2 常用振动试验方法
根据现有的国标、行标和企业标准,目前大部分振动试验采用如下几个方法:正弦定频(固定频率)、正弦扫频(一定频率范围内扫描)、宽带随机(随机波)、典型冲击等。
2.1正弦定频试验
正弦定频试验就如前文所说,是一开始振动试验发展起来就采用的一种试验方法,定频正弦振动试验顾名思义是频率固定,一般模拟转速固定的旋转机械、某些零部件、结构固有频率、设备等只工作在某个或者几个激励频率下,以考核其抗振以及耐振能力。固定振动波形如图1所示。
试验人员在进行正弦定频试验时,标准中会给出3个关键参数,即频率,Hz;振幅值,mm;试验时间,说明振动方向和每个方向的振动时间。了解到以上3个试验条件,便可在振动试验台中对试验参数进行设置。
2.2正弦扫频试验
正弦扫频振动试验是在振动台上设置规定的频率、扫描速度和振动幅值的振动,根据扫描方式,主要分为线性扫频和对数扫频。线性扫描频率变化是线性的,其频谱为连续谱,在很短的时间内完成全部量程,即单位时间扫过多少赫兹,单位是Hz/s或者Hz/min。这种扫描方式主要用于产品设计模态分析的试验方式,这样的线性扫描往往被认为是快速扫描的特点,其优点是信噪比较低。试验常用的是对数扫频,对数扫频的频率变化按照对数变化,扫描率的单位是。ct/min、oct/s,其中Oct是倍频程,即相同时间扫过的频率倍频程数是相同的,其特点是低频率部分扫描得慢而高频部分扫描会快。扫频振动波形如图2所示。
试验人员在进行正弦扫频试验时,标准中会给出如上技术条件,按照技术条件进行设备参数设置即可。
2.3随机振动试验
随机振动是指波形比较杂乱,波形随时间变化显示不出一定规律的振动,但是随机振动也是由正弦振动所组成的,这些频率不是离散,是连续分布的,随机振动分为宽带随机和窄带随机。我们常常进行宽带随机振动试验,其目的可分为3种:①用于评价结构或样品的抗随机振动特性,研究其强度破坏以及疲劳寿命等问题的一种耐久性的试验;②研究在随机振动环境下结构或者样品的功能特性,主要检验产品在振动环境下是否产生功能性故障,是否失灵以及各机件的连接、紧固件、安装变形、间隙的工艺要求是否满足实际使用要求;③对振动结构作动力响应特性的研究。因此随机振动更加接近真实振动状况,可以替代现场的试验,这样不仅缩短产品研发周期,也减少开发成本。图3为随机波。
一个合格的试验人员必须要了解到随机振动的3个参数:PSD(功率谱密度)、频度和试验时间。
功率谱密度单位有2种:g2/Hz、(M2 /Hz)2 /Hz,两者之间的换算为:1 g2/Hz=96(M2 /Hz)2 /Hz,这个参数是随机振动中比较重要的参数,意思是每频率单位中所含振动能量的大小,其值越大,相对应的频率段振幅值会变大。图4是标准中给的曲线,横坐标是频率,纵坐标是PSD,一般简称为频谱曲线。功率谱密度和频率关系见表1。
除了频谱曲线之外,试验人员也必须了解均方根加速度Grms— The r.m.s acceleration value shall be 181m/s2,此项值是计算频谱曲线下面的面积后再开根号求出的,这个不需要试验人员求出,一般试验标准会给出这个值。
2.4典型冲击试验
典型冲击试验可看做一个脉冲波形,在振动台上做出典型的冲击波形(半正弦波、前锯齿形波、后锯齿形波、三角形波、方形波、梯形波,汽车行业标准中一般只需要用到锯齿形波)。现在有专门的机械冲击台做典型的冲击试验,很少在振动台上实现此类试验,冲击试验的目的主要用来模拟产品即将经受实际使用运输和工作环境的效应,以及评价结构的完好性,用来揭露机械弱点和性能下降的情况,满足产品设计要求。图5为冲击波形。