随机振动试验研究
细长型飞行器双台随机振动试验虚拟试验技术研究
多维随机振动试验条件制定方法研究
强 度 与 环 境
Ｓ ＴＲＵＣＴＵＲＥ ＆ ＥＮＶＩ Ｒ０ＮＭ ＥＮＴ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｄｅ ． ｃ２０１ ０
、０ ＿７ Ｎｏ ６ ，１ ． ． ３
多 维 随机 振 动 试 验 条件 制 定 方 法 研 究
陈立伟 卫 国
（ 京 强 度 环 境研 究 所 ，北 京 １０ ７ ） 北 ０ ０ ６
１ 引言
随机 振动 试 验 是考 核 导弹 、 火箭 等航 天 产 品结构 动 强度 及环 境 适应 性 的 重要 手段 ，是暴 露 结 构缺 陷和 鉴 定设 备承 受 使用 环 境 能力 的一 种有 效 方法 。 们从 外 场 的振动 测 量数据 分 析 中发 ］人
现 产 品在 使 用过 程 中 的振动 环 境 本质 上 是 多维 随机 的，但 传 统 的 随机振 动 试验 中 ， 由于试 验 技
人们从外场的振动测量数据分析中发现产品在使用过程中的振动环境本质上是多维随机的但传统的随机振动试验中由于试验技术及试验设备的限制通常的做法是假定各方向振动相互独立按照三个正交方向的振动响应分别包络给出试验条件以三个正交方向依次进行单维随机振动试验近似等效使用过程中的多维随机振动环境l2
２１ ０ ０年 １ ２月 第３ ７卷 第 ６期
摘要 ：提 出 了 一 种 以产 品遥 测 振 动 时域 信 号 为 基 础 的 多 维 随机 振 动 试 验 条 件 制 定 方 法 。 用 此 方 法 确 应 定 的 多 维 随 机 振 动 参 考 谱 矩 阵满 足 正 定 性 要 求 。 例 自闭环 多 维 随 机 振 动 试 验 控 制 结 果 表 明 ， 文 方 实 本
Ｃｈｅ ｗｅ Ｗ ｌ ｏ ｎ Ｌｉ ｉ ｅ Ｇｕ ｉ
（ ｉｎ ｓ ｔ ｅｏ ｒｃｕｅａｄＥ ｖｒｎ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ６ ｈｎ ） Ｂｅ ｉｇＩ ｔｕ ｆ ｔ ｔｒ ｎ ｎ ｉ ｍｅｔ ｇｎ ｅｉ ， ｅ ｉｇ１０ ７ ，Ｃ ｉａ ｊ ｎ ｉｔ Ｓｕ ｏ Ｅ ｎ ｊ
随机振动-试验人员必须了解的参数及设置
随机振动－试验人员必须了解的参数及设置江苏省电子信息产品质量监督检验研究院谢杰一．简述近年来，随机振动试验在我院所有振动试验中的比例越来越高，原因有三：1、科学进步，此类设备的软件大量普及，一般只需在原来的电磁振动台加上一套控制软件及配套设备就可实行。
2、企业随着国际标准的大量采用，许多振动试验都采用随机振动。
3、随机振动相对传统的正弦振动有着无法比拟的优点，它能模拟各种实际运输条件下可能遇到的振动情况，如模拟公路运输，模拟铁路运输，模拟海运运输等等。
本文主要介绍对于试验人员来说必须了解的随机振动参数及设置要求。
二．随机振动数据上图是某一随机振动试验后的试验数据，对于试验人员来说，必须了解其中的一些参数含义。
曲线中，横坐标是频率，纵坐标是PSD，一般简称为频谱曲线。
PSD：Power spectrum density 功率谱密度PSD单位有二种：g2/Hz，(m2/Hz)2/Hz，二者之间换算：1 g2/Hz＝96(m2/Hz)2/Hz PSD是随机振动中的重要参数，可理解为每频率单位中所含振动能量的大小，其值越大，相对应的频率段振幅值会变大，在试验中提高最低频率的PSD 值可明显感觉到振幅增大。
频谱曲线的特点：1、它是对数坐标，主要是为了表述画线方便。
2、它有一条平线或多条平线及斜线组成，平线和斜线之间首尾相连组成。
3、试验条件中，PSD值不变的是平线，用+dB/oct表示向上的斜线，用- dB/oct 表示向下的斜线。
如-3 dB/oct 表示每增加一倍频率，PSD值下降一半。
频谱曲线中，中间一条是设定曲线，上面二条和下面二条是设备的保护及中断线，附加在中间设定值上的变化曲线是振动台实际控制曲线。
三．频率的选择频率是随机振动的另一个重要参数，其单位是Hz，频率的选择一般与实践使用范围有关。
例如：海运试验条件频率较低，一般从1~100Hz，而且低频PSD 值较大，随机振动的感觉像乘海轮，振幅大，频率低。
运输包装随机振动加速试验探讨
中国包装科研测试 中心 韩雪山 牛淑梅 何 渊井
摘要 ：针 对 运输 包装 实验 室随机 振 动模 拟试 验 测试 时间与 测试 量级 之 间 的关 系，本文探 讨 了随机
振 动试验加速等效公 式的理论基础 ，提 出了考虑运输过程振动量级 分布的情况下试验 时间的计算方
的情况 。
地模拟再现 了运输过程的随机振动。由于上述的 理 由，随机振动成为运输包装测试中一个主要项
目，并且在 环 境振 动 试验 中 占主 导 地位 。一些 国
１ 加速试验研究 ．
１ １加速试验计算公式 ．
虽 然 有 些 标 准 在 测 试 程 序 中没 有 声 明是 否
外 的测试标准 中给 出了各 自的随机振动Ｐ Ｄ ｓ 和测
改变而 改 变 。虽 然Ｂ Ｓ ｕｉ 公式在 航 空领域 机 ａ ｎ ｑ 械 振动 方 面 得到 很好 的应用 ，但 该 公 式是 否正 确
ｔ ｒ 、 ｔ １ Ｋ
一
地 反映 了包装 件 振动测 试还 未得 到细致 的研 究 。 １２ 加速 试验 理论 基础 ． 加 速振 动 的 理论 基础 是 线性 累积 损伤 理 论 。 它最 先 用 于描 述金 属 样 品在 弹性 极 限 内受到 反 复 应力 作 用 时疲 劳程 度 （ 表现 为微 观 裂纹 ）的发 或 展 的速 率 。 当产 品承 受振 动 作用 时 ，其 结构 中就 产 生 应 力 ，每 一 次应 力循 环都 要在 结 构上 产 生一 定量 的 损伤 ，当损 伤量 达 到一 定值 时 构件 就将 产 生裂 纹从 而 导致 破坏 。应 力与破 坏 循环 次 数 即破 坏 时 问之 间的关 系 ，就 是疲 劳 理论 给 出 的 。一 曲 Ｎ 线 。这种 曲线在 一 定应 力 范 围 内在 双对 数坐 标 纸 上表 现 为直 线 Ｈ，如 图２ 。关 系式 为 ：
随机振动-试验人员必须了解的参数及设置
随机振动－试验人员必须了解的参数及设置江苏省电子信息产品质量监督检验研究院谢杰一．简述近年来，随机振动试验在我院所有振动试验中的比例越来越高，原因有三：1、科学进步，此类设备的软件大量普及，一般只需在原来的电磁振动台加上一套控制软件及配套设备就可实行。
2、企业随着国际标准的大量采用，许多振动试验都采用随机振动。
3、随机振动相对传统的正弦振动有着无法比拟的优点，它能模拟各种实际运输条件下可能遇到的振动情况，如模拟公路运输，模拟铁路运输，模拟海运运输等等。
本文主要介绍对于试验人员来说必须了解的随机振动参数及设置要求。
二．随机振动数据上图是某一随机振动试验后的试验数据，对于试验人员来说，必须了解其中的一些参数含义。
曲线中，横坐标是频率，纵坐标是PSD，一般简称为频谱曲线。
PSD：Power spectrum density 功率谱密度PSD单位有二种：g2/Hz，(m2/Hz)2/Hz，二者之间换算：1 g2/Hz＝96(m2/Hz)2/Hz PSD是随机振动中的重要参数，可理解为每频率单位中所含振动能量的大小，其值越大，相对应的频率段振幅值会变大，在试验中提高最低频率的PSD 值可明显感觉到振幅增大。
频谱曲线的特点：1、它是对数坐标，主要是为了表述画线方便。
2、它有一条平线或多条平线及斜线组成，平线和斜线之间首尾相连组成。
3、试验条件中，PSD值不变的是平线，用+dB/oct表示向上的斜线，用- dB/oct 表示向下的斜线。
如-3 dB/oct 表示每增加一倍频率，PSD值下降一半。
频谱曲线中，中间一条是设定曲线，上面二条和下面二条是设备的保护及中断线，附加在中间设定值上的变化曲线是振动台实际控制曲线。
三．频率的选择频率是随机振动的另一个重要参数，其单位是Hz，频率的选择一般与实践使用范围有关。
例如：海运试验条件频率较低，一般从1~100Hz，而且低频PSD 值较大，随机振动的感觉像乘海轮，振幅大，频率低。
浅谈随机振动试验1--随机有效推力和正弦推力的关系
浅谈随机振动试验1--随机有效推力和正弦推力的关系在浏览振动试验机的产品目录时，同一台设备，可以看到随机推力最大有效值一般都在正弦最大推力的80%附近。
另外，在计算随机推力的时候，一般厂家都会推荐随机加速度的有效值控制在正弦最大加速度的1/3以下。
下面个人就对这两句话的理解，进行说明。
正弦振动试验当初相位为零的时候，其函数式可以表示为，A（t）= A p sin（ωt）其中，Ap为正弦加速度最大值，角速度ω =2π/T。
对应一个周期（T）的函数式代入，通过积分计算得到（计算结果适用于整个正弦试验过程），随机振动试验假设随机振动是一个平稳的、遍历的和满足正态分布的过程，一般随机振动的位移平均值为0，所以其位移的概率密度函数为，p（x）---振动位移幅值概率密度函数，x---位移瞬时幅值ρ---位移标准偏差随机振动位移的产生是由振动控制仪通过内部的计算产生，对应的加速度和速度也可以理解为符合正态分布，所以加速度的概率密度函数为p（A）---振动加速度幅值概率密度函数，A---加速度瞬时幅值σ---加速度标准偏差通过加速度的概率密度函数可以计算随机振动加速度的其实，随机的绝对平均值和正弦的绝对平均值是可以同样看待的，两者相等即表示振动的能量相同。
于是可以得到，上式中可以看出，当正弦最大加速度为A p时，对应的随机振动加速度有效值为其的80%。
通过牛顿第二定律，可以计算出随机推力最大有效值一般都在正弦最大推力的80%附近。
接下来，我们来理解在计算随机试验推力的时候，随机加速度的有效值控制在正弦最大加速度的1/3以下这句话。
因为随机振动时控制仪产生的加速度符合正态分布，μ为加速度平均值（一般μ= 0），σ为加速度标准方差，也就是加速度有效值（均方根值A rms随机）。
通过计算我们可以知道，随机加速度落在±σ范围内的概率是68.27%，在±2σ内的概率是95.45%，在±3σ内的概率是99.73%，σ对应的系数1、2、3…就是控制仪里面的削波系数。
随机振动试验
随机振动试验1. 引言随机振动试验是一种常用的工程试验方法，用于模拟结构在实际工作过程中受到的随机振动环境，以评估结构设计的可靠性和耐久性。
这种试验方法广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
2. 试验目的本文档旨在介绍随机振动试验的基本原理、试验方法和数据分析方法，以及在工程实践中的应用。
3. 随机振动的特点随机振动是一种非周期性的振动，其频率、幅值和相位都是随机变化的。
与周期性振动相比，随机振动更接近于结构在实际工作中受到的振动环境，因此更能反映结构的实际工作状态。
4. 随机振动试验系统4.1 试验设备随机振动试验主要依靠振动台来实现。
振动台是一种能够产生多维度随机振动的设备，通常包括振动器、控制系统和测量系统等。
4.2 试验参数在进行随机振动试验前，需要确定一系列试验参数，包括振动频率范围、振动幅值、振动时长等。
这些参数的选择应根据被试验结构的特点和实际工作环境来确定。
5. 随机振动试验方法5.1 试验前的准备在进行随机振动试验前，需要对试验设备进行校准和调试，确保其正常工作。
同时，还需要对被试验结构进行检查，保证其能够承受试验中的振动载荷。
5.2 试验过程随机振动试验的过程主要包括以下几个步骤：1.将被试验结构固定在振动台上。
2.设置试验参数，包括振动频率范围、振动幅值等。
3.启动振动台，开始试验。
4.实时监测被试验结构的振动响应，记录试验数据。
5.根据试验结果进行数据分析和评估。
5.3 试验后的处理试验结束后，需要对试验数据进行处理和分析。
常用的数据处理方法包括时域分析、频域分析和统计分析等。
通过对试验数据的分析，可以得到被试验结构在随机振动环境下的响应特性，以评估其可靠性和耐久性。
6. 工程应用随机振动试验在工程实践中具有广泛的应用价值。
通过随机振动试验，可以评估结构在实际工作环境下的振动响应，优化结构设计，提高结构的可靠性和耐久性。
随机振动试验在以下领域中应用较为广泛：•航空航天：用于评估航空航天器件的耐振性能。
随机振动试验原理及标准
随机振动试验原理及标准随机振动试验是一种模拟产品在实际使用中可能遇到的振动环境的试验方法。
通过将产品暴露在随机振动环境中，评估产品结构的稳定性和性能的可靠性。
这种试验方法常用于产品质量检测、设备耐久性测试等场合。
本文将详细介绍随机振动试验的原理及标准。
一、随机振动试验原理1.随机振动的定义随机振动是指一种不规则、无规律的振动，其振幅、频率和相位都是随机的。
这种振动通常是由多个不同频率和幅值的振动同时作用在产品上，形成的一种复杂的振动环境。
2.随机振动试验的目的随机振动试验的目的是为了模拟产品在实际使用中可能遇到的振动环境，以评估产品的结构稳定性和性能可靠性。
通过将产品暴露在随机振动环境中，检测产品是否会发生结构损伤、性能下降或者失效等情况，从而改进产品设计或生产工艺，提高产品的质量和耐久性。
3.随机振动试验的原理随机振动试验是通过将产品固定在振动台上，利用振动台产生规定的振动环境来实现的。
振动台可以模拟垂直和水平两个方向的振动，以模拟实际使用中可能遇到的振动情况。
振动的参数（如振幅、频率、相位等）可以根据需要进行调整。
在随机振动试验中，振动的输入是随机的，因此不能用简单的数学表达式来描述。
但是，可以通过概率分布函数来表示振动的统计特性。
常用的概率分布函数有高斯分布、泊松分布、均匀分布等。
其中，高斯分布由于其统计特性与实际振动环境较为接近，因此在随机振动试验中应用较为广泛。
4.随机振动试验的流程随机振动试验的流程一般包括以下几个步骤：（1）确定试验条件：根据产品实际使用环境和性能要求，确定试验的振幅范围、频率范围、振动时间等条件。
（2）选择合适的概率分布函数：根据实际振动环境的统计特性，选择合适的概率分布函数来描述振动的随机性。
（3）设置振动台参数：根据试验条件和概率分布函数，设置振动台的振幅、频率、相位等参数。
（4）固定产品：将待测试的产品固定在振动台上，确保产品与振动台接触良好，不影响振动传递。
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随机振动试验研究
摘要：随机振动试验中存在许多“失控”现象，随机振动控制理论通常把试验“失控”的原因归于：（1）共振激励太大，超出了控制仪的动态范围；（2）台面、工装、试验件三者产生共振，造成试验中过大的冲击。
本文主要针对随机振动试验中的“失控”现象，从工装角度分析其现象形成的原因，并提出解决问题的方法。
关键词：随机振动试验失控现象工装
振动试验是军用设备环境试验项目之一，是产品可靠性试验的重要组成部分。
振动试验是在实验室条件下产生一个人工可控的振动环境，该环境模拟产品生命周期内的使用振动环境，使产品经受与实际使用过程的振动环境相同或相似的振动激励作用，考核产品在预期使用过程的振动环境作用下，能否达到设计所规定的各项技术要求，同时也是考核产品结构强度和可靠性的一个主要试验方法。
1、基本概念
1.1 随机振动的定义
严格来说一切振动都是随机的，当随机因素可以忽略时，可看做是确定性振动，这时，可以用简单函数或这些函数的组合来描述。
另一种不能用确定函数而只能用概率和统计方法描述振动规律的运动称为随机振动。
1.2 振动的分类
振动按其时域波形的特征可分为确定性振动和非确定性振动。
确定性振动是指振动物理盈随时间的变化规律可用确定的数学关系式来表达的一类振动。
非确定性振动是指振动物理量随时间的变化规律无法用确定的数学关系式来表达，而只能用概率论和统计学的方法来描述的一类振动。
随机振动属非确定性振动。
2、随机振动试验中的失控现象及解决方法
2.1 随机振动设备组成及功用
在试验室振动试验中，试件一般通过适当的试验工装安装在振动台，试验工装与振动台的组合用于模拟预期使用过程中平台产生的振动环境，如图1所示。
大多数情况下，振动使用条件所对应的振动控制点选择在试件与试验工装的连接界面上，其代表了预期使用过程中平台对装备的振动环境激励。
在理想状态情况下，即试件相对与振动台和试验工装可以近似作为刚体处理，如果在试件与试验工装连接界面的振动响应将与预期使用过程一致，可以认为试件经受了符合预期使用过程的振动环境考核。
图1
当试件的尺寸和重量较大，或固有频率较低时，由于试件与振动台、试验工装的动力耦合作用，试验时振动环境的模拟结果往往偏离理想的试验条件。
这样即使在试件与试验工装连接界面的振动控制点达到了规定的振动加速度试验条件，试件上的振动响应也会与预期使用过程中装备上的振动响应不一致，从而导致试件的过试验或欠试验。
因此，在实验室振动环境试验中，需要采取适当的控制方法，以改善试件的过试验或欠试验，使得试验结果更接近预期试验情况。
2.2 失控现象及其解决途径
在复杂结构的高频振动试验中，测试系统的各部分连接一定要牢靠，否则因
松动引起撞击，会使测量误差增大，在某些频率上，松动部分共振，误差会达百分之几十甚至百分之几百。
加速度计固定在振动体上一定要选择合适的安装方式，不同的安装方式，连接刚度不同，同一加速度计的频响曲线就不同。
如果安装不合理，造成传感器脱落或信号线断裂，数控接收不到相应的信号，从而迅速加大输出信号，往往会造成严重的后果，甚至烧毁振动台的动圈，在振动实验过程中，为确保其正确性，必须尽可能设计出质量小，刚度大，在试验频率范围内不会发生结构共振的夹具。
尽管采取了诸多措施，但某些试验还会遇到“失控”现象。
从图2可以看到有2个比较明显的共振点，远远高于3dB 容差限的要求。
图2
造成试验“失控”的主要原因分析如下：
（1）振动台和工装的连接存在问题，这种连接不合理是造成许多试验“失控”的主要原因；
（2）工装设计出现问题，夹具设计十分复杂，它的设计不但需要有理论基础还需要有实践经验的指导；
（3）工装或振动台有裂缝；
（4）控制仪的增益或功放的增益旋钮开的太小，造成振动台推力不够。
常用解决办法：
（1）增加工装和台体的连接螺钉，特别注意将工装的边缘固定。
螺钉一定要拧紧，确保工装和台面间无缝隙，使工装和台体为一个统一刚体；
（2）采用多点控制。
常见的数控装置均有多个输入通道，首先，可把试件上一个点作为“控制”，其余点作为“测量”。
然后，通过比较测量结果，选择试件上相位差别比较大的多个点均作为“控制”使用，用这些点共同拟合出一个控制质点，从而达到抵消共振点的目的；
（3）在有缝隙的地方注入硅橡胶，硅橡胶常态下可流动，固化后去除方便，而且兼具耐高低温，防水，绝缘的性能，是试验中经常使用的一种材料。
3、实验及理论分析
如图2所示，当试验量级达到0dB时，试验已经处于“失控”状态。
为查找“失控”的原因，单独给工装做扫描试验，控制点选在工装的中央，测量点选在工装的边缘。
图3为该工装的扫描图谱，控制点的总均方根（简称RMS）值仅有1.95g，而图3中有一个共振点，RMS值高达5.28g远远超出试验要求。
因此初步判断：工装问题是本次试验“失控”的根本原因。
经研究重新设计工装，采用多点控制，拟合控制点的方法抵消共振点。
控制结果（图4）表明，共振峰被有效抑制，试验效果非常好，由此证明失控原因判断正确。
（如图3图4）
从上述现象看，虽拥有完全符合国标要求的随机振动控制仪和振动台，但并不一定能完成规定的随机振动试验，而且，控制仪仅能对被控制点的控制谱精度负责，对于试件其它部分的振动情况无法负责，不加分析，盲目地在“失控”现象发生时怀疑数控或振动台有问题，是现在试验技术的通病。
从上述实例分析，可得出这样的结论：“失控”形成基于以下两个原因，即第一、共振激励太大，即Q 值过高，超出了数控的控制动态范围；第二、台面，工装，试件三者连接不牢，工装设计不合理，造成过大的冲击。
4、结语
任何物体都存在共振点。
当这种共振存在于产品内部导致试验无法进行时，应考虑改进产品设计，避免共振对产品性能产生不良影响。
如果这种共振来源于
外因，如工装问题等，则应采取相应的技术措施，改进试验方法，避免随机振动试验中的冲击，或通过一定的技术将共振点取消，最终使试验顺利进行。
因此，对随机振动试验中“失控”现象的排除，应紧紧围绕着如何避免冲击，如何改变台面上物体的结构，通过波形拟合，消除共振来进行。
参考文献
[1]李杰，陈建兵.随机振动理论与应用新进展[M].上海：同济大学出版社，2009.
[2]邢天虎.力学环境试验技术[M].力学环境试验技术.西安：西北工业大学出版社，2003.。