疲勞損傷頻譜(FDS)允許用戶通過比較不同隨機曲線，正弦掃頻曲線或兩者的組合而發現設備的潛在損害。

振動所引起的損傷可以發生在下列情況之一:

1.對物體的極度瞬時應力所造成的損傷。

2.當某一應力水平的高循環次數應用于該物體時，疲勞造成的損傷。

FDS表示一個物體的產生疲勞損傷的能量的頻譜。

如何實現隨機振動疲勞分析

FDS函數利用S-N曲線構建頻譜分析圖。S-N曲線表示對材料(S)施加的應力和應用應力(N)的循環次數。通過頻譜分析圖我們可以實現隨機振動疲勞分析。

鋁條的S-N曲線如下圖所示:

FDS功能能夠提供一種方法，通過計算最快的破壞或破壞路徑來減少試驗時間。根據FDS的計算，將隨機或掃頻正弦的能量集中到它將引起最疲勞損傷的地方，加速了測試時間。

簡而言之，FDS讓用戶了解何種振動頻譜會對對象造成更大的損害，并使用該信息和其他參數(比如峰態)來減少測試時間。

利用晶鉆儀器 Spider-80X 多通道數據采集儀（或 Spider-81 振動臺控制儀）采集數據，并通過EDM隨機測試功能生成疲勞損傷譜，下圖是20Hz-40Hz的4g峰值的正弦曲線的疲勞損傷譜:

以下是同一水平的隨機頻譜的疲勞損傷譜，其峰值和頻率范圍相同:

通過這些具體的測試，在較高的頻率域內隨機頻譜造成的疲勞損傷大于正弦掃頻曲線。然而，在低頻范圍內，疲勞損傷是相似的。

當然，結果取決于測試對象的特性(比如S-N曲線的斜率)和配置文件的水平和頻率范圍。

這將提供一種方法來比較和研究具有相對相同級別的目標譜是否適合于運行特定的測試。在許多測試中，目標是通過失效對象來估計對象的目標生命。通過進行FDS分析，可以顯著降低擴展測試的時間(例如，進行40小時的測試取代400小時的測試)，以達到同樣的目標，即試件失效。

對于一個昂貴而復雜的測試對象，如衛星，完全破壞是不需要的。因此，利用FDS分析，可以減小應力的持續時間和強度，以觀察長期振動試驗中可能出現的松動部分。

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在使用振動控制器(如：Spider-81、Spider-81B、Spder-80X)進行隨機測試實驗時，經常不可避免的被系統的非線性因素所困擾。非線性的因素有可能是由振動臺本身所導致（比如使用了液壓振動臺），也可能是由于試件本身的諧振特性所引發。許多振動控制系統在非線性因素嚴重的實驗條件下難以完成高精度的控制。

為了解決這個問題，美國晶鉆儀器公司（簡稱CI）的振動控制器在隨機測試中運用了先進的補償算法，以應對上述兩種情況導致的非線性問題。開啟這個功能的步驟非常簡單。請進入晶鉆儀器EDM管理軟件，在隨機測試的測試參數配置界面的“測試參數”選項卡上點擊“高級設置”按鈕，就可以打開如下的高級設置窗口，勾選非線性控制選項即可。

我們通過一個測試實例，EDM軟件對試件進行隨機測試，試件的諧振頻率處于隨意測試的頻譜范圍內。比較開啟和未開啟“非線性控制”的頻譜圖，如下圖：

“非線性控制”選項開啟前

“非線性控制”選項開啟后

通過兩頻譜圖的對比，得出CI公司的非線性控制算法效果顯著。在啟用“非線性控制”選項之前，可以在頻譜圖上看到，試件共振頻率附近有兩個非常明顯的波峰。在啟用“非線性控制”選項后，頻譜圖在整個譜線頻率范圍內保持平滑，沒有明顯的波峰。這證明控制系統對非線性因素進行了有效的抑制。

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振動測試是必不可少的，對于防止災難性的設計錯誤像汽車，航空航天，電子，軍工等行業。美國晶鉆儀器提供精密和準確的振動控制器進行常規測試，如隨機測試、正弦掃頻測試、振動測試和路譜仿真。第四代振動控制器是以網絡為基礎的，它具有高擴展性及高通道操作的能力。

有關控制器的信息，請訪問：
http://www.crystalinstruments.com/vibration-test-controllers/
http://www.cn-hua.com/vibration-test-controllers(中文)

有關振動臺的信息，請訪問

http://www.sentekdynamics.com/turn-key-vibration-test-equipment/

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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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正弦振動在任意一瞬間只包含一種頻率的振動，而隨機振動在任意一瞬間包含頻譜范圍內的各種頻率的振動，這些頻率能量的大小按照規定的譜圖分布。

由于隨機振動包涵頻譜內所有的頻率，所以樣品上的共振點會同時激發并可能相互影響，所以試驗比同量級的
正弦試驗嚴酷。理論上，隨機振動加速度的峰值可能是其總均方根值的任意倍，但在實現中不可能，一般標準要求其峰值不得少于
總均方根值的3倍。

對于正弦振動?? 峰值＝1.4倍的有效值? ?? 對于隨機振動?? 峰值＝3倍的有效值

正弦振動實驗有三種程序：共振搜索、正弦掃描、與共振駐留。其中共振搜索與共振駐留以測試結構以外在振動環境有共振頻率時的強度，正弦掃描則是考慮共振頻率以外的振動環境能量對產品的影響。

正弦振動的振動在于找出產品設計或包裝設計的脆弱點, 看在哪一個具體的頻率點響應最大. 就是所謂的共振點. (Resonant Frequency, Natural Frequency). 找到共振點后在該共振點作駐留測試.(10 min. dwell or more), 確定產品能否承受共振帶來的影響. 在做package design的時候, 要盡量避開該頻率點。隨機振動來驗證產品的耐振能力。

一般而言，正弦振動以解決結構局部耐振能力（以受力Force為主），因為它是一個頻率一個頻率的處理振動問題；隨機振動則結構整體（Globle）耐振能力（以能量Energy為主），從整個頻率范圍的總振動能力處理振動問題。在應用上，若是在設計初期為了尋找設計產品的結構特性（如自然頻率、阻尼系數等）正弦振動可以有較好的結果，但是從驗證產品實際應用時的耐振能力而言，隨機振動是比較接近現實實際的振動情況。一般只有在隨機振動時才會有激發出多個共振頻率的可能性。

選擇正弦或隨機，要看試驗者主要目的。正弦更多的是用在工程分析，隨機大都用在實際的運輸試驗。 還有任意一個物體是有無數個共振點，在振動試驗里我們主要在乎低頻段的共振點。而高頻部分考慮的不太多。一般結構對于振動力源的反應有一定的時間，低頻反應慢，高頻反應快，所以正弦掃描時采用對數掃描率，太快結構未能及時反應，信號微弱無法辨識，當然太慢也就無意義，浪費時間。

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