一、振動試驗條件的制定

振動試驗條件是振動試驗的依據(jù)，國家標(biāo)準和國家軍用標(biāo)準中給出了試驗條件的各種酷等級。這些嚴酷等級可供產(chǎn)品試驗的設(shè)計者在制定具體產(chǎn)品試驗規(guī)范時參考和選擇，不同的產(chǎn)品其試驗的條件是不一樣的，不同類型的振動試驗條件制定的方法也是不一樣的，振動環(huán)境試驗條件的制定較為復(fù)雜，其制定的原理如下。

1．從試件的實際使用狀態(tài)測得的數(shù)據(jù)來制定環(huán)境振動試驗條件

這是最基本的方法。但由于制定（規(guī)范）條件程序的每一步對所有其他步驟都有影響，其影響的因素如成本、樣本大小、試驗裝置、試驗的實施以及合格和失效的準則等都必須加以考慮；還包括對假設(shè)、近似方法以及證實其合理性的依據(jù)提供完整的資料。精度要求應(yīng)和整個規(guī)范的研制、試驗方案以及結(jié)果的評價協(xié)調(diào)一致。制定振動條件的一般程序如下：

（1）確定使用情況（從實際使用情況中選?。?/p>

（2）取得典型的現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)。

（3）估計試件在有關(guān)使用狀態(tài)下?lián)p壞的可能性，這條可用于：①重新評價所進行試驗的合理性；②確定試驗條件的精度要求；③預(yù)測危險頻率并對這些頻率分級。

（4）提出一種破壞模式，以用于試驗時間的換算。

（5）對數(shù)據(jù)進行分類（周期、隨機、瞬態(tài)），以便用不同的技術(shù)進行處理。

（6）刪去一些可以忽略不計的應(yīng)力值，將類似的數(shù)據(jù)向測量的最大使用值合并，從而確定等效情況和等效持續(xù)時間。

（7）為了考慮一些尚未估計到的因素，可以采用儲備系數(shù)（附加嚴酷度）來解決這個問題，可用系數(shù)1.2作為基礎(chǔ)-它根據(jù)下列原則確定：①試驗者所規(guī)定的使用狀態(tài)的可信度；②要求的精度（通過一個試驗樣品的后果和損壞一個好試驗樣品的后果之比較）。

（8）進行試驗室試驗。

（9）對整個試驗條件的規(guī)定進行評價。

2．預(yù)示振動環(huán)境制定振動條件

大多數(shù)振動試驗在產(chǎn)品研制過程中就要進行，也就是說振動試驗條件要在產(chǎn)品研制初期就制定出來。這時對實際的使用環(huán)境還一無所知，尤法用第一種實測的方法。一般可用現(xiàn)有的相類似的試驗條件，也可以用原型機，或相近型號的產(chǎn)品試驗條件類推。還有一個方法就是進行環(huán)境預(yù)示，也可以用原型機，或近似型號的產(chǎn)品試驗條件類推。還有一個方法就是進行環(huán)境預(yù)示，首先要對振源進行分析，對結(jié)構(gòu)進行動力學(xué)響應(yīng)計算，根據(jù)經(jīng)驗制定出振動條件。隨著產(chǎn)品研制工作的進展，有些原來未知的數(shù)據(jù)變成已知的數(shù)據(jù)，不斷對原始試驗條件進行修改并逐步完善。

二、振動試驗方法

做振動試驗僅有試驗條件是不夠的，還必須有規(guī)范的試驗方法，即試驗標(biāo)準，近年來，我國相繼出版的許多振動試驗的標(biāo)準，如國家軍用標(biāo)準，國家標(biāo)準，還有原航空部、航天部、電子部等部頒標(biāo)準中都有振動試驗方法部分，試驗條件是針對某一具體產(chǎn)品進行振動試驗的具體要求，它的出發(fā)點是對產(chǎn)品的要求。但這些要求在不同的試驗室與不同試驗設(shè)備試驗的效果不一定一致，這是不允許的。為了達到試驗效果一致，需要對試驗方法進行規(guī)范，這就出現(xiàn)了大家都必須遵守的試驗標(biāo)準。試驗條件規(guī)定了輸入量級和試驗時間，但沒規(guī)定試驗的容差，也沒有規(guī)定對試驗設(shè)備的具體要求。這些是試驗標(biāo)準所規(guī)定的內(nèi)容，因此試驗標(biāo)準不是針對某一具體產(chǎn)品而是針對某一類產(chǎn)品做的規(guī)定。

1．正弦振動試驗

正弦振動試驗是試驗室經(jīng)常采用的試驗方法，是人們認識最早、了解最多的一種振動。例如凡是旋轉(zhuǎn)、脈沖、振蕩（在船舶、飛機、車輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動均是正弦振動。要模擬這些振動環(huán)境，無疑須用正弦振動試驗。當(dāng)振動環(huán)境是隨機的，但又無條件做隨機振動試驗時，某些情況下可以用正弦振動試驗來代替（不是等效）。此外，振動特性試驗中，用正弦信號激振是最基本的方法，由于正弦試驗設(shè)備相對便宜，因此一般的振動試驗室?guī)缀醵伎梢赃M行正弦振動試驗。

（1）正弦振動試驗的種類。正弦振動試驗控制的參數(shù)主要有兩個，即頻率和幅值。依照頻率變和不變，正弦振動試驗分為定頻和掃頻兩種：

1）定頻正弦振動試驗。正弦振動頻率始終不變的試驗叫定頻正弦振動試驗。這是模擬轉(zhuǎn)速固定的旋轉(zhuǎn)機械引起的振動，或結(jié)構(gòu)固有頻率處的振動，定頻試驗中有一部分是振動強度試驗，考核疲勞強度。這種試驗會出現(xiàn)一個問題，即如果在試驗共振峰處進行定頻試驗時，隨著振動時間的增長，共振峰會移動。為保證試驗的質(zhì)量可以有兩種控制方式，一種是跟蹤頻率、一種是跟蹤輸人與響應(yīng)的相位差，使之始終保持共振狀態(tài)，這種試驗稱為駐留（Dwell）試驗。

定頻正弦試驗分為兩種，即共振頻率試驗和選定頻率試驗。共振頻率試驗是先尋找試件的共振點，取其中的若干個（一般不大于4）作為試驗頻率，選定頻率是選取若干個使用中振源的強迫頻率，或其他特征頻率，甚至是任選頻率作為試驗頻率。如果零部件、設(shè)備或某個系統(tǒng)，是在某個或某幾個激振頻率下工作，則可在這些相應(yīng)頻率下進行定頻試驗，以考核試件的抗振能力和耐振強度。若基本判明產(chǎn)品的破壞或故障是由共振引起的，則可采用共振試驗來考核其共振壽命。采用的是一個或幾個共振頻率。

在某些情況下，振動環(huán)境的特征來自往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式機械及其他周期激勵（如螺旋槳、炮擊，......）。這些激勵可以通過周圍結(jié)構(gòu)或流體介質(zhì)傳遞到試件，當(dāng)這種激勵方式在某一危險頻帶內(nèi)占優(yōu)勢時，可采用“振源駐留（Source Dwell）”試驗進行模擬。它與傳統(tǒng)的正弦共振駐留試驗（即共振試驗）不同之處在于：耐共振試驗的頻率是試件本身的共振頻率，而振源駐留試驗的“駐留”頻率是安裝試件的臺架環(huán)境中占優(yōu)勢的頻率，它提供了更為真實的試驗條件。

三、隨機振動試驗的準備

（1）試驗夾具的選用和設(shè)計。進行隨機振動試驗和正弦振動試驗一樣，首先應(yīng)將試件牢固地固定在振動臺臺面上。通常情況下必須借助于夾具。有關(guān)夾具的問題在后面的章節(jié)討論，這里不再贅述。

在隨機振動試驗中，如果夾具選擇不好，除了會使試件受到失真的振動考核外，還可能使振動控制變得困難，有些地方超差很嚴重，甚至使實驗難以進行。隨機振動試驗比正弦振動對夾具設(shè)計與制作的要求更高也更嚴。

（2）試件的安裝。試件的安裝要求基本上與正弦試驗一樣，只是隨機振動更容易使緊固件振松。因此在每次試驗前都應(yīng)檢查緊固件是否松動。在試驗過程中如果發(fā)現(xiàn)控制不穩(wěn)定，應(yīng)停機檢查緊固件和傳感器的連接，這兩種連接有問題時，都會造成控制不穩(wěn)定。在擰緊安裝螺栓時應(yīng)該使用測力扳手，這樣既可以保證擰緊，又保證緊固件不受損傷。這里推薦對M8的螺栓。擰緊力矩為3.46kg·m；對M10的螺栓，擰緊力矩為7.6kg·m。如果沒有條件使用測力扳手，在擰緊螺栓時要保證彈簧墊圈剛剛壓平，不要用大扳手使勁擰，以防將螺紋擰壞或螺栓擰斷。

（3）控制加速度計和測量加速度計的安裝。試驗前必須按試驗條件的要求安裝好控制和測量的加速度計。安裝方法和注意要點與正弦試驗相同。為了防止靜電干擾，一般在加速度計和夾具或試件之間加絕緣片和絕緣塊，其中絕緣塊可以在三個垂直方向上粘加速度計?？捎?02膠粘接，也可以用小螺釘連接絕緣塊．另用小螺釘連接加速度計和絕緣塊。

（4）隨機振動控制儀設(shè)置。隨機振動試驗的試驗條件及控制參數(shù)均需要事先（試驗前）輸人控制儀，由于控制儀的種類不同需要輸入的參數(shù)也不盡相同，這里只能選較為通用的參數(shù)作說明。

1）選擇頻率范圍。大部分控制儀需要選擇頻率范圍。一般有幾檔供選擇，只要將試驗頻率上限值輸人，控制儀就可以自動選到最合適的頻率范圍。個別控制僅則不需要選，頻率范圍是固定的。

2）譜線數(shù)和自由度數(shù)的選擇。數(shù)控儀的分辨率是由譜線數(shù)決定的，試驗帶寬除以請線費就是分辨率，例如試驗頻率上限為2000 Hz，試驗帶寬也就是2000 Hz．如選200線，則分辨率為10 Hz，選400線則分辨率為5Hz。常用的譜線數(shù)為200，400和800。譜線數(shù)越多，分辨率越高，但回路時間（即對輸出譜進行一次修正的時間）也越長，也就是說要達到同樣精度時均衡的時間也加長，在選擇譜線數(shù)時，如果試驗規(guī)范譜形簡單，可以先選200線，只有當(dāng)它不能滿足要求時，例如譜的設(shè)置由于分辨率不夠無法設(shè)置，或者某頻段內(nèi)均衡后超差嚴重等，再增加譜線數(shù)。

自由度數(shù)是統(tǒng)計學(xué)上的術(shù)語，它實質(zhì)上代表最后計算結(jié)果所具有的獨立變量（測量值）數(shù)。測量次數(shù)（平均數(shù)）越多，自由度數(shù)就越高。自由度數(shù)與功率譜控制精度要求、置信水平有關(guān)。一般儀器給出默認值，即打回車鍵默認值就進入。

3）譜的設(shè)置。將試驗規(guī)范的譜形輸入控制儀，一般試驗功率譜密度曲線由折線組成，先要了解有幾個折點，每個折點處的功率譜密度值（PSD值）和折點的頻率值，起始和最終折線的斜率（單位是dB／倍頻程）。如果規(guī)范上給出的值與輸入值要求不同，應(yīng)該換算成要求的值，例如規(guī)范譜一般起始和終點只給出頻率和斜率，而不給出PSD值，有些儀器輸入需要這點的PSD值，那就需要計算，并按規(guī)范譜將各折點數(shù)據(jù)依次輸入儀器。

4）容差的設(shè)置。隨機振動試驗的容差由兩部分組成，即譜形的容差和均方根加速度的容差。前者是控制譜形的，后者是控制總能量的。而設(shè)置的容差又分為報警限和終止限，試驗中控制譜或均方根加速度超過報警限，儀器報警但不停止試驗；超過中止限就要切斷輸出，停止試驗。容差的設(shè)置一般應(yīng)按試驗條件的要求設(shè)置，可以全頻段只設(shè)一種，也可以分頻段設(shè)置不同值。如果試驗條件沒給出容差要求，推薦使用譜容差為：報警極限±3dB，中止極限±6dB。均方根容差報警極限士1.5dB，中止極限±3dB。

有些儀器還要設(shè)置允許超過譜線的數(shù)目，這就與2）中置信度有關(guān)，如果置信度為90％那么允許10％超限即400線，可最多允許40條超線。雖然這種說法不很嚴格，但一般試驗中可以這樣使用。

5）預(yù)試量級的設(shè)置。隨機振動試驗首先要在低量級下均衡，均衡完成后，逐步將量級升至試驗量級。通常均衙量級要很低，這樣不會對試件造成損傷。但低量級均衡到高量級做試驗會出現(xiàn)非線性問題，均衡好的譜還要修正。因此在什么量級下進行均衡，分幾個量級，用多長時間升到試驗量級都需要設(shè)置。如果試驗條件沒給出特殊要求的話，推薦設(shè)五個預(yù)置量級，即-12 dB．-9 dB．-6 dB，-3 dB．0 dB，上升時間以30s到60s為宜。GB／T2423規(guī)定，在正式隨機試驗前，所允許的預(yù)調(diào)激勵時間（即建立時間）為：

?。┬∮谝?guī)定量級的25％（-12 dB），無時間限制；

ⅱ）在規(guī)定量級的25％～50％（-12dB～-6 dB），其時間不大于規(guī)定時間的1.5倍：

ⅲ）在規(guī)定量級的50％～100％（-6dB～0 dB），其時間不大于規(guī)定時間的10％。

上述建立得時間不應(yīng)從規(guī)定試驗中扣除。有些隨機振動試驗一共才幾十秒的時間，其預(yù)置量級上升的時間不能設(shè)得太長，但太短又恐怕不穩(wěn)定，造成短期過試驗。因此，對于時間不長的試驗，特別要注意在-3dB試驗量級上停留時間不能太長。如果試驗時間很長，例如兒個小時，這些就無關(guān)緊要了。

（5）試驗系統(tǒng)的導(dǎo)通。試驗前，無論是控制系統(tǒng)還是測量系統(tǒng)都需要導(dǎo)通。所謂導(dǎo)通就是看系統(tǒng)連接是否有效，是否可靠。一般常用的方法是給試件及振動臺一個敲擊，觀察傳感器、電荷放大器以及示波器有無反應(yīng)。試驗前的導(dǎo)通工作十分重要，它是進行安全試驗，提高測量可靠性的有效方法。

四、隨機振動的預(yù)試驗

一般大型隨機振動試驗在試驗準備工作做完后都要進行預(yù)試驗。其目的是通過小量級的振動試驗了解系統(tǒng)工作是否正常，試件安裝是否合適，并了解試驗的振動特性，觀察控制曲線和驅(qū)動曲線，估計正式試驗是否會出現(xiàn)什么問題，想辦法解決出現(xiàn)的各種問題。

（1）用試驗量級的1／4（-12dB）進行隨機振動的預(yù)試驗，時間60s，記錄全部測點的影響，劃出控制曲線及驅(qū)動曲線，觀察功放最大的輸出電壓和電流。通過試驗了解各系統(tǒng)工作是否正常，控制曲線是否完全滿足容差要求，驅(qū)動曲線的動態(tài)范圍是否達到控制儀的極限，功放的最大輸出電壓和電流是否小于額定值的1／4。研究這些問題是為了估計滿量級試驗是否有把握，在預(yù)試驗中出現(xiàn)的問題必須解決，如果要解決的問題較多，預(yù)試驗還可以重復(fù)進行，直至滿意為止。

（2）頻率特性測量。用正弦振動測量試件的頻率特性，選擇試件上有代表性的若干個測點，給振動臺面施加一定加速度值（由表1給出），在整個試驗頻率范圍內(nèi)進行掃描試驗，掃描速率為1倍頻程／min，記錄各測點的頻率響應(yīng)曲線。

表1頻率特性測量時附加的正弦掃描量級

（3）試驗件的初始檢查。許多試件要求在隨機振動試驗過程中進行測試，因此在正式試驗前必須對試件進行初始檢查及通電測試，并記錄初始靜態(tài)數(shù)據(jù)，還可以利用預(yù)試過程觀察試件各參數(shù)在預(yù)試驗中的變化。

正式隨機振動試驗

預(yù)試驗順利后就可以開始正式試驗。正式試驗的注意事項和中斷處理與正弦試驗基本相同。其中要強調(diào)的是試驗由一個人統(tǒng)一指揮，各崗位分工明確，職責(zé)清楚，試驗中出現(xiàn)問題及時報告指揮，由指揮處理。每次試驗結(jié)束，要大體檢查一下控制曲線及測量信號是否已記錄下來。

一般試驗要進行x·y·z三個方向的試驗，三個方向依次進行，但換一個方向后應(yīng)從預(yù)試驗開始。因為更換方向，許多部分都要重新連接，重新安裝。

在每一方向正式試驗做完后，在同樣的狀態(tài)下，按預(yù)試驗中第（2）項再做一次頻率特性測量，使用的試驗參數(shù)完全相同，記錄下各測點的頻率響應(yīng)曲線。

數(shù)據(jù)處理及編寫試驗報告

正式試驗全部結(jié)束后，試驗現(xiàn)場可以清理，試件、夾具拆卸后分別送走，測量系統(tǒng)也要收線，拆下傳感器清洗處理后準備下一次再用。

由于隨機振動測量數(shù)據(jù)一般都記在磁帶上，無法實時處理，需要試驗后專門處理。磁帶記錄的是時域信號，要使用分析儀器把時域信號處理成試驗需要的數(shù)據(jù)，如功率譜密度曲線?？偩礁铀俣取⑷魏蝺牲c的傳遞函數(shù)和相干函數(shù)等。通常在任務(wù)書上對測量數(shù)據(jù)的要求都有明確的規(guī)定。將數(shù)據(jù)處理完后結(jié)合現(xiàn)場照片和對試驗結(jié)果的討論，編寫試驗報告。報告的格式和正弦試驗相同。同樣也應(yīng)按要求歸檔，做好歸檔的全部工作。

來源：力學(xué)環(huán)境試驗技術(shù)