一、振動的分類

振動是物體圍繞平衡位置（或平均位置等）進行的一種往復運動的一種形式，通常用一些物理參量（如位移、速度、加速度等）隨時間變化的函數(shù)來表征振動的時間歷程。根據(jù)物體運動的不同規(guī)律，振動可做如下分類：

（1）按產(chǎn)生振動的原因分類，有：

自由振動 ——當系統(tǒng)的平衡破壞，只靠其彈性恢復力來維持的振動。振動的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率（也稱自然頻率）。當有阻尼時，振動逐漸衰減。

受迫振動——在激振力的持續(xù)作用下，系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動。振動的特性與外部激振力的大小、方向和頻率密切相關(guān)。

自激振動——由于系統(tǒng)具有非振蕩性能源和反饋特性，從而引起一種穩(wěn)定的周期性振動。沒有外部激振力而能產(chǎn)生振動，維持振動的交變力由運動本身產(chǎn)生或控制。振動的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率。

（2）按振動的規(guī)律分類，有：

簡諧振動——能用一項正弦或余弦函數(shù)表達其運動規(guī)律的周期性振動。振動的幅值和相位是隨時間變化的并可以預測。

非簡諧振動——不能用一項正弦或余弦函數(shù)表達其運動規(guī)律的周期性振動。可用“諧波分析”方法，將其分解為若干簡諧振動。

隨機振動——不能用簡單函數(shù)（如正弦函數(shù)，階躍函數(shù)，.......）或這些簡單函數(shù)的簡單組合來表達其運動規(guī)律，而只能用統(tǒng)計方法來研究的非周期性振動。振動的瞬時幅值，事先不能精確地判斷，但可用隨機過程來描述。

（3）按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分類，有：

線性振動——系統(tǒng)的慣性力、阻尼力、恢復力分別與加速度、速度、位移成線性關(guān)系，能用常系數(shù)線性微分方程描述的振動，能運用疊加原理。振動的固有頻率與其振幅無關(guān)。

非線性振動——系統(tǒng)的阻尼力或恢復力具有非線性性質(zhì)，只能用非線性微分方程描述的振動，不能運用疊加原理。振動的固有頻率與其振幅有關(guān)。

（4）按振動系統(tǒng)的自由度數(shù)目分類，有：

單自由度系統(tǒng)的振動——確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時的幾何位置只需要一個獨立的坐標。

多自由度系統(tǒng)的振動——確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時的幾何位置需要多個獨立的坐標。

彈性體振動——確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時的幾何位置需要無限多個獨立坐標。

（5）按振動的位移特征分類，有：

扭轉(zhuǎn)振動——振動體上的質(zhì)點只作繞軸線的振動。

縱向振動——振動體上的質(zhì)點只作沿軸線方向的振動。

橫向振動（彎曲振動）——振動體上的質(zhì)點只作垂直軸線方向的振動。

二、振動試驗條件及試驗標準

與振動有關(guān)的試驗廣義上都可以稱之為振動試驗。本書所述的振動試驗僅指在室內(nèi)利用激振設(shè)備使試件經(jīng)受預先規(guī)定的振動，并達到一定目的的過程。振動試驗與其他工程一樣是從簡單到復雜慢慢發(fā)展起來的，而且與當時的科學技術(shù)緊密相連。最早的振動工程問題來源于旋轉(zhuǎn)機械引起的振動，地震對建筑物的影響，車輛行駛在不平路面上引起車輛的振動，船舶行駛中，浪涌引起船舶的振動，等等。在研究這些振動工程問題時，常常希望能進行振動試驗，但由于客觀條件不允許，往往只能把試件放在實際環(huán)境下去考核。

由于汽車工業(yè)特別是飛機工業(yè)的發(fā)展，需要解決的振動工程問題越來越多，促使振動理論與振動試驗有了大幅度的進步。隨著機械式振動臺、電動式振動臺的出現(xiàn)和電液式振動臺的相繼問世.推動了振動測量技術(shù)的發(fā)展。火箭技術(shù)的產(chǎn)生，強有力的動力裝置和高速飛行把振動試驗推向了更重要的位置。我國振動試驗的各項標準相繼誕生，使得振動試驗技術(shù)更加全面、完善和提高。在實際的工程中振動對產(chǎn)品的主要影響有：

（1）結(jié)構(gòu)損壞：這種破壞主要是指引起變形、彎曲、產(chǎn)生裂紋、斷裂，造成部件間的相互撞擊等，包括由于振動產(chǎn)生的交變應(yīng)力超過構(gòu)件所能承受的彈性和塑性極限應(yīng)力而造成的破壞，以及長時間振動的交變應(yīng)力造成的累積損傷，使產(chǎn)品發(fā)生疲勞損壞等。

（2）工作性能失靈：這種破壞為功能失效和性能超差，主要是指振動使接觸部件接觸不良，繼電器產(chǎn)生誤動作，電子管噪聲增加，指示燈閃爍，從而導致工作不正常，不穩(wěn)定，甚至完全不能工作等。這種破壞，往往取決于振動量值的大小，而且這種破壞通常不屬于永久性破壞，因為在許多情況下，一旦振動減小或停止，工作就能恢復正常。

（3）工藝性能破壞：這種破壞主要是指螺釘或連接件松動、脫焊等。這種破壞一般在一個不長的振動時間內(nèi)就會出現(xiàn)。

為了提高產(chǎn)品的可靠性，使產(chǎn)品在使用中不發(fā)生上述的故障與破壞，工程上必須很好地解決振動試驗問題，為此，振動試驗幾乎從元器件開始，就伴隨著產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程。最初的振動試驗，由于條件的限制，僅限于正弦振動試驗，以此來考核產(chǎn)品能否經(jīng)受住預定的振動條件以及能否在預定的振動條件下可靠工作。正弦振動是用來暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，改進產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品在使用、運輸中，不出或少出故障并保證性能的一種有效方法。

嚴格地說，產(chǎn)品在運輸和實際使用中所遇到的振動一般都是隨機振動，利用隨機振動試驗來考核產(chǎn)品才能更真實地反映產(chǎn)品對振動環(huán)境的適應(yīng)性和考核其結(jié)構(gòu)的完好性。隨機振動和正弦振動相比，隨機振動的頻域?qū)挘矣羞B續(xù)的頻譜，它能同時在所有的頻率上對試件進行激勵，各種頻率的相互作用，遠比用正弦振動僅對某些頻率或連續(xù)掃頻模擬實際環(huán)境振動的影響更嚴酷、更真實和更有效。

到目前為止，在振動試驗這個領(lǐng)域，正弦振動、隨機振動以及混合型的振動試驗都能夠在試驗室內(nèi)實現(xiàn)。由于正弦振動試驗和隨機振動試驗的各自的特點，使它們成為力學環(huán)境試驗中的兩個重要的試驗項目。

振動試驗條件

無論何種振動都需要一定的試驗條件，這是試驗的重要依據(jù)之一。對任何一個振動試驗。要求在不同試驗室內(nèi)進行試驗時其結(jié)果是一致的，不允許出現(xiàn)完全不同的結(jié)果。這就要對振動試驗做一系列的規(guī)定，這些規(guī)定越詳細、越合理就越能保證不同地方試驗的一致性，當試驗條件經(jīng)過長期實踐考核形成法定文件時，我們稱之為試驗的標準規(guī)范。振動試驗條件應(yīng)包括：

（1）試驗概述。它包括名稱、性質(zhì)和用途，并注明試驗對象，如用于汽車、飛機、導彈、某種電子儀器儀表或某種電工電子元器件等；另外對試驗對象在試驗室中存放時有何特殊要求，如防塵、防靜電、防劃傷表面等。

（2）振動試驗的目的。振動試驗的目的應(yīng)是明確的，一個振動試驗可以是一個目的，也可以是幾個目的，如評定試件的結(jié)構(gòu)強度，評定試件的性能，評定試件的動態(tài)特性，產(chǎn)品的例行試驗，產(chǎn)品的工藝性試驗，工藝篩選等。由于試驗的目的是貫穿振動試驗的主線，參試的各類人員都應(yīng)詳細了解。

（3）試驗的邊界條件。在振動試驗中應(yīng)考慮試件在使用時處于何種狀態(tài)，只有正確模擬邊界條件，才能保證試驗的正確性。由于有些試件是整機產(chǎn)品的一個部件或者是從整機產(chǎn)品上取下單獨做振動試驗的，因此，邊界條件就顯得更為重要，但也很難模擬。同時，試驗人員在夾具設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和編寫報告時都必須深入地了解邊界條件。

（4）試件方位。振動試驗輸人通常規(guī)定為互相垂直的三個軸向，并依次進行試驗（也有規(guī)定兩個方向或三個方向同時輸入），當試驗順序很重要時，特別是有些產(chǎn)品對于某個軸較為敏感時，就應(yīng)對試驗先后順序加以規(guī)定。一般先進行敏感軸方向的試驗。有的產(chǎn)品僅需兩個方向或單方向進行振動試驗也應(yīng)該加以明確，如對稱的試件可減少一個方向，中心對稱的試件僅進行一個方向的試驗，等等。

（5）輸入量級。輸入量級是試驗條件中極其重要的部分（標準中稱為嚴酷等級），三個方向輸入量級或相同、或不相同，應(yīng)加以注明。對于正弦振動來說，要給出頻率、頻率范圍，給出振動量級（加速度、速度或位移）。若在不同頻率段有不同的振動量級要給出交越點。若是隨機振動。要給出功率譜形圖，即功率譜密度 與頻率的關(guān)系曲線。

（6）試驗時間。試驗持續(xù)時間是輸入保持在規(guī)定值的時間。時間的數(shù)值取決于試驗?zāi)康?，一般確定試件響應(yīng)特性所需要的時間，要比確定試件結(jié)構(gòu)強度的時間短。在做隨機振動試驗時，均衡所需的時間長，一般不計入試驗時間。有些試驗時間很短，均衡時間很長，這些應(yīng)考慮從試驗量級的-6～0dB的時間，時間還比較長時就應(yīng)考慮縮短試驗時間。一般情況下，試驗時間應(yīng)是保持在規(guī)定量級下進行振動試驗的時間。

（7）加速度計位置。試驗時應(yīng)明確輸人加速度計的安裝位置，也應(yīng)明確響應(yīng)加速度計的安裝位置。輸入加速度計的位置不同，試件所承受的實際振動可能不同。輸入加速度計一般應(yīng)固定在試件和夾具的結(jié)合面上，且盡可能靠近固定螺栓。有時考慮到振動控制儀的能力，也可固定在夾具和振動臺面之間，輸入加速度計的個數(shù)也應(yīng)給以明確。響應(yīng)加速度計的位置是根據(jù)需要而確定，但應(yīng)注意安裝加速度計處是否有足夠的空間和平面，安裝處的剛度非常重要，要防止局部出現(xiàn)的薄壁振動等。

（8）其他。各種不同類型的振動試驗還有一些各自的要求，有的試驗與溫度有關(guān)，有的試驗過程中要對試件通電、通水、通氣，有的試驗中要對試件進行必要的性能測試，等等，這些都應(yīng)給以明確。

以上是試驗條件中的一般內(nèi)容，而且這些條件在我國頒布的現(xiàn)行試驗方法標準中都做了明確的規(guī)定，但有些振動試驗條件是產(chǎn)品設(shè)計部門根據(jù)產(chǎn)品的特殊性而提出的，有些試驗條件的提出缺乏一定的科學性和依據(jù)，有些缺乏內(nèi)容甚至是必要的條件。當然，有些振動試驗較為簡單，并不需要上述的全部條款。

來源：《力學環(huán)境試驗技術(shù)》