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随机振动试验测试方法详解
quanminjiance | 2024-07-24 15:47:36    阅读:201   发布文章

实际的场合中,许多真实的振动环境是随机的,如喷气式发动机和火箭发动机引起的振动、车辆在不平路面行驶引起的振动、飞行器附面层紊流引起的振动等等。因此,要真实地模拟外场振动环境,随机振动试验是不可缺少的。随机振动试验远比正弦振动试验复杂。

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随机振动试验的准备

① 试验夹具的选用和设计
进行随机振动试验和正弦振动试验一样,首先应将受试设备牢固刚性地固定在振动台台面上。对于各类电子组件、印制电路板、精密的仪器仪表通常情况下需要借助于夹具,将受试设备固定在夹具上,通过夹具将受试样品固定在振动试验台面上。
在随机振动试验中,如果夹具选择不好,除会使试件受到失真的振动考核外,还可能使振动控制变得困难,有些地方超差很严重,甚至使试验难以进行。随机振动试验比正弦振动对夹具设计与制作的要求更高,也更严。

② 试件的安装

随机振动更容易使紧固件振松。因此,在每次试验前都应检查紧固件是否松动。在试验过程中如果发现控制不稳定,应停机检查紧固件和传感器的连接,这两种连接有问题时,都会造成控制不稳定。在拧紧安装螺栓时应该使用测力扳手。这样既可以保证拧紧,又保证紧固件不受损伤。这里推荐对 M8 的螺栓拧紧力矩为3.46kg/m;对M10的螺栓拧紧力矩为7.6kg/m。如果没有条件使用测力扳手,在拧紧螺栓时要保证弹簧垫圈刚刚压平,不要用大扳手使劲拧,以防将螺纹拧坏或螺栓拧断。
③ 控制加速度计和测量加速度计的安装

试验前必须按试验条件的要求安装好控制和测量的加速度计。安装方法和注意要点与正弦试验相同。为了防止静电干扰,一般在加速度计和夹具或试件之间加绝缘片和绝缘块,其中绝缘块可以在三个垂直方向上粘加速度计。可用502胶黏结,也可以用小螺钉连接绝缘块,另用小螺钉连接加速度计和绝缘块。

④ 随机振动控制仪设置
随机振动试验的试验条件及控制参数均需要事先(试验前)输入控制仪,由于控制仪的种类不同,需要输入的参数也不尽相同,这里只选较为通用的参数进行说明。
选择频率范围。大部分控制仪需要选择频率范围。一般有几档供选择,只要将试验频率上限值输入,控制仪就可以自动选到级合适的频率范围。个别控制仪则不需要选,频率范围是固定的。
谱线数和自由度数的选择。数控仪的分辨率是由谱线数决定的,试验带宽除以谱线数就是分辨率。例如,试验频率上限为 2000Hz,试验带宽也就是 2000Hz,如选 200线,则分辨率为 10Hz。选 400 线,则分辨率为 5Hz。常用的谱线数为 200、400 和800。谱线数越多,分辨率越高,但回路时间(即对输出谱进行一次修正的时间)也越长,也就是说要达到同样精度时均衡的时间也加长。在选择谱线数时,如果试验规范谱形简单,可以先选 200 线,只有当它不能满足要求时,例如,谱的设置由于分辨率不够无法设置,或者某频段内均衡后超差严重等,再增加谱线数。
谱的设置。将试验规范的谱形输入控制仪,一般试验功率谱密度曲线由折线组成,输入前先要了解有几个折点,每个折点处的功率谱密度值(PSD 值)和折点的频率值,起始和最终折线的斜率(单位是 3dB/倍频程)。如果规范给出的值与输入值要求不同,应该换算成要求的值,例如,规范谱一般起始和终点只给出频率和斜率,而不给出 PSD 值,有些仪器输入需要这点的 PSD 值,那么就需要计算,并按规范谱将各折点数据依次输入仪器。
容差的设置。随机振动试验的容差由两部分组成,即谱形的容差和均方根加速度的容差。前者是控制谱形的,后者是控制总能量的。而设置的容差又分为报警限和终止限,试验中控制谱或均方根加速度超过报警限,仪器报警但不停止试验;超过中止限就要切断输出,停止试验。容差的设置一般应按试验条件的要求设置,可以全频段只设一种,也可以分频段设置不同值。如果试验条件没给出容差要求,推荐使用谱容差如下:报警极限±3dB,中止极限±6dB。均方根容差报警极限±5dB,中止极限±3dB。
预试量级的设置。随机振动试验首先要在低量级下均衡,均衡完成后,逐步将量级升至试验量级。通常均衡量级要很低,这样不会对试件造成损伤。但低量级均衡到高量级做试验会出现非线性问题,均衡好的谱还要修正。因此,在什么量级下进行均衡、分几个量级、用多长时间升到试验量级都需要设置。如果试验条件没给出特殊要求的话,推荐设五个预置量级,即-12dB、-9dB、-6dB、-3dB、0dB,上升时间以 30~60s 为宜。GB/T2423.56规定,在正式随机试验前,所允许的预调激励时间(即建立时间)如下:
a.小于规定量级的25%(-12dB),无时间限制。b.在规定量级的25%~50%(-12~-6dB),其时间不大于规定时间的1.5倍。c.在规定量级的50%~100%(-6~0dB),其时间不大于规定时间的10%。

⑤ 试验系统的导通

试验前,无论是控制系统还是测量系统,都需要导通。所谓导通,就是看系统连接是否有效、是否可靠,一般常用的方法是给试件及振动台一个段击,观察传感器、电荷放大器及示波器有无反应。试验前的导通工作十分重要,它是进行安全试验,提高测量可靠性的有效方法。

随机振动的预试验
一般大型随机振动试验在试验准备工作做完后都要进行预试验。其目的是通过小 t 级的振动试验了解系统工作是否正常、试件安装是否合适,并了解试验的振动特性,观察控制曲线和驱动曲线,估计正式试验是否会出现什么问题,想办法解决出现的各种问题。

① 用试验量级的1/4(-12dB)进行随机振动的预试验,时间为60s。记录全部测点的影响,画出控制曲线及驱动曲线,观察功放最大的输出电压和电流。通过试验了解各系统工作是否正常,控制曲线是否完全满足容差要求,驱动曲线的动态范围是否达到控制仪的极限,功放的最大输出电压和电流是否小于额定值的1/4。研究这些问题是为了估计满t级试验是否有把握,在预试验中出现的问题必须解决,如果要解决的问题较多,预试验还可以重复进行,直至满意为止。

②试验件的初始检查许多试件要求在随机振动试验过程中进行测试。因此,在正式试验前必须对试件进行初始检查及通电测试,并记录初始静态数据,还可以利用预试过程观察试件各参数在预试验中的变化。
正式随机振动试验
预试验顺利后就可以开始正式试验。正式试验的注意事项和中断处理与正弦试验基本相同。其中要强调的是试验由一个人统一指挥,各岗位分工明确,职责清楚,试验中出现问题及时报告指挥,由指挥处理。每次试验结束,要检查一下控制曲线及测量信号是否已记录下来。一般试验要进行三个相互垂直的x,y,z,3 三个方向依次进行,但换一个方向后应从预试验开始。因为更换方向,许多部分都要重新连接,重新安装。在每一方向正式试验做完后,在同样的状态下,按预试验中第二项再做一次频率特性测量,使用的试验参数完全相同,记录下各测点的频率响应曲线。

数据处理及编写试验报告

正式试验全部结束后,保存三个方向上的振动试验曲线,填写原始记录,为编写试验报告做准备,另外,试验现场可以整理,试件、夹具拆卸后摆放在规定的区域,各类固定用的螺栓归类收置放好以备下次试验使用。

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