振动/振动试验/多维振动/随机振动/正弦振动概念

振动

振动是工程技术领域中经常碰到的问题。通常,将振动分为确定性振动和随机振动两大类。

振动试验

振动试验是在实验室条件下对产品、设备、工程等在运输、使用等环境中所受的振动环境进行模拟，以检验其可靠性以及稳定性。
振动试验类型主要分为:1)环境适应性试验:通过选用试验对象未来可能承受的振动环境去激励对象，检验其对环境的适应性。目前，航空航天中使用的机载(箭载)仪器和设备，大部分必须进行振动试验，以便评估其性能是否满足要求。2)动力学强度试验:考核试验对象结构的动强度，检验在给定的试验条件下试件是否会产生疲劳破坏，这类试验的对象主要是结构件。3)动力特性试验:用试验的方法测试出对象的动特性参数，如振型、频率、阻尼等。4)其他试验:如振动筛选试验，其目的是对生产线上的元器件、组件、整机进行振动筛选，找出工艺中的薄弱环节，剔出低质量的产品从而提高整个产品的可靠性。以及大型铸件残余应力的振动试验等。
目前得到广泛应用的是单轴向单激励振动试验。

多维振动

从外场振动测量数据的分析中早已发现产品在使用过程中的振动环境本质上是多轴的。但以往振动试验技术和设备的限制使得难以在实验室中模拟使用环境的多轴振动条件,因此在振动环境试验中,常基于单轴振动试验技术和设备,假定各方向振动彼此独立,按三个正交方向的振动响应分别包络给出试验条件,以三个正交轴依次进行的单轴振动试验近似等效使用过程中的多轴振动环境,试验和使用环境的差异通过加大试验量级和时间予以适当补偿。尽管这种振动环境考核方式的适用性得到了工程实践的证实,但在使用过程中也暴露出一些严重的缺陷,主要表现为:单轴试验无法暴露某些对振动方向较敏感的故障模式,使得外场故障难以完全复现,并导致一些按标准通过了振动试验的设备在外场出现故障;加大量级的补偿措施造成一些不应有的故障模式,导致产品过试验和过设计;对于大型试验件所采取的多点平均控制的折衷处理不能改善试验件的过、欠试验程度;无法实现不同方向振动载荷的正确迭加,使复杂试验件过、欠试验程度加剧且难以定量估计,影响了受试产品的可靠性评估。因此,在实验室中再现产品的真实振动环境是提高环境试验效果的一个主要目标，目前的解决方式就是使用多维振动试验技术，如三自由度、六自由度等多维振动台。
多维振动的优势：可以更逼真地模拟实际使用过程的振动环境;改善了复杂试验件的过、欠试验程度,使实验室的评定结果与外场的可比性增强;可以复现外场出现的、但在单轴试验中难以复现的故障模式;有利于进行产品使用过程的全程振动环境模拟。试验结果显示出多轴振动试验技术可以为产品的可靠性评定提供更有效的手段。

随机振动

振动环境试验条件包括三类:随机振动、正弦振动和瞬态振动。随机振动环境条件假定振动响应为各态历经平稳随机过程,采用功率谱密度矩阵定义振动条件,矩阵的阶数等于试验控制的界面自由度数量。谱密度矩阵的对角项是传统单轴振动试验中采用的描述一维随机振动环境的自谱密度函数,它同时也规定了相应振动方向的均方根加速度值,自谱密度的定义可以遵循现有的环境试验标准,使用外场测量包络以覆盖产品在使用过程中可能出现的所有振动过程。非对角项是复数形式的互谱密度函数,反映了不同自由度的振动响应之间的相关程度,从外场数据规定合理的互谱是相当困难的,特别是尚无可接受的包络程序综合不同振动过程的影响,工程中一种近似处理方法是用相干函数规定互谱的幅值,而以[0,2π]均匀分布的随机变量表示其频域的相位。相干函数可以采用与自谱定义相对应的平均或包络处理,反映了空间运动的某种方向性。

正弦振动

正弦振动试验可以用于模拟伪周期激励的响应,但更多的情况下是作为随机振动或瞬态振动的一种等效方法。传统的单轴正弦振动试验采用幅值谱规定环境条件,正弦波的相位是无关紧要的,但在多轴正弦振动试验中,相位关系的改变将导致受试产品主振方向的变化,从而导致受力状态的显著差异,因此多轴振动环境条件的定义除了按单轴试验规范规定各控制自由度的幅值谱以外,还需规定各自由度之间的相位关系。

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