隨機(jī)試驗(yàn)

1?隨機(jī)試驗(yàn)的目的

??正弦試驗(yàn)比較傳統(tǒng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單容易理解，隨機(jī)試驗(yàn)就比較復(fù)雜且難理解。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品受到的振動(dòng)基本上都是隨機(jī)波或者沖擊波，所以隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)更接近產(chǎn)品受到的真實(shí)振動(dòng)狀況。

??由于以前技術(shù)上的問(wèn)題，只好來(lái)正弦試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行代替，實(shí)際加振的并不是現(xiàn)場(chǎng)受到的真實(shí)振動(dòng)。后來(lái)技術(shù)的發(fā)展，隨機(jī)試驗(yàn)變?yōu)榭赡?，但隨機(jī)振動(dòng)控制儀的價(jià)格太過(guò)昂貴，僅在防衛(wèi)、航天航空方面得到應(yīng)用。最近，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，隨機(jī)振動(dòng)控制儀的價(jià)格相對(duì)下降，使更接近真實(shí)振動(dòng)狀況的隨機(jī)試驗(yàn)或沖擊試驗(yàn)得到普及。

2?隨機(jī)波和正弦波的比較

???一般試驗(yàn)體構(gòu)造上由含有各種各樣共振模式（各種頻率不同地方的共振）的零部件構(gòu)成，正弦波加振只能激勵(lì)起試驗(yàn)體的共振頻率或共振頻率整數(shù)倍的頻率。而隨機(jī)波本身就含有各種頻率成分，能同時(shí)刻激勵(lì)起試驗(yàn)體上全部的共振成分，更接近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)環(huán)境。

??以試驗(yàn)體汽車(chē)音響為例，正弦波加振只能激勵(lì)起音響整體的共振頻率，但隨機(jī)波加振，可以同時(shí)激勵(lì)起所有組合部件的共振。

???另外，通過(guò)正弦波和隨機(jī)波在時(shí)間軸上的波形，可以看到振幅分布密度（各個(gè)振幅出現(xiàn)的概率密度，隨機(jī)波符合高斯分布）曲線。

上圖中，正弦波在最大加速度（加振力最大處）處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多，隨機(jī)波在零值處（加速度為零處）出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多，換句話來(lái)說(shuō)，正弦波試驗(yàn)其實(shí)比真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)（隨機(jī)波或沖擊波）來(lái)得苛刻（過(guò)試驗(yàn)）。一般隨機(jī)試驗(yàn)，振動(dòng)量級(jí)用加速度有效值（rms值）來(lái)衡量表示。

3?功率譜密度（PSD）

??隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件通過(guò)功率譜密度（PSD）來(lái)表示，1Hz寬度對(duì)應(yīng)能量的平均值，單位[（m/s

2

）

2

/Hz],或者使用[m

2

/s

3

]、[g

2

/Hz]。加速度的有效值如下圖所示，斜線面積開(kāi)根號(hào)計(jì)算。

上圖求加速度有效值的話，需要計(jì)算PSD曲線所圍的面積，由于是在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的曲線，在直線坐標(biāo)下這些直線或斜線都是指數(shù)曲線，計(jì)算起來(lái)比較復(fù)雜，具體計(jì)算可參考以前的文章《淺談隨機(jī)振動(dòng)》中的介紹，此處不再贅述。通常計(jì)算加速度有效值，建議使用隨機(jī)振動(dòng)控制軟件，既簡(jiǎn)單又快速。

4?隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的加振力

???隨機(jī)試驗(yàn)所需加振力的計(jì)算和正弦振動(dòng)試驗(yàn)的計(jì)算相似，即

試驗(yàn)實(shí)施時(shí)，使用3項(xiàng)計(jì)算出來(lái)的加速度rms值計(jì)算加振力。但是需要注意的是，隨機(jī)加振力受試驗(yàn)條件PSD、試驗(yàn)體質(zhì)量和形狀等的影響，一般需要滿(mǎn)足下面的條件。

5?高斯分布（正態(tài)分布）

??隨機(jī)振動(dòng)的振幅（位移、速度、加速度）概率密度滿(mǎn)足高斯分布，大振幅振動(dòng)發(fā)生的概率很低，但不代表不發(fā)生，發(fā)生的話就會(huì)超過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的額定式樣值。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，就需要使用削波系數(shù)（δ=3）來(lái)加以控制，即最大振幅控制在rms值的三倍以下，但也只能控制99.73%的振幅，但可以認(rèn)為試驗(yàn)沒(méi)有問(wèn)題。

沖擊試驗(yàn)

1?沖擊試驗(yàn)的目的

??如前所述，實(shí)際環(huán)境下的振動(dòng)大部分是隨機(jī)波及沖擊波。沖擊波也和隨機(jī)波一樣，含有很寬的頻率成份，可以同時(shí)激勵(lì)試驗(yàn)體的共振成份。隨機(jī)波情況下，振動(dòng)波形符合高斯分布，接近真實(shí)環(huán)境。沖擊波形的話，短時(shí)間內(nèi)加振特殊波形，能夠再現(xiàn)試驗(yàn)體的特殊問(wèn)題故障。例如，搬送物品中的沖擊、爆破沖擊等。

2?典型沖擊波形

??

一般的沖擊波形有半正弦波、鋸齒波、三角波、矩形波等，下面就半正弦波進(jìn)行說(shuō)明。目標(biāo)波形如下圖，按照規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)（IEC、GB、MIL等）允許容差也不同，試驗(yàn)實(shí)施時(shí)，響應(yīng)波形在容差范圍內(nèi)即可，必要的時(shí)候（試驗(yàn)體較大等情況），只考慮波形在上升沿容差內(nèi)也可以認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題。

3?實(shí)測(cè)波形再現(xiàn)

??典型沖擊波形不能再現(xiàn)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)故障的情況下，可以通過(guò)加振實(shí)測(cè)波形來(lái)進(jìn)行振動(dòng)沖擊試驗(yàn)。對(duì)實(shí)測(cè)波形進(jìn)行規(guī)格化處理相對(duì)來(lái)說(shuō)比較難，無(wú)法規(guī)定波形高度和寬度，但可以明確波形，屬于特殊處理方式，具體如何評(píng)價(jià)還需要特例分析。

ROR/SOR試驗(yàn)

ROR：random on random，是寬帶隨機(jī)波形和窄帶隨機(jī)波形的疊加。

SOR：sine on random，是寬帶隨機(jī)波形和正弦波形的疊加。

??這些試驗(yàn)主要適用于安裝在引擎等回轉(zhuǎn)體附近的試驗(yàn)體振動(dòng)試驗(yàn)，回轉(zhuǎn)體較近的用SOR，離回轉(zhuǎn)體比較遠(yuǎn)的用ROR。

【例】

ROR

寬帶隨機(jī)波形上有數(shù)個(gè)窄帶隨機(jī)波，窄帶隨機(jī)波可以掃頻實(shí)現(xiàn)。

SOR

寬帶隨機(jī)波形上數(shù)個(gè)正弦波，正弦波也可以掃頻實(shí)現(xiàn)。

小結(jié)：

??到此為止，振動(dòng)試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)知識(shí)基本上說(shuō)明完畢，入門(mén)級(jí)的知識(shí)，很多內(nèi)容都是泛泛而談，主要目的是使入門(mén)者有個(gè)大致的理解。下一章將對(duì)加振機(jī)導(dǎo)入內(nèi)容以及做試驗(yàn)中一些注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明，盡情期待。