振动台与振动试验介绍

中国可靠性网中国可靠性网：振动台与振动试验介绍邱景湖钟琼华整理：中国可靠性网苏州试验仪器总厂（STI）中国可靠性网中国可靠性网：前言本书是一通俗工程读本。它避开繁琐的数学公式推导，运用物理学、电学、力学和机械学方面的基本知识，阐述对产品造成损坏的振动现象，分门别类介绍研究振动试验所需的设备——振动台。以及相关标准和试验方法。希望能对从事振动和冲击试验的工程人员有所帮助。由于水平有限，书中不妥甚至错误之处在所难免,恳切希望给予指正。编著者2004年12月中国可靠性网中国可靠性网：附录苏州试验仪器总厂生产的振动、冲击试验设备系列参数表.........................................................52中国可靠性网中国可靠性网：第一章相关名词术语振动振动是物体围绕平衡位置进行的往复运动的一种形式。通常用一些物理量（如位移、速度、加速度等）随时间变化的函数来表征振动的时间历程。或者说，振动可以认为是一个质点或物体相对于一个基准位置的运动。当这个运动在一定的时间间隔后仍精确地重复着，我们称之为周期振动。正弦振动运动量随时间按正弦（或余弦）函数变化的振动，亦称简谐振动。随机振动对未来任何一个给定时刻，其瞬时值不能预先确定的振动。（注：在某一范围内，随机振动大小的概率可以用概率密度来确定。）振动周期周期振动中，同一物理量的相同值重复出现的昀短时间间隔，一般用“T”表示。振动频率周期振动中，单位时间内相同的物理量值重复出现的次数。一般用“f”表示。这里分f=T1角频率单位时间内的弧度数它等于频率乘以2π角频率一般用ω表示，即ω＝2πf幅值正弦量的昀大值。在振动中幅值亦称振幅。位移幅值正弦振动中位移量的昀大值速度幅值正弦振动中速度量的昀大值加速度幅值正弦振动中加速度量的昀大值复合振动由频率不同的简谐振动合成的振动共振频率构件或产品出现共振的频率扫频频率连续经过某一区域的过程扫频速度在扫频过程中，频率对时间的变化率，即dtdf交越频率在振动试验中由一种振动特性量变为另一种振动特性量的频率。如交越频率由等位移——频率关系变为等加速度——频率关系时的频率。振动台面横向运动比振动时横向加速度与轴向加速度比振动台面加速度均匀度台面不同直径安装螺孔上的加速度值与台面中心加速度值误差与台面中心加速度值之比。宽带随机振动频率成分分布在较宽频率带的随机振动窄带随机振动频率成分分布在某一窄频带的随机振动倍频程频率比为2n的两个频率之间的频段称为n个倍频程n=1为1倍频程如频率从2Hz到4Hz称1个倍频程n＝3为3倍频程如频率从2Hz到16Hz称3个倍频程控制点振动试验中，用以控制振动量值的传感器的安装点监测点振动试验中，用以监测振动台面振动量值和试验样品响应的传感器的安装点频率响应在系统中，输出与输入之比表示为输入信号频率的函数，通常用幅频特性曲线、相频特性曲线表示时域描述运动规律的时间坐标频域描述振动频谱的频率坐标中国可靠性网中国可靠性网：线性系统可以用线性微分方程描述其运动规律的系统（注：在线性系统中，响应与激励的大小或正比）非线性系统系统中的某个或多个参数（如刚性、阻尼）具有非线性特征，只能用非线性微分方程描述其运动规律的系统。单自由度系统在任意瞬时，只要用一个广义坐标就可以完全确定其位置的系统。多自由度系统在任意瞬时，需要用两个或以上的广义坐标才能完全确定其位置的系统。自随机振动在所研究的频谱内，具有相等均方加速度谱密度的振动。随机过程可以用统计特性表示的时间函数的集合。平稳过程统计特性不随时间变化的随机过程。时间历程一个量的大小用时间函数表示。各态历经过程每一个时间历程的平均值都相同的稳态过程。均衡调整电子放大器和控制系统的增益使在所要求的频谱内各输出的振幅与输入信号幅值之比为常数的过程，称均衡。传感器将感受到的物理量转换成测量所需的电压量或电荷量的装置，在振动试验中昀常用的是压电式的加速度传感器。传感器的电压灵敏度传感器受单位机械量作用得到的电压输出量。传感器的电荷灵敏度传感器受单位机械量作用得到的电荷输出量。电荷放大器输出电压与输入电荷成正比的放大器。低通滤波器通频带是以零到某一有限截止频率的滤波器。高通滤波器通频带是以某一不为零的有限截止频率到无穷大频率的滤波器。带通滤波器通频带是以大于零的下限频率到有限的上限频率的滤波器。跟踪滤波器对中心频率的输入信号进行跟踪扫描的带通滤波器。等效质量为便于分析而采用的与原振动系统惯性效应相等的质量。刚度弹性体受到外力（力矩）的增量与其所产生的位移（转角）的增量之比。振动台试验样品固定在台面上进行振动试验和测振仪器的校准其振动参数是可控制的试验台。激振器用以产生振动力，并能将这种振动力加到其它结构或设备上的设备。电动振动台由固定磁场和位于磁场中通有一定交流电流的线圈相互作用所产生的振动力来驱动的振动台或者说电动振动台是能把电能转换能动能的振动台。电磁振动台由电磁铁和磁性材料相互作用产生振动力驱动的振动台。液压振动台由适当设备所施加的液体压力产生振动力驱动的振动台，简单地说液压振动台是把液压能转换能动能的振动台。压电振动台由压电元件的压电效应产生振动力驱动的振动台。磁致伸缩振动台由磁致伸缩元件的磁致伸缩效应产生振动力驱动的振动台。振动试验为了介试件在振动条件下的响应疲劳强度，工作性能所进行的试验。共振试验在试件的共振频率点上以一定的加速度值或位移值在规定的时间内进行的定频振动试验。耐振试验用来确定试件在振动条件下的结构强度、疲劳性能及工作性能的试验。模态试验为确定振动冲击系统模态参数所进行的振动试验。冲击试验为评定试件承受冲击载荷能力的试验。碰撞试验连续冲击试验及试件固定在冲击试验机台面上，使其按规定的加速度波形、脉冲持中国可靠性网中国可靠性网：续时间，在规定时间内进行的连续冲击试验。斜面冲击试验将放置包装件的滑车从一定高度从斜面上滑下撞击冲击表面，从而评定包装件承受水平冲击能力和包装对内装物保护能力的试验。运输试验将包装件以一定的方式置于运输工具上，在规定的装置载量，运输路线、行驶速度、运输距离与外界气候等条件下，评定包装承受压力、冲击、振动、摩擦、温度和湿度变化对内装物保护能力的综合试验。第二章振动及其描述（一）振动及其分类（1）振动是物体围绕平衡位置进行往复运动的一种形式，通常用一些物理量（如位移、速度、加速度等）随时间变化的函数来表征振动的时间历程。简单的说，振动可以认为是一个质点或物体相对于一个基准位置的运动，当这个运动在一定的时间间隔后仍精确地重复着，我们称之为周期振动。周期振动可以用它的振动位移x(t)为时间t的函数关系来表示x(t)=x(t+T)(2-1)周期振动的波形可以是各种各样的，昀简单的形式是简谐振动，当把它按时间函数描绘成曲线时可以用图2-1的正弦曲线表示图2-1周期振动的时间历程图中T代表周期，即两个相邻的完整的运动状态所经历的时间。周期的倒数称为频率Tf1=（2-2）（2）振动的分类（2-1）按振动产生的原因分自由振动：当系统的平衡破坏、只靠其弹性恢复力来维持的振动。振动频率就是系统的固有频率。当有阻尼时，振动逐步衰减直到停止。强迫振动：在外部施加的激振力的持续作用下，系统受迫产生的振动。振动的特性与外部施加的激振力的大小、方向和频率有关。自激振动：由于系统具有非振荡性能源和反馈特性，从而引起的一种稳定的周期性振动。振动的频率接近系统的固有频率。（2-2）按振动的规律分正弦振动（或称简谐振动）：能用正弦（或余弦）函数描述其运动规律的周期性振动，振动的幅中国可靠性网中国可靠性网：值和相位是随时间变化，并可以预测。随机振动：不能用简单的函数（如正弦函数、余弦函数等）或其简单组合来表达其运动规律，而只能用统计方法来研究的非周期性振动。振动的瞬时幅值事先不能精确地判断、但可以用随机过程来描述。（2-3）按振动的自由度数目分单自由度振动：确定系统在振动过程中任何瞬时的几何位置只需要一个独立的坐标。多自由度振动：确定系统在振动过程中任何瞬时的几何位置需要多个独立的坐标。（二）正弦振动的描述正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响，并考核其适应性。主要用于飞机、车辆、船