关于随机振动试验的探讨 附随机振动试验应用技术胡志强下载

随机振动是隔振器在选型时经常会遇到的一种振动类型。现实中随机振动到处可见，如车辆在路面上行驶时，路面产生的振动就是一种很典型的随机振动；除此之外，还有高铁在轨道上行驶时的振动，高层建筑在阵风或地震作用下发生的振动;飞机在飞行时的振动；船舶在波浪中的振动都是随机振动。很多国际标准和国家标准对设备以及隔振器的可靠性和疲劳寿命的验证也是通过随机振动来实现。

    随机振动是指任意时刻的振动大小不能预先确定，其波形随时间的变化没有规律的振动，无法用确定性函数表示。随机振动的单次试验结果有不确定性和不重复性，但相同条件下的多次试验却有内在的统计规律。一般要用概率统计的方法进行描述。 

图1 随机振动波形

   随机振动也可以认为是由无数个正弦振动组成的，但是这些正弦振动的频率不是离散的，而是在一定范围内连续分布，通常用功率谱密度（PSD）、均方根值（或称有效值）来表达。

   在随机振动试验标准中常给出加速度谱密度曲线（PSD曲线）或频谱，并以此为输入进行随机振动控制试验，如图2所示。加速度密度谱PSD表示随机信号通过中心频率的均方值，并无实际现实意义。总的加速度均方值表示总振级，既总能量。

图2  PSD曲线及频谱

   在实际的随机振动试验中，通常根据产品的使用环境来选择相应的振动量级进行试验，但是对于两个不同的随机振动，哪个振动量级更高，对产品来说振动更严苛，可以通过计算总的加速度均方根值（有效值）来比较。

 

影响振动台的几个关键指标

    随机振动台是进行随机振动试验的必要载体，振动台的一些关键指标决定了能否实现预定试验的能力：

试验推力：试验推力对试验起着决定性的作用，所需推力超过额定推力则试验不能进行，但是推力远远小于额定推力，容易造成资源浪费。

最大位移：随机振动试验时，从振动条件上看不出随机振动的最大位移，而其值也是不确定的，因此有必要在实验前估算最大位移，避免因超过行程而损坏振动台。 

加速度均方根值：它是表征随机振动总能量的统计参数。

频率范围：目前电磁振动台的频率多数可以达到3000HZ~5000HZ，基本可以满足绝大部分试验要求。

 图3  常用的随机振动台

随机振动试验参数的估算

    目前随机振动试验采用最多的是宽带随机振动，根据试验样品给出的振动要求计算试验量值，通过与振动台的极限值进行对比，估算试验能否进行。随机振动一般给出功率谱密度与频率之间的关系曲线，如图2所示，根据该曲线及相关计算公式即可计算出加速度均方根值。

    加速度均方根值，也称为有效值或RMS值，由曲线下总面积的和经过开根号运算得到，用以下公式表示：

 

式中，A1为升谱线所含面积，A2为平直谱曲线所含面积，A3为降谱曲线所含面积，图谱曲线所含面积通过谱密度函数在频率上进行积分算出。

 

试验推力计算公式：

式中，F为推力(N)，m0为振动台运动部分有效质量(KG)；m1为辅助台面质量(KG)；m2为试样(包括夹具、安装螺钉)质量(KG)；G为试验加速度。

 

位移的计算公式：

    准确的方法应该找出位移谱密度曲线，计算出均方根位移值，再用均方根位移算出最大峰值位移，在工程上往往只要估计一个大概的值，这里介绍一个简单的估算公式，通过估算的值比实际要大。

式中，Xp-p为最大峰峰位移(mm)，f0为下限频率(Hz)；W0为下限频率(f0)处的功率谱密度值(g^2/Hz)。

 

隔振器在随机振动中的作用

车辆上的一些电子元件或对振动比较敏感的部件，一般都要使用隔振器，而随机振动通常是这类应用中必不可少的振动考核标准，通常是用来评价隔振器的耐久和抗振性能，同时对设备起到隔振保护的作用。橡胶隔振器本质上是阻尼器和弹簧的结合体，橡胶的阻尼通常可以达到钢结构阻尼的10倍以上，使用隔振器可以明显降低传递到设备上的振动加速度幅值。另一方面橡胶隔振器的弹性好，刚度低，可以降低系统的固有频率，使得大部分频率下的振动都能被隔离，从而降低传递到设备上的振动能量，起到保护设备的目的。

图4  隔振器典型的随机振动响应曲线

下载地址：随机振动试验应用技术胡志强