標準試驗，包括瞬態(tài)波形振動試驗、窄帶隨機振動試驗、隨機波再現(xiàn)試驗、正弦波和隨機波混合試驗等。振動試驗數(shù)據(jù)處理和分析試驗得到的大量原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過各種處理，才能作為工程設(shè)計計算的依據(jù)資料。試驗的原始記錄數(shù)據(jù)是參量的時間歷程（位移、速度或加速度等量值同時間的關(guān)系），通過直觀分析可將數(shù)據(jù)分為瞬態(tài)的、周期的、隨機或非隨機持續(xù)非周期的三種，進而在時域（包括時差域，即自變量為兩信號的時間差）、頻域和幅值域三大域中進行統(tǒng)計分析、相關(guān)分析和譜分析，從而得到表征時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)備簡單，但精度較差，處理時間長;后者需將原始記錄的模擬量變換為數(shù)字量后用數(shù)字計算機處理，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（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—振動臺運動部分有效質(zhì)量（kg）ml—輔助