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]]>振動試驗是指評定產品在預期的使用環境中抗振能力而對受振動的實物或模型進行的試驗。
根據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律變化，如線性變化或指數規律變化。
振動試驗主要是環境模擬，試驗參數為頻率范圍、振動幅值和試驗持續時間。振動對產品的影響有:結構損壞，如結構變形、產品裂紋或斷裂;產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。從振動試驗技術發展趨勢看，將采用多點控制技術、多臺聯合激動技術。
簡介
振動試驗是仿真產品在運輸、安裝及使用環境中所遭遇到的各種振動環境影響，本試驗是模擬產品在運輸、安裝及使用環境下所遭遇到的各種振動環境影響，用來確定產品是否能承受各種環境振動的能力。
振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預期的運輸及使用環境中的抵抗能力。
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常采用的試驗方法，以模擬旋轉、脈動、震蕩(在船舶、飛機、車輛、空間飛行器上所出現的)所產生的振動以及產品結構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、試驗持續時間。隨機振動則以模擬產品整體性結構耐震強度評估以及在包裝狀態下的運送環境，其嚴苛程度取決于頻率范圍、GRMS、試驗持續時間和軸向。
振動又分為正弦振動、隨機振動、復合振動、掃描振動、定頻振動。描述振動的主要參數有:振幅、速度、加速度。
振動試驗包括響應測量、動態特性參量測定、載荷識別以及振動環境試驗等內容。
響應測量
主要是振級的測量。為了檢驗機器、結構或其零部件的運行品質、安全可靠性以及確定環境振動條件，必須在各種實際工況下，對振動系統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、加速度或應變的幅值或有效值)和振動周期;對瞬態振動和沖擊，主要測定位移或加速度的最大峰值和響應持續時間;對平穩隨機振動,主要測定力和響應的時間歷程的均值和方差等;對非平穩隨機振動，可把時間劃分為許多小段，測定各小段內時間歷程的均值和方差，找出它們同時間的關系，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幾乎為常數，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，必須了解系統的動態特性參量。動態特性參量很多，對于線性系統，最常用的為模態參量，包括各階固有頻率、振型、模態質量或模態剛度、模態阻尼比。模態參量可以換算出物理坐標(即幾何坐標)中的力學參量，包括集中質量、剛度和阻尼矩陣。
測定方法
在工程設計中，有時只需知道低階(如一、二階)固有頻率、振型以及阻尼系數，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產生自由振動,記錄其衰減波形并與儀器中的時標信號比較,或將信號發生器產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 手持木質或鋁質探針接觸被測系統各點，由撞擊聲音(或憑手感)測定所有不振動點的位置，即節線位置。對水平放置的平板型系統，可在平板上撒上砂粒，振動時砂粒將聚集到節線上，由節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，由相鄰同向的兩次或數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頻率帶寬算出阻尼值;相位法是由共振區相位隨頻率變化關系算出阻尼值。
導納方法
機械導納是系統頻域的特征參量(見機械阻抗)。大型復雜結構的固有頻率多而密集,振型很復雜，無法用簡易方法測定。然而可以先測試系統對激振力的響應，得到機械導納，再用圖解識別(即機械導納的幅頻、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的模態參量。對自由振動，可以通過自由振動和脈沖響應函數(系統的時域特性參量之一,其傅里葉變換即機械導納)的關系直接計算模態參量。對受迫振動,可以用數字時間序列分析方法或其他方法(如隨機減量法、濾波法等)來計算模態參量。時域識別方法的優點是能利用運行狀態下機器的振動信號，適用于不能在實驗室測試的大型結構;缺點是天然振源的激振力往往無法測定和控制，而僅能由響應值來識別，故精度較低。
載荷識別
指分析和確定振源的性質、傳播途徑及振源施加在系統上的載荷譜(即載荷的時間歷程)。載荷識別也叫環境預測，它可為分析系統的動力響應和振動原因等提供數據。大型結構承受的載荷非常復雜，很難直接測定，但可以通過結構的響應信號和系統已知的數學模型來反推系統承受的載荷，再根據各種工況下得出的數據進行統計和綜合，最終得到載荷譜。振源的性質和傳播途徑可以用功率譜分析或相關分析方法得出。
環境試驗
為了了解產品的耐振壽命和性能指標的穩定性，錄找可能引起破壞或失效的薄弱環節，對系統在模擬實際環境的振動、沖擊條件下進行的考核試驗。定型產品的試驗規范通常已經標準化，新產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，包括瞬態波形振動試驗、窄帶隨機振動試驗、隨機波再現試驗、正弦波和隨機波混合試驗等。
振動試驗數據處理和分析
試驗得到的大量原始數據必須經過各種處理，才能作為工程設計計算的依據資料。試驗的原始記錄數據是參量的時間歷程(位移、速度或加速度等量值同時間的關系)，通過直觀分析可將數據分為瞬態的、周期的、隨機或非隨機持續非周期的三種，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計分析、相關分析和譜分析，從而得到表征時間歷程特征的各種函數。處理方法可分為模擬量處理法和數字量處理法。前者設備簡單，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字量后用數字計算機處理，由于精度很高，速度極快，所以隨著各種功能齊全的專用數據處理機(如快速傅里葉分析儀)的出現，數字量處理法已逐漸取代了模擬量處理法。
常用公式
式中： F—推力（激振力）（N）
m0—振動臺運動部分有效質量（kg）
m1—輔助臺面質量（kg）
m2—試件（包括夾具、安裝螺釘）質量（kg）
A— 試驗加速度（m/s2）
2. 加速度（A）、速度（V）、位移（D）三個振動參數的互換運算公式
A=ωv V=ωD A=ω2D
式中：A—試驗加速度（m/s2）
V—試驗速度（m/s）
ω=2πf（角速度）
其中f為試驗頻率（Hz）
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振動試驗的目的
振動試驗的目的是模擬一連串振動現象，測試產品在壽命周期中，是否能承受運輸或使用過程的振動環境的考驗，也能確定產品設計和功能的要求標準。振動試驗的精義在于確認產品的可靠性及提前將不良品在出廠前篩檢出來，并評估其不良品的失效分析使其成為高水平，高可靠性的產品。
做振動試驗前需要做哪些準備工作
試驗前用戶需要注意下列事項
正弦振動標準主要包括：
- GB/T2423.10-2008 電工電子產品環境試驗 第2部分: 試驗方法 試驗Fc: 振動(正弦)
- IEC60068-2-6-2007 基本環境試驗規程.第2部分:試驗.第6節:試驗Fc:振動(正弦波)
- ISO8318:2000 包裝.滿裝的運輸包裝和單元貨物.采用可變頻的正弦振動試驗
- GB/T4857.10-2005 包裝 運輸包裝件基本試驗第10部分：正弦變頻振動試驗方法
隨機振動標準主要包括：
- GB/T2423.56-2006 電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fh：寬帶隨機振動（數字控制）和導則
- IEC60068-2-64-2008 基本環境試驗規程.第2-64部分:試驗.試驗Fh:振動、寬帶隨機抽樣
- ASTMD4728-2006 海運集裝箱隨機振動檢測的標準試驗方法
- GB/T4857.23-2003 包裝 運輸包裝件 隨機振動試驗方法
3. 確定具體的振動試驗條件，選擇有的標準具體試驗條件就已知了，有的標準需要根據自身產品的使用環境進行選擇；
4. 一般情況下振動試驗的方向是三個方向，也有只需要做水平方向或只做垂直方向的；
5. 振動試驗屬于機械破壞性試驗，大多數情況下是不需要在通電狀態下做的，而有的振動試驗專門有功能性試驗就需要振動試驗過程中一直帶電振動，如GJB150A-2009螺旋槳式飛機振動和GB21563中的功能性振動試驗都是需要帶電試驗的。
6. 做為用戶需要知道振動試驗完成后如何判定，一般情況下只判定樣品外觀結構無損壞，螺釘無脫落等；若樣品振動試驗過程中和試驗后通電無異常可以寫上產品上電能正常工作。
實驗機構需要注意事項
- 1. 對用戶提出的振動試驗條件進行前期的驗證是否可以做，如GJB150A-2009中螺旋槳式飛機的振動試驗，需要提前和用戶溝通的信息有很多，需要通過大量的計算才能得出頻率和加速度譜密度，試驗時可以節省大量的時間；
- 2. 根據用戶提出的振動試驗參數準備好需要用到的傳感器，若是諧振搜索產品上也需要一個監測點；
- 3. 試驗前檢查振動試驗設備是否完好，傳感器線是否完好，試驗用的膠水，刀片，透明膠帶是否準備完好；
- 4. 檢查到樣的產品外觀是否完好，通電是否工作正常；
- 5. 按照操作規程規范使用振動試驗設備。
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模態分析與模態測試之力錘法
1、關于力錘的選擇。
激勵力是力錘質量和速度的函數，功率譜是表面硬度的函數。一般質量和硬度可以通過更換錘頭實現，硬度越高，力的脈沖時間越短，激起的頻率越高；速度取決于測試工程師的經驗，宜進行垂直方向敲擊，力量適度，保證每次激勵力純粹無雜波和二次回彈力信號。一般要求力的自譜最大值到最高頻譜值衰減小于10－20dB。
模態分析與模態測試-力錘法經驗總結
2、關于結構的固定（邊界）
類似有限元仿真中的邊界條件。邊界有絕對自由和絕對約束兩種情形，試驗很難模擬理論上的邊界條件，只能近似。如果是測量重量不大結構彈性固有頻率，可以可以用很軟的橡皮繩懸掛支撐樣品，支撐懸掛點選擇結構剛性并且模態集中的部位；重量大的可以放在泡沫或彈簧結構上。對于安裝模態，需要模擬結構的真實安裝固定方式。
彈性繩固定要求一階剛體模態小于彈性模態十分之一。
模態分析與模態測試-力錘法經驗總結
3、關于激勵和響應信號
信號的記錄時間選擇要合適，太長引入噪聲，太短有譜泄露。激勵力信號需要加力窗，響應信號加指數窗可以防止譜泄露。
4、關于模態識別和參數擬合
模態識別要綜合考慮幅頻、相頻、相干、實頻和虛頻特性曲線。參數擬合可以導入第三方軟件進行計算模態頻率、阻尼和振型留數。
5、關于頻響函數的估計
三種估計H1、H2、H3，H1適用響應有干擾，H2適用激勵有干擾，H3是H1和H2的算術平均。
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階次（Order）
它是指旋轉速度對應的諧振頻率成分的一種別稱。與旋轉速度相當的基本頻率:第一階（First Order）旋轉速度對應頻率的2倍的諧振頻率:第二階（Second Order）Freq=RPM×Order/60?? Order=Freq×60/RPM。
階次的分析（Order Analysis）是在速度變動時測定。顯示的圖形以階次而不是以頻率作為坐標。旋轉速度變動時，在高頻部分會發生Smearing現象(模糊現象)。不可使用固定的采樣頻率（Sampling Frequency）。
旋轉速度變化時諧振Harmonic分析
模糊Smearing現象，在短時間內旋轉速度變動太大時發生。進行FFT 時一個波內發生Sine Sweep信號。很多頻率成分混合在一起。特征頻率的峰值看不到，根據旋轉速度不同進行Resampling或者使用KalmanFilter。
旋轉速度一定時的Harmonic Analysis和Order Analysis的關系
以3000RPM旋轉的冷卻風機。1次Order : 3000RPM = 50Hz。旋轉速度一定時頻譜分析和階次分析一樣。隨著轉速不同進行重采樣(Resampling): 叫做階次跟蹤(Order Tracking)。1 個周期的采樣個數固定。例如每一周期采5個樣。
3000RPM : 50轉/sec ——250 Hz采樣頻率（Sampling Frequency）
6000RPM : 100轉/sec ——500 Hz采樣頻率（Sampling Frequency）
Time(sec) ——RPM。
Frequency(Hz) ——Order。
RPM 測定
使用轉速測定儀(Tachometer)。1轉產生N 個脈沖。轉速不是成平滑增減的. ——需要對RPM進行平均處理及曲線擬合(Curve Fitting) 。
RPM=60×N/Period?????? Period=T(i)-T(i-1)(sec)
測試方法
最少需要一個轉速通道，可以有多個加速度通道。Run Up/Run Down(和Run Up/Coast Down)，Run Up : 一邊增加轉速一邊測定振動。Run Down(CoastDown) : 一邊減小轉速一邊測定振動。這是因為機械的振動特性在轉速增加和減小時會有不同。
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]]>The post 什么是定頻駐留測試？ appeared first on 杭州銳達數字技術有限公司.
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]]>The post 什么是隨機加隨機測試？ appeared first on 杭州銳達數字技術有限公司.
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]]>The post 正弦加隨機測試的振動控制系統 appeared first on 杭州銳達數字技術有限公司.
]]>EDM系統軟件支持兩種混合模式隨機測試：正弦加隨機(SOR)和隨機加隨機(ROR)。在每個測試類型里，一個附加的振動目標譜放置在寬帶隨機目標譜的頂部。在正弦隨機里，這個附加的目標譜由正弦波形組成。隨機目標譜可能代表一個基本激勵或噪聲水平，正弦波形代表強烈的單頻激勵。這比隨機測試本身更適合于模擬一些現實振動環境。
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]]>多數測量使用單軸振動臺對結構進行激勵。一些復雜的測試則需要多個振動臺。在多個激振器的情況下，控制系統將包含MIMO（多輸入/多輸出）跨通道計算。多激振控制所使用的技術比單軸控制器要復雜的多。目前，EDM只支持單軸控制。
控制信號是指測試件上一個或多個傳感器測量到的信號。如果控制信號偏離了規定的測試范圍，那么可以對驅動信號做調整，使控制信號收斂于所需的范圍。該控制系統連續、實時糾正振動臺動態特性，測試件同時保持連續的反饋。當獨立于PC系統的專用處理器用于控制回路，試驗的安全性將被增強。
下面的方塊圖展示了閉環控制流程。加速度傳感器被用來測量測試件響應，提供控制信號
圖41：硬件連接圖
隨機控制能夠連續輸出一個寬帶的，隨機的驅動信號，因此控制信號的功率譜密度應符合給定的頻率范圍。
正弦控制可以根據預先設定的計劃連續的輸出變換頻率的正弦曲線信號。幅值調整使控制信號在給定頻率范圍內保持一個有效值。
經典沖擊控制定義了其所需的時域參考譜。參考譜定義了短時間沖擊信號的形狀和幅值。沖擊響應譜（SRS），對沖擊信號在頻域范圍做了規定。路譜仿真控制則定義一長時間信號作為其所需的參考譜。
正弦加隨機或者隨機加隨機，也叫做混合模式控制，將隨機控制與另一個正弦或隨機控制模式相結合，因此他們的測試設置更復雜。
市場上多數的控制器具備隨機和正弦控制功能。大約50%要求有經典沖擊控制。而混合模式、SRS、瞬態過程和路譜仿真被用在專門的應用場合。
即使只有一個激勵源，也有必要在不同的點放置多個傳感器作為控制回路的輸入信號。這些測量點有多種用途，如下所示：
圖42：控制器連接
當多個輸入通道作為控制通道時，用戶將要選擇控制策略，如平均、最大或最小。例如，平均策略將所有的測量通道作為控制通道，并在頻域用不同的加權因子來平均期影響。
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