一、振動(dòng)的分類

振動(dòng)是物體圍繞平衡位置（或平均位置等）進(jìn)行的一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)間變化的函數(shù)來表征振動(dòng)的時(shí)間歷程。根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的不同規(guī)律，振動(dòng)可做如下分類：

（1）按產(chǎn)生振動(dòng)的原因分類，有：

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

受迫振動(dòng)——在激振力的持續(xù)作用下，系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動(dòng)。振動(dòng)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(dòng)——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(dòng)。沒有外部激振力而能產(chǎn)生振動(dòng)，維持振動(dòng)的交變力由運(yùn)動(dòng)本身產(chǎn)生或控制。振動(dòng)的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率。

（2）按振動(dòng)的規(guī)律分類，有：

簡諧振動(dòng)——能用一項(xiàng)正弦或余弦函數(shù)表達(dá)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的周期性振動(dòng)。振動(dòng)的幅值和相位是隨時(shí)間變化的并可以預(yù)測。

非簡諧振動(dòng)——不能用一項(xiàng)正弦或余弦函數(shù)表達(dá)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的周期性振動(dòng)?？捎谩爸C波分析”方法，將其分解為若干簡諧振動(dòng)。

隨機(jī)振動(dòng)——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(dá)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而只能用統(tǒng)計(jì)方法來研究的非周期性振動(dòng)。振動(dòng)的瞬時(shí)幅值，事先不能精確地判斷，但可用隨機(jī)過程來描述。

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

線性振動(dòng)——系統(tǒng)的慣性力、阻尼力、恢復(fù)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(dòng)，能運(yùn)用疊加原理。振動(dòng)的固有頻率與其振幅無關(guān)。

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

（4）按振動(dòng)系統(tǒng)的自由度數(shù)目分類，有：

單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)——確定系統(tǒng)在振動(dòng)過程中任何瞬時(shí)的幾何位置只需要一個(gè)獨(dú)立的坐標(biāo)。

多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)——確定系統(tǒng)在振動(dòng)過程中任何瞬時(shí)的幾何位置需要多個(gè)獨(dú)立的坐標(biāo)。

彈性體振動(dòng)——確定系統(tǒng)在振動(dòng)過程中任何瞬時(shí)的幾何位置需要無限多個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)。

（5）按振動(dòng)的位移特征分類，有：

扭轉(zhuǎn)振動(dòng)——振動(dòng)體上的質(zhì)點(diǎn)只作繞軸線的振動(dòng)。

縱向振動(dòng)——振動(dòng)體上的質(zhì)點(diǎn)只作沿軸線方向的振動(dòng)。

橫向振動(dòng)（彎曲振動(dòng)）——振動(dòng)體上的質(zhì)點(diǎn)只作垂直軸線方向的振動(dòng)。

二、振動(dòng)試驗(yàn)條件及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

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

由于汽車工業(yè)特別是飛機(jī)工業(yè)的發(fā)展，需要解決的振動(dòng)工程問題越來越多，促使振動(dòng)理論與振動(dòng)試驗(yàn)有了大幅度的進(jìn)步。隨著機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)、電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)的出現(xiàn)和電液式振動(dòng)臺(tái)的相繼問世.推動(dòng)了振動(dòng)測量技術(shù)的發(fā)展?；鸺夹g(shù)的產(chǎn)生，強(qiáng)有力的動(dòng)力裝置和高速飛行把振動(dòng)試驗(yàn)推向了更重要的位置。我國振動(dòng)試驗(yàn)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)相繼誕生，使得振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)更加全面、完善和提高。在實(shí)際的工程中振動(dòng)對(duì)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(dòng)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(shí)間振動(dòng)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(dòng)使接觸部件接觸不良，繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)作，電子管噪聲增加，指示燈閃爍，從而導(dǎo)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(dòng)量值的大小，而且這種破壞通常不屬于永久性破壞，因?yàn)樵谠S多情況下，一旦振動(dòng)減小或停止，工作就能恢復(fù)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(dòng)、脫焊等。這種破壞一般在一個(gè)不長的振動(dòng)時(shí)間內(nèi)就會(huì)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(dòng)試驗(yàn)問題，為此，振動(dòng)試驗(yàn)幾乎從元器件開始，就伴隨著產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程。最初的振動(dòng)試驗(yàn)，由于條件的限制，僅限于正弦振動(dòng)試驗(yàn)，以此來考核產(chǎn)品能否經(jīng)受住預(yù)定的振動(dòng)條件以及能否在預(yù)定的振動(dòng)條件下可靠工作。正弦振動(dòng)是用來暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品在使用、運(yùn)輸中，不出或少出故障并保證性能的一種有效方法。

嚴(yán)格地說，產(chǎn)品在運(yùn)輸和實(shí)際使用中所遇到的振動(dòng)一般都是隨機(jī)振動(dòng)，利用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)來考核產(chǎn)品才能更真實(shí)地反映產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)性和考核其結(jié)構(gòu)的完好性。隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)相比，隨機(jī)振動(dòng)的頻域?qū)挘矣羞B續(xù)的頻譜，它能同時(shí)在所有的頻率上對(duì)試件進(jìn)行激勵(lì)，各種頻率的相互作用，遠(yuǎn)比用正弦振動(dòng)僅對(duì)某些頻率或連續(xù)掃頻模擬實(shí)際環(huán)境振動(dòng)的影響更嚴(yán)酷、更真實(shí)和更有效。

到目前為止，在振動(dòng)試驗(yàn)這個(gè)領(lǐng)域，正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)以及混合型的振動(dòng)試驗(yàn)都能夠在試驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)。由于正弦振動(dòng)試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的各自的特點(diǎn)，使它們成為力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)中的兩個(gè)重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。

振動(dòng)試驗(yàn)條件

無論何種振動(dòng)都需要一定的試驗(yàn)條件，這是試驗(yàn)的重要依據(jù)之一。對(duì)任何一個(gè)振動(dòng)試驗(yàn)。要求在不同試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)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(duì)振動(dòng)試驗(yàn)做一系列的規(guī)定，這些規(guī)定越詳細(xì)、越合理就越能保證不同地方試驗(yàn)的一致性，當(dāng)試驗(yàn)條件經(jīng)過長期實(shí)踐考核形成法定文件時(shí)，我們稱之為試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。振動(dòng)試驗(yàn)條件應(yīng)包括：

（1）試驗(yàn)概述。它包括名稱、性質(zhì)和用途，并注明試驗(yàn)對(duì)象，如用于汽車、飛機(jī)、導(dǎo)彈、某種電子儀器儀表或某種電工電子元器件等；另外對(duì)試驗(yàn)對(duì)象在試驗(yàn)室中存放時(shí)有何特殊要求，如防塵、防靜電、防劃傷表面等。

（2）振動(dòng)試驗(yàn)的目的。振動(dòng)試驗(yàn)的目的應(yīng)是明確的，一個(gè)振動(dòng)試驗(yàn)可以是一個(gè)目的，也可以是幾個(gè)目的，如評(píng)定試件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，評(píng)定試件的性能，評(píng)定試件的動(dòng)態(tài)特性，產(chǎn)品的例行試驗(yàn)，產(chǎn)品的工藝性試驗(yàn)，工藝篩選等。由于試驗(yàn)的目的是貫穿振動(dòng)試驗(yàn)的主線，參試的各類人員都應(yīng)詳細(xì)了解。

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

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

（5）輸入量級(jí)。輸入量級(jí)是試驗(yàn)條件中極其重要的部分（標(biāo)準(zhǔn)中稱為嚴(yán)酷等級(jí)），三個(gè)方向輸入量級(jí)或相同、或不相同，應(yīng)加以注明。對(duì)于正弦振動(dòng)來說，要給出頻率、頻率范圍，給出振動(dòng)量級(jí)（加速度、速度或位移）。若在不同頻率段有不同的振動(dòng)量級(jí)要給出交越點(diǎn)。若是隨機(jī)振動(dòng)。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(yàn)時(shí)間。試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間是輸入保持在規(guī)定值的時(shí)間。時(shí)間的數(shù)值取決于試驗(yàn)?zāi)康模话愦_定試件響應(yīng)特性所需要的時(shí)間，要比確定試件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的時(shí)間短。在做隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，均衡所需的時(shí)間長，一般不計(jì)入試驗(yàn)時(shí)間。有些試驗(yàn)時(shí)間很短，均衡時(shí)間很長，這些應(yīng)考慮從試驗(yàn)量級(jí)的-6～0dB的時(shí)間，時(shí)間還比較長時(shí)就應(yīng)考慮縮短試驗(yàn)時(shí)間。一般情況下，試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)是保持在規(guī)定量級(jí)下進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)的時(shí)間。

（7）加速度計(jì)位置。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)明確輸人加速度計(jì)的安裝位置，也應(yīng)明確響應(yīng)加速度計(jì)的安裝位置。輸入加速度計(jì)的位置不同，試件所承受的實(shí)際振動(dòng)可能不同。輸入加速度計(jì)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(shí)考慮到振動(dòng)控制儀的能力，也可固定在夾具和振動(dòng)臺(tái)面之間，輸入加速度計(jì)的個(gè)數(shù)也應(yīng)給以明確。響應(yīng)加速度計(jì)的位置是根據(jù)需要而確定，但應(yīng)注意安裝加速度計(jì)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(dòng)等。

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

以上是試驗(yàn)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中都做了明確的規(guī)定，但有些振動(dòng)試驗(yàn)條件是產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門根據(jù)產(chǎn)品的特殊性而提出的，有些試驗(yàn)條件的提出缺乏一定的科學(xué)性和依據(jù)，有些缺乏內(nèi)容甚至是必要的條件。當(dāng)然，有些振動(dòng)試驗(yàn)較為簡單，并不需要上述的全部條款。

來源：《力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)》