机振动参数及设置说明

随机振动-试验人员必须了解的参数及设置 一.简述

近年来,随机振动试验在我院所有振动试验中的比例越来越高,原因有三: 1,科学进步,此类设备的软件大量普及,一般只需在原来的电磁振动台加上一 套控制软件及配套设备就可实行.2,企业随着国际标准的大量采用,许多振动 试验都采用随机振动.3,随机振动相对传统的正弦振动有着无法比拟的优点, 它能模拟各种实际运输条件下可能遇到的振动情况,如模拟公路运输,模拟铁路 运输,模拟海运运输等等.本文主要介绍对于试验人员来说必须了解的随机振动 参数及设置要求. 二.随机振动数据

上图是某一随机振动试验后的试验数据,对于试验人员来说,必须了解其中 的一些参数含义.

曲线中,横坐标是频率,纵坐标是PSD,一般简称为频谱曲线. PSD:Power spectrum density 功率谱密度

PSD单位有二种:g2/Hz,(m2/Hz)2/Hz,二者之间换算:1 g2/Hz=96(m2/Hz)2/Hz PSD是随机振动中的重要参数,可理解为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,在试验中提高最低频率的PSD 值可明显感觉到振幅增大.

频谱曲线的特点:1,它是对数坐标,主要是为了表述画线方便.2,它有一

条平线或多条平线及斜线组成,平线和斜线之间首尾相连组成.3,试验条件中, PSD值不变的是平线,用+ dB/oct 表示向上的斜线,用- dB/oct 表示向下的斜线. 如-3 dB/oct 表示每增加一倍频率,PSD值下降一半.

频谱曲线中,中间一条是设定曲线,上面二条和下面二条是设备的保护及中 断线,附加在中间设定值上的变化曲线是振动台实际控制曲线. 三.频率的选择

频率是随机振动的另一个重要参数,其单位是Hz,频率的选择一般与实践 使用范围有关.例如:海运试验条件频率较低,一般从1~100Hz,而且低频PSD 值较大,随机振动的感觉像乘海轮,振幅大,频率低.铁路运输试验条件,频率 是5~150Hz,也是低频的PSD值大,随机振动给人的感觉如同乘座火车旅行, 有趣的事,有时感到声音也非常相似.高频随机振动,一般高频至2000Hz时, 振动时噪声非常刺耳,感觉与飞机刚起飞或到达目的地下降时相似,高频振动一 般应用于飞机运输或者其它有高频场合的地方.

对于频率,试验人员必须注意最高频率和最低频率值.高频时,有些试验附

加台面有可能不符合要求,不能使用;最低频率时,要了解其振幅是否要超过振 动台的最大允许值,不注意的话有可能损伤台面,使振动试验无法进行下去. 四.试验时间

试验时间在随机振动试验数据中位于图中右上方.

试验时间有二项:Total 和 Auto.Auto是试验要做的时间,Total 是设备运

行的时间,Total 比Auto多的原因是:随机振动试验时计算机要进行预处理,才 能产生符合试验要求的频谱曲线,预处理的时间一般为2~4分钟,而在正弦振动 中是不需要的.

试验时间的选择,在GJB150.16标准中,它给出了1小时的随机振动相当于 运输多少公里的值,这给试验人员进行试验时间的选择提供了方便.

随机振动与正弦振动有许多不同之处,如正弦振动中一般三个方向的试验条

件和试验时间都是相同的,而在随机振动中,三个试验方向的条件和试验时间都 可能会不同,一般来说,垂直方向的条件最大,试验时间也最长.

PSD,频度和试验时间组成随机振动三要素,有了这三个条件就可以进行随 机振动试验.

五.均方根加速度Grms

试验人员必须了解均方根加速度Grms.

均方根加速度Grms:它是通过计算频谱曲线下面的面积后再开根号求出. 如PSD是一平线,则其计算公式为:Grms= ,其中W是PSD值,f是频

率值,其值等于最高频率-最低频率.一般试验标准中会给出相关值,给试验人 员参考.

Grms值与正弦振动的g值有类似的作用,它与设备的最大推力有关,是选 择设备的重要参数. 六.设备的选用

了解频谱曲线的特点与Grms值后,就可以针对样品选用试验设备.目前我

院有振动试验设备4套,除了机械振动无法进行随机振动外,其它三台都可以进 行随机振动试验,试验人员必须了解它们的性能,才能根据试验条件及样品作出 选择.下面是我院振动3台试验设备的具体性能: wf Item 名称

(Description) Type 型号 (Model) dimensions 尺寸,(cm) Test Range 试验范围 Manufacturer 生产厂家

Electromagnetic Vibration Test Systems 电动振动台

G-0145 台面12.5× 12.5

450kg,120g 空载,

25mmp-p,5～ 3500Hz Shinken CO,.LTD JAPAN 日本振研

Electromagnetic Vibration Test Systems 电动振动台

CV-300-1.5 台面80× 80 300kg,

40mmp-p,2～ 2000Hz IMV LAB CO,.LTD JAPAN

国际振研 Vibration Test Systems 电动振动台

SAI30-R16C 台面 垂直80× 140, 水平 140×150 4500kg,100g 正弦,60g随 机,51mmp-p, 2100Hz,负载 680kg. 动圈 45.4kg 动圈直径 445mm,垂直 台面238kg 水平284kg Unholtz-Dickie Corporation

美国UD 公司

一般原则是可以:小试验样品尽量安排在小振动台上做,大样品及大试验条 件安排在大的振动台进行试验.

七.试验人员必须了解的其它设置参数

随机振动试验设置中,试验人员还必须了解传感器的灵敏度,Drv Lim,Lines 等值.试验中每一个传感器的灵敏度都不同,必须注意不能搞错.Drv Lim是随 机振动时对振幅的限制,一般选取3σ.Lines是频谱线,它对随机振动的模拟的 精确度相关,一般越大,精度越高.正常情况下可取最高频度值即可.

正弦振动试验：在试验室正弦振动试验的主要目的是找出结构件的固有频率点(谐振点),并在该点作耐共振试验,这样能迅速地评估试件的结构强度,结构缺限甚至评定出试件的动态特性;结构件在共振状态下局部会产生大位移,这就会引起局部弯折形变,进而产生疲劳损坏。

正弦振动试验中的计算:试验所需推力的估算。接到一个试验，首先要估算进行这个试验需要多大推力。以确定用哪个振动台来作。估算电动台正弦推力(F)时要知道以下几个参数：动圈质量M1，试件质量M2，夹具质量M3，滑台滑板质量M4，试验中试件件需的最高加速度a值，总推力：F=(M1+M2+M3+M4)a作扫频试验时需计算交越频率，在有关的试验规范个规定振动幅值(位移幅值或加速度幅值或两者并提)。交越频率以下定位移，交越频率以上定加速度每一位移幅值有一相应的加速度幅值，在交械频率上振动量是相同的。简单的计算公式必须牢记： a=0.004Af2 f=?a/250A设定位移时必须考虑到当频率变到高频时的加速度值会大大增加，试品或设备是否能承受得了。这里举例算一下。

注意：加速度a和频率f的平方成正比，作试验时，在低频设定位移较合理。 某单位用机械振动台作彩电的扫频试验。设定参数如下： 下限频率---10HZ 上限频率---50HZ 位移-------5mm

根据a=0.004Af2公式算出

频率为 5HZ时加速度仅为 0.5g 扫频到50HZ时加速度将达到 50g

由于没考虑加速度幅值的变化和频率的平方成正比,所以试验无法进行。甚至会出事故。

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