振动试验理论基础与方法培训
振动测试理论和方法综述
振动测试理论和方法综述摘要:振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。
在长期的科学研究和工程实践中，已逐步形成了一门较完整的振动工程学科，可供进行理论计算和分析。
随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求，以及对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制等等。
这些都离不开振动的测量。
振动测试技术在工业生产中起着十分重要的作用，为此设计和制造高效的振动测试系统便成为测试技术的重要内容。
本文概述了振动测试的发展历程，总结和分析了振动测试系统的基本组成和应用理论，列举了几种机械振动测试系统的类型。
最后分析了振动测试系统的几个发展趋势。
关键词：振动测试；振动测试系统；测试技术；激振测试系统1.引言振动问题广泛存在于生活和生产当中。
建筑物、机器等在内界或者外界的激励下就会产生振动。
而机械振动常常会破坏机械的正常工作，甚至会降低机械的使用寿命并对机器造成不可逆的损坏。
多数的机械振动是有害的。
因而对振动的研究不仅有利于改善人们的生活环境和生活水平，也有助于提高机械设备的使用寿命，提高人们的生产效率。
正因如此振动测试在生产和科研等多方面都有着十分重要的地位[1]。
为了控制振动，将振动给人们带来的危害降至最低，就需要我们了解振动的特性和规律，对振动进行测试和研究。
振动测试应运而生。
振动测试有着较为长久的发展历史，是与人类社会的发展有着紧密的联系。
随着计算机技术和相关高科技技术的问世和发展，振动测试系统也有了飞跃性的发展。
振动测试系统从最早的简单机械设备的应用到如今的先进的计算机技术和设备的应用。
从刚开始的检测人员的耳朵来进行测量、判断和计算出大概的故障点的原始方法到现在的计算机控制、存储、处理数据的处理[2]，无不体现出振动测试系统的长足发展和飞跃式的进步。
与此同时，振动测试在理论方面也有了长足的发展，1656 年惠更斯首次提出物理摆的理论并且创造出了单摆机械钟到现今的自动控制原理和计算机的日趋完善，人们对机械振动分析的研究已日趋成熟。
初中物理振动试验教案
初中物理振动试验教案一、教学目标1. 让学生了解振动的定义和特点，知道振动是由什么引起的。
2. 让学生掌握振动的基本概念，如频率、周期、振幅等。
3. 培养学生进行实验操作的能力，提高学生的观察和分析问题的能力。
二、教学内容1. 振动的概念和特点2. 振动的产生和消失3. 频率、周期和振幅的概念及计算4. 振动试验的原理和操作方法三、教学重点与难点1. 振动的概念和特点2. 频率、周期和振幅的计算3. 振动试验的操作方法四、教学过程1. 导入：通过生活中的实例，如摇摆的秋千、振动的音叉等，引导学生思考振动的概念和特点。
2. 讲解振动的基本概念：振动是由物体围绕平衡位置做往复运动引起的，频率表示振动快慢的物理量，周期表示振动一次完整的往复运动所需的时间，振幅表示物体振动的最大位移。
3. 讲解振动的产生和消失：振动是由外力或内部力作用于物体上产生的，当外力或内部力消失时，振动也会逐渐消失。
4. 实验操作：进行振动试验，观察振动现象，记录频率、周期和振幅等数据。
5. 数据分析：根据实验数据，计算频率、周期和振幅，分析振动的特点和规律。
6. 总结与拓展：总结振动试验的结果，引导学生思考振动在现实生活中的应用，如音乐、工程等领域。
五、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生通过实验观察和数据分析来解决问题。
2. 运用多媒体教学手段，如图片、视频等，生动形象地展示振动现象。
3. 组织学生进行小组讨论，培养学生的团队合作意识和交流能力。
六、教学评价1. 学生能准确描述振动的概念和特点。
2. 学生能正确计算频率、周期和振幅。
3. 学生能熟练进行振动试验的操作。
4. 学生能分析振动现象的规律和应用。
七、教学资源1. 振动试验设备：振动台、振子、测量仪器等。
2. 教学课件：振动的概念、特点、计算等。
3. 参考资料：振动现象的应用实例。
八、教学步骤1. 引入振动的概念和特点，引导学生思考振动的产生和消失。
2. 讲解振动的基本概念，如频率、周期和振幅。
振动试验原理
振动试验原理振动试验是指在实验室或工程现场对物体进行振动性能测试的一种方法。
振动试验旨在研究物体在振动作用下的动力学特性，以及在不同频率、幅值和相位条件下的响应情况。
振动试验原理是振动工程领域的基础知识，对于振动控制、结构健康监测、振动减震等工程问题具有重要意义。
振动试验原理涉及到振动力学、信号分析、数据处理等多个领域的知识。
在进行振动试验时，首先需要确定试验的目的和要求，然后选择合适的试验方案和仪器设备。
振动试验的基本原理包括激励信号的产生、物体的振动响应采集与分析、试验数据的处理与解释等环节。
振动试验的激励信号可以采用单频或多频信号，也可以采用随机信号或冲击信号。
激励信号的选择需根据被试对象的特性和试验要求进行合理确定。
在振动试验中，采集被试对象的振动响应信号是非常重要的环节，通常使用加速度传感器、位移传感器、速度传感器等传感器设备进行信号采集。
采集到的信号需要进行时域分析和频域分析，以获取被试对象在不同频率下的振动特性。
振动试验数据的处理与解释是振动试验原理中的关键环节。
通过对试验数据的分析和处理，可以得到被试对象的频率响应函数、模态参数、传递函数等重要指标。
这些指标对于分析结构的动力特性、诊断结构的健康状况、评估结构的振动性能具有重要意义。
振动试验数据的解释需要结合结构的物理特性和振动理论知识，进行合理的推断和分析。
在进行振动试验时，需要注意试验过程中的环境条件、仪器设备的校准和精度、数据采集的准确性等方面的影响因素。
只有保证试验条件的准确性和可靠性，才能得到准确可靠的试验结果。
此外，还需要对试验结果进行合理的评价和应用，为工程实践提供科学依据。
总之，振动试验原理是振动工程领域的基础理论，对于研究结构的振动特性、开展振动控制、进行结构健康监测等具有重要意义。
通过对振动试验原理的深入理解和掌握，可以为工程实践提供科学的技术支持，推动振动工程领域的发展与应用。
振动试验实习报告
一、实习背景随着科技的发展，振动试验作为一种重要的力学实验方法，在工程、航空、汽车等领域得到了广泛应用。
为了更好地了解振动试验的基本原理和操作方法，提高自己的实践能力，我参加了振动试验实习。
二、实习目的1. 熟悉振动试验的基本原理和方法。
2. 掌握振动试验设备的操作技能。
3. 提高自己的动手能力和分析问题、解决问题的能力。
三、实习内容1. 振动试验基础知识在实习过程中，我首先学习了振动试验的基本原理，包括振动类型、振动参数、振动系统等。
同时，了解了振动试验的常用方法，如自由振动试验、强迫振动试验、共振试验等。
2. 振动试验设备实习期间，我熟悉了振动试验设备的操作，包括振动台、传感器、信号采集与分析系统等。
通过实际操作，掌握了设备的使用方法，如设备安装、参数设置、数据采集等。
3. 振动试验实验在实习过程中，我进行了多项振动试验实验，包括：（1）自由振动试验：通过自由振动试验，研究了不同频率、振幅和阻尼对振动系统的影响。
（2）强迫振动试验：通过强迫振动试验，研究了振动系统在不同激励频率和振幅下的响应。
（3）共振试验：通过共振试验，研究了振动系统在共振频率下的特性。
4. 数据分析在完成振动试验实验后，我对实验数据进行了分析，包括时域分析、频域分析等。
通过对实验数据的分析，得出了振动系统的动力学特性，为后续研究提供了依据。
四、实习收获1. 理论知识与实践相结合：通过振动试验实习，我深刻体会到理论知识与实践操作的重要性。
只有将理论知识与实践相结合，才能更好地掌握振动试验技术。
2. 提高动手能力：在实习过程中，我熟练掌握了振动试验设备的操作技能，提高了自己的动手能力。
3. 分析问题、解决问题的能力：在实验过程中，我遇到了各种问题，通过查阅资料、请教老师，最终解决了这些问题。
这使我学会了如何分析问题、解决问题。
五、实习总结本次振动试验实习使我受益匪浅，不仅提高了自己的实践能力，还对振动试验技术有了更深入的了解。
震动与波动的研究方法物理教案
震动与波动的研究方法物理教案标题：震动与波动的研究方法物理教案引言：震动与波动是物理学中重要的研究内容，涉及到许多实际应用。
本篇教案将介绍一些常用的研究方法，以帮助学生更好地理解、学习震动与波动的知识。
一、实验目的本实验旨在通过几个简单实用的实验，探究震动与波动的基本特性和研究方法，以培养学生分析和解决实际问题的能力。
二、实验器材与试剂1. 弹簧振子装置2. 弹簧3. 弹簧振子支架4. 摆线器5. 直尺6. 计时器7. 实验台8. 手摇发声器9. 波箱10. 直流电源三、实验步骤与结果1. 实验一：弹簧振子的周期与振幅关系研究a) 将弹簧振子装置固定在实验台上。
b) 用直尺测量弹簧振子的自然长度，并记录下来。
c) 将弹簧振子拉伸至不同的振幅，用计时器计时振子的振动周期数，并记录下来。
d) 分析数据，绘制振幅与周期的关系曲线。
2. 实验二：摆线器的周期与摆长关系研究a) 将摆线器悬挂在实验台上。
b) 用直尺测量摆线器的摆长，并记录下来。
c) 释放摆线器，用计时器计时摆线器的摆动周期数，并记录下来。
d) 分析数据，绘制摆长与周期的关系曲线。
3. 实验三：声音的传播速度测量a) 在实验室内设置合适的距离，将手摇发声器固定在一端。
b) 在另一端放置接收器，用计时器记录从发声到接收到声音的时间间隔。
c) 计算声音的传播速度。
4. 实验四：波浪传播的观察与分析a) 使用波箱产生水波，并观察波浪的形状、传播速度等。
b) 改变波长、振幅等参数，观察波浪的变化，并记录下来。
c) 分析观测数据，总结波浪传播的规律。
四、实验总结通过上述实验，学生深入了解了震动与波动的基本特性以及研究方法。
同时，他们也学会了如何进行实验、记录实验数据、分析实验结果并得出结论。
这将有助于提高他们对震动与波动的理解和兴趣。
五、延伸拓展为了进一步加深学生对震动与波动的理解，可以邀请专家来学校进行科学讲座，介绍更多有趣的实际应用，如音乐中的声波、电磁波的传播等。
随机振动基础知识
多吸引子,跳跃现象,分岔和混沌;
Random Vibration
3
2.1 傅里叶变换
Random Vibration
4
2.1 傅里叶变换
Random Vibration
省略二次高阶小量
Lold ΔH ΔLHold R S yy,old @Eˆ
Random Vibration
31
4.7 随机振动试验：控制算法（续）
11
eˆ11 2l11
j1
eˆ j1
11l
l11
j1
( j 2,..., N )
j 1
eˆjj
(
jil
* ji
* ji
l
ji
)
jj
i 1
2.2 功率谱密度
人体振动反应对频率敏感； 垂直振动敏感区域4~8HZ,水平是2HZ以下；
时间越长人体能够不疲劳地承受的加速度均方根值 就越小
Random Vibration
i •• xຫໍສະໝຸດ S fi 上f下i
••
x
(
f
)df
10
2.2 功率谱密度
0.5
p(x)
1
e
(
x )2 2 2
2
0.4
但是这样的一个觧很少有实用价值, 原因是我们用的
一条记录, 那是以前发生的, 将来发生的记录是不会
和过去的记录一样的.这样,我们不能知道将来的精确
的情况, 但还要估计一个大概可能的结果.
这就是随机动力学要解决的问题.如果结构本身的
工程振动试验分析(教材)
0, r=s ms , r = s
ϕT s Kϕr =
0, r = s ks , r = s
0, r=s αms + βks = cs , r = s (6.5)
式中 ms , ks 和 cs 分别称为第 s 阶模态质量、 模态刚度和模态阻尼系数。于是式 (6.4) 变为 ms q ¨s + cs q˙s + ks qs = ϕT s f (t) 式中 qs 称为第 s 阶模态坐标。令 f (t) = F ejωt，则 qs = Qs ejωt，代入上式得 ϕT sF (6.6) 2 −ω ms + jωcs + ks 式中 Qs 是模态坐标矢量，它有幅值和相位，可以看出 Qs 相当一个质量、 刚度和阻尼分别为 ms , ks , cs T 的单自由度系统在模态力 Ps = ϕs F 作用下的响应。Qs 的相位是相对于激振力的相位差。
工程振动试验分析65频响函数的留数表示法多自由度系统n自由度振动微分方程为637运用拉普拉斯变换公式可将其变换为s域的代数方程组写成矩阵的形式为638实际上我们的目的是获得系统本身的特性即系统的各阶模态参数它们与系统的初始条件没有关系
李德葆 陆秋海：工程振动试验分析
第 5 章 机械阻抗法与频响分析
第5章
r=1 r=1
X=
XN X1 X2 . . . XN
=
N N
(6.7) Qr ϕr =
r=1 r =1
ϕT r F ϕr = 2 −ω mr + jωcr + kr
N r =1
ϕr ϕT r F −ω 2 mr + jωcr + kr
振动试验方案
振动试验方案标题：振动试验方案设计与实施指南一、引言振动试验是一种用于评估产品在实际使用或运输过程中，对各种振动环境的耐受能力的测试方法。
这种试验对于航空航天、汽车制造、电子设备、机械工程等多个领域的产品质量控制至关重要。
本方案旨在详细阐述振动试验的步骤、设备、标准和预期结果，以确保产品的可靠性。
二、试验目的1. 确定产品在振动环境下的性能和耐用性。
2. 识别并解决可能因振动引起的设计缺陷。
3. 验证产品包装的防护效果。
三、试验设备1. 振动台：根据产品大小和重量选择适当的振动台。
2. 控制器：用于设定和调整振动频率、振幅等参数。
3. 测量仪器：如加速度计、位移传感器等，用于监测和记录振动数据。
四、试验标准试验应遵循相关的国际或行业标准，例如ISO 16750, MIL-STD-810G, IEC 60068-2-6等，这些标准定义了振动的类型（正弦振动、随机振动等）、频率范围、振幅和持续时间等参数。
五、试验程序1. 产品准备：将产品安装在振动台上，确保其稳定且与实际使用状态一致。
2. 参数设置：根据选定的标准设定振动参数。
3. 执行试验：启动振动台，按照设定的参数进行振动。
4. 数据收集：在试验过程中，使用测量仪器收集振动数据。
5. 结果分析：试验结束后，分析数据以评估产品性能。
六、预期结果试验结果应包括产品在振动环境下的性能变化、任何结构或功能故障的记录，以及可能需要改进的地方。
如果产品在试验中没有出现明显的性能下降或损坏，那么可以认为它具有良好的抗振性。
七、结论振动试验是保证产品质量和可靠性的重要环节，通过科学的试验方案，我们可以准确评估产品在实际环境中的表现，从而优化设计，提升产品性能。
在实施过程中，应严格遵守试验标准，确保试验的准确性和有效性。
八、附录包括试验记录表格、相关标准详细信息、设备操作手册等，以供参考。
以上就是振动试验方案的基本内容，具体实施时需根据实际情况进行调整。
《随机振动分析基础》课件
本课程注重理论与实践相结合，通过案例分析和 实验操作，培养学生解决实际随机振动问题的能 力。
培养跨学科的思维方式
通过本课程的学习，培养学生具备跨学科的思维 方式，能够综合运用多学科知识进行复杂工程问 题的分析和解决。
02
随机振动概述
随机振动定义
随机振动定义
随机振动是指一种具有随机特性的振动，其参数（如振幅、频率、相位等）在 一定的统计规律下变化。
03
随机振动理论基础
概率论基础
概率
描述随机事件发生的可能性，通常用0到1之间的实数 表示。
随机变量
表示随机事件的数值结果，可以是离散的也可以是连 续的。
概率分布
描述随机变量取值的可能性，常见的概率分布有正态 分布、泊松分布等。
随机过程基础
01
02
03
随机过程
由随机变量构成的序列或 函数，每个随机变量表示 某一时刻的状态。
传统振动分析方法的局限性
传统的确定性振动分析方法难以处理随机振动问题，需要 引入概率统计方法进行深入研究。
学科交叉的重要性
随机振动分析涉及到多个学科领域，如概率论、统计学、 结构动力学等，需要跨学科的知识和思维方式。
课程目的
1 2 3
掌握随机振动的基本概念和原理
通过本课程的学习，使学生了解随机振动的基本 概念、原理和分析方法，为后续的工程应用和研 究打下基础。
功率谱密度法
功率谱密度法是一种基于频域分 析的方法，用于研究随机振动信
号的频率特性。
它通过对随机振动信号进行频谱 分析，提取出信号的功率谱密度 函数，从而描述随机振动信号在
不同频率范围内的能量分布。
功率谱密度法在随机振动分析中 具有广泛的应用，可以用于研究 结构的振动模态、地震工程等领
汽车振动学基础及应用课程教学实践
AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育1 引言现代汽车技术朝着智能化、电动化、网联化、共享化方向发展[1, 2]，人们对汽车智能化和电动化汽车的舒适性要求不断提高[3]，而汽车振动学是研究汽车舒适性的核心课程，因此，加强汽车振动学课程建设与实践对培养学生提升汽车新“四化”快速发展具有至关重要的意义[4]。
在车辆工程领域中，汽车振动学是智能车平顺性、电控悬架、产品开发等领域的重要工具，极大缩短了汽车产品的开发周期和研发成本。
因此，学习汽车振动学课程且熟练利用振动学理论解决汽车平顺性和舒适性工程实际问题的能力是车辆工程人才培养体系重要任务。
为提高汽车振动学课程的授课效果，同时针对专业认证要求，本文根据自身授课过程和心得体会，结合学生学习情况，优化理论教学，强调实践教学，更新教学内容，创新实践培养环节，重构汽车振动学理论教学与实践教学，提升学生利用振动学理论分析解决车辆工程振动问题的能力，服务安徽省十大新兴产业[5]。
2 汽车振动学课程教学中的问题剖析2.1 理论课环节汽车振动学课程理论矩阵分析、随机理论、理论力学、弹性力学、结构力学、数值计算、控制方法等多门课程的知识，学科交叉性强，对于车辆工程专业的本科生来讲，将数学方法应用到汽车振动学课程上时，造成学生知其然不知其所以然的学习状态，学生反应理论推导体系性不强，与实际工程不知如何结合，理论知识晦涩难懂，工程应用能力欠缺，学习积极性不高。
2.2 实践教学环节高校限制于实际情况和学生安全考虑，不开设汽车平顺性试验课程，学生只学习汽车振动学理论知识，不了解汽车振动试验标准和相关特性分析；部分高校开设的平顺性实践课，主要是用仿真软件分析汽车振动特性，主要是机械式模仿教材案例，缺乏汽车平顺性道路实践经验和数据采集处理能力，不能理论与实际相结合提出合理的解决方案。
2.3 课程考核环节课程考核涉及学生切身利益和反应学习效果，汽车振动学课程具有理论性和实践性都很强的特点，考核办法不宜仅采用传统卷面考核，同时，卷面考核无法反应学生的课程实践与汽车平顺性测试和数据分析的能力，而仅通过汽车平顺性试验考核办法无法反应学生理论知识掌握情况，学生培养效果不佳。
随机振动基础知识培训课件
学习交流PPT
20
4.3 随机振动试验参考谱（续）
倍频程octave f f1 2 2 x ,f2 与 f1 之 间 有 x 个 倍 频 程 ， x 1 时 为 1 倍 频 程
分贝decibel 10logW 2 dB（ W 为 加 速 度 谱 值 ） W 1
学习交流PPT
i
••
x
S ( f
i 上
f
i 下
••
x
f
) df
10
2.2 功率谱密度
0.5
p(x) 1 e(x22)2
2
0.4
0.3
0, 3
0.2
0, 1
1, 1
0.1
均方根值(Root
0
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Mean Square—
RMS)，又称有效值： R M S E(X2) x2p(x)dx
3. 非线性的来源分:一个是振荡系统的力学参数 的非线性, 对于地震工程来说,一般是指迟滞行 为,这样的系统常常显示复杂的非线性现象,例如
多吸引子,跳跃现象,分岔和混沌;
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3
2.1 傅里叶变换
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4
2.1 傅里叶变换
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5
2.1 傅里叶变换
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6
2.1 傅里叶变换
功率谱密度曲线影响的一个极端例子： 环境1：10-20Hz，1g^2/Hz，20-30Hz，0.1g^2/Hz 环境2：10-20Hz，0.1g^2/Hz ，20-30Hz，1g^2/Hz 两中环境的有效值均为 3.3g。 产品的共振频率为15Hz，对20-30Hz内的振动放大5倍 （功率谱密度放大25倍），则在两种环境下产品的响应 分别为：5.9g和15.8g，相差巨大。
《工程试验技术》第四章-振动与波动理论基础(下-波动理论)
此即为原方程的通解。
其中 x0 为任意一点，而k 为积分常数，
F ( x) + G( x) = ϕ ( x) 1 x C − F ( x) + G( x) = ∫ ψ (α )dα − a x0 a
1 1 x C F ( x) = ϕ ( x) − ∫ ψ (α )dα + 2 2a x0 2a 1 x C 1 G( x) = ϕ ( x) + ∫ ψ (α )dα − 2 2a x0 2a
∂ 2u = 0 ∂ξ∂η
⎞ ⎟ ⎟ （C） ⎠
∂ u = 0 ∂ξ∂η
2
函数 F，G具体形式，由初值 条件确定：
∂u = F * (ξ ) ∂ξ
u (ξ , η ) =
* F ∫ (ξ )d ξ + G (η )
u( x,0) = ϕ ( x)
（初始位移）
F ( x) + G( x) = ϕ ( x)
速度幅值谱
时域测试曲线
加速度功率谱
速度功率谱
速度幅值谱
2、嵌岩桩的检测
嵌岩桩的桩尖反射应为反向，同向应作为异常，需要进行验证
台州某工程检测结果
台州某工程检测结果
台州某工程检测结果—对同类型桩已进行静载验证
临安某工程检测结果
临安某工程检测结果-已进行取芯验证
3、浅层缺陷检测与分析
宜进行开挖验证
上行的力波和速度波的关系为：
− EA p ↑= ⋅ v ↑= − ρAC ⋅ v ↑= − Z ⋅ v ↑ c
结论：杆件（桩）中的一维波动（振动）可以分解为两个传播方向相反， 但传播速度相同的两列独立的“行波”，波形由初始条件决定。
4、波在杆件端部的反射情况
振动试验及振动试验设备培训
软件：包括操作系统、 应用软件等
操作：通过人机界面 进行参数设置和操作
安全：具有过载保护、 故障报警等功能
作用：测量振 动信号，并将 信号转换为电
信号
类型：加速度 传感器、速度 传感器、位移
传感器等
工作原理：利 用压电效应、 磁电效应等物 理现象进行信
号转换
应用：振动试 验设备、地震 监测、汽车安
振动试验通常包括正弦振动、随机振动、冲击振动等类型。 振动试验设备包括振动台、振动传感器、数据采集系统等。
振动试验的目的是验证产品在振动环境下的性能和可靠性，提高产品的质量和安全性。
验证产品或结构的抗振性能 发现潜在的设计缺陷或制造问题 优化产品设计和制造工艺 提高产品的可靠性和耐用性
机械振动试验：模拟机械振动环境，如汽车、飞机等 电磁振动试验：模拟电磁振动环境，如电力设备、电子设备等 声波振动试验：模拟声波振动环境，如音响设备、声学设备等 热振动试验：模拟热振动环境，如高温、低温等 复合振动试验：模拟多种振动环境同时作用，如汽车、飞机等复杂环境
机械设备领域：用于模拟使用过程中的振动环 境，评估设备的可靠性和性能
智能化：利用人工 智能技术进行数据 分析和预测
自动化：实现振动 试验的自动化操作 和监控
集成化：将振动试 验与其他测试技术 相结合，提高测试 效率和准确性
绿色化：采用环保 材料和节能技术， 降低振动试验对环 境的影响
汇报人：
国际标准： ISO 108161:2006
国家标准： GB/T 108162006
行业标准： JB/T 108162006
企业标准： Q/ZB 108162006
试验方法： GB/T 108162006
试验设备： GB/T 108162006
第13章 随机振动试验
第13章随机振动试验13.1 试验目的、影响机理、失效模式产品在运输和实际使用中所遇到的振动，绝大多数就是随机性质的振动（而不是正弦振动）。
例如，宇航器和导弹在发射和助推阶段的振动；火箭发动机的噪声和气动噪声使结构产生的振动；飞机（特别是高速飞机）的大功率喷气发动机的振动；飞机噪声使飞机结构产生的振动和大气湍流使机翼产生振动；飞机着陆和滑行时的振动；车辆在不平坦的道路上行驶时产生的振动；多变的海浪使船舶产生的振动等等都属于随机性质的振动。
因此，随机振动试验才能更真实反映产品的耐振性能。
随机振动和正弦振动相比，随机振动的频率域宽，而且有一个连续的频谱，它能同时在所有频率上对产品进行激励，各种频率的相互作用远比用正弦振动仅对某些频率或连续扫频模拟上述振动的影响更严酷更真实和更有效。
另外，用随机振动来研究产品的动态特性和结构的传递函数比用正弦振动的方法更为简单和优越。
随机振动和正弦振动一样能造成导线摩擦、紧固件松动、活动件卡死，从而破坏产品的连接、安装和固定。
当随机振动激励造成的应力过大时，会使结构产生裂纹和断裂，特别在严重的共振状态下更为显著。
长时间的随机振动，由于交变应力所产生的累积损伤，会使结构产生疲劳破坏。
随机振动还会导致触点接触不良、带电元件相互接触或短路、焊点脱开、导线断裂以及产生强电噪声等。
从而破坏产品的正常工作，使产品性能下降、失灵甚至失效。
为了能在试验室内模拟产品在现场所经受到的实际随机振动及其影响，工程技术人员为此付出了许多的努力。
早在六十年代，国际上对随机振动的研究就十分活跃。
不仅在理论上有了重大突破，而且有了较完善的试验方法和试验设备。
1962年美国军标810中首先规定了随机振动试验方法。
1964年英国国防部标准07-55中也提出了随机振动试验。
1973年IEC公布了四个具有不同再现性宽带模拟式随机振动试验方法，到上世纪90年代又公布了数字式随机振动试验方法。
目前国内的随机振动试验已很普及，随机振动试验设备，特别是一般用途的随机振动控制仪价格也不高。
振动基础知识介绍
0.4
0.6
0.8
1
1.2
-2
-3
-4
时间(Seconds)
V（速度） = dX/dt
微分
积分
加速度随时间的变化
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1Leabharlann 1.2-1-1.5
时间 (Seconds)
A（加速度） = dV/dt = d2X/dt2
测试结构表面的振动加速度数据可以根据上述关系 计算得到速度、位移数据（但积分网络往往会对低频 部分失真，故由加速度进行转换的速度、位移一般看 10HZ以上的数据）。
风冷螺杆机组—主要为压缩机吸气、排气脉动及其谐波能量，还有风机的叶
频分量(正常的风机轴频分量及其叶频谐波分量不会明显）。
Note: 机组正常的压缩机振动能量主要来源于特征频率的前1~5阶，更高阶的能 量不应该突出。
24
特征频谱
涡旋机组
水冷冷水机组主要是压缩机吸气、排气脉动（与轴频相等）及其谐波能量； 风冷冷水机组及制冷剂系统风冷室外机组，还有风机叶频能量（正常的风机轴频 分量及其叶频谐波分量不会明显）。
振动的基本概念
简谐振动的频率f =1/T，其基本意义如下：
位移幅数t (inches)
振动位移随时间的变化
1.5
频率f= 1 Cycle/sec (Hz)
1
0.5
0 -0.5 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2 频率f也可表示为： 60 CPM( Cycle/minute)
-1
或60Rpm( Round/minute)
nvh的培训计划
nvh的培训计划为了提高员工在汽车NVH（噪音、振动和刚度）领域的专业知识和技能，我们特别设计了一套全面的培训计划。
本计划将涵盖NVH的基础知识、测试技术、问题分析和解决方法等方面的内容，旨在使员工能够更好地应对NVH方面的挑战，提高汽车产品的质量和竞争力。
以下是我们的九项NVH培训计划。
第一项：NVH基础知识培训时间：2天内容：介绍NVH的基本概念、原理和分类，包括噪音、振动和刚度的含义、产生原因和影响等方面的内容。
通过理论讲解和案例分析，使员工对NVH有一个全面的了解。
第二项：NVH测试技术培训时间：3天内容：介绍NVH测试的常用技术和设备，包括声学测试、振动测试、模态分析、频谱分析等方面的内容。
通过实际操作和案例演示，使员工掌握NVH测试的基本方法和技巧。
第三项：汽车NVH设计原理培训时间：2天内容：介绍汽车NVH设计的基本原理和方法，包括结构优化、材料选择、降噪措施等方面的内容。
通过案例分析和现场考察，使员工了解汽车NVH设计的实际应用。
第四项：NVH问题分析与解决方法培训时间：2天内容：介绍NVH问题的常见原因和解决方法，包括噪音源识别、振动模态分析、刚度调整等方面的内容。
通过案例分析和实际演练，使员工掌握NVH问题分析与解决的基本技能。
第五项：汽车NVH试验方法培训时间：3天内容：介绍汽车NVH试验的常用方法和技术，包括道路试验、风振试验、悬架调校试验等方面的内容。
通过实际操作和案例演示，使员工掌握汽车NVH试验的基本方法和技巧。
第六项：噪音控制技术培训时间：2天内容：介绍噪音控制的基本原理和方法，包括隔声材料、隔声结构、隔音设计等方面的内容。
通过案例分析和现场考察，使员工了解噪音控制技术的实际应用。
第七项：振动控制技术培训时间：2天内容：介绍振动控制的基本原理和方法，包括减振材料、减振结构、减振设计等方面的内容。
通过案例分析和现场考察，使员工了解振动控制技术的实际应用。
第八项：刚度调校技术培训时间：2天内容：介绍刚度调校的基本原理和方法，包括刚度计算、刚度测试、刚度调校等方面的内容。
《随机振动基础》课件
确定试验目的和要求
明确试验目的，如评估产品的疲 劳寿命、可靠性和稳定性等，并 确定试验参数，如振动频率、幅 值和试验时间等。
分析结果
对采集的数据进行分析，评估试 样的性能和可靠性，并得出结论 。
04
随机振动在工程中的应用
航空航天工程
飞机起落架设计
在飞机起飞和降落过程中，起落架会受到地面传来的随机振 动，设计时需要考虑这种振动对起落架的影响，确保其安计过程中，需要考虑其 动态特性，包括对随机振动的响应和 稳定性等。通过合理的动态特性分析 ，可以优化机械系统的设计，提高其 性能和稳定性。
05
随机振动研究的展望
随机振动研究的挑战
01
复杂环境下的随机振动分析
随着工程结构的复杂性和多样化，如何在复杂环境下进行准确的随机振
航天器结构分析
在航天器发射和运行过程中，会受到多种随机振动的影响， 如火箭振动、大气湍流等。这些振动对航天器的结构安全和 稳定性有重要影响，需要进行详细的分析和评估。
交通运输工程
车辆减振设计
在车辆设计中，需要考虑路面不平整等因素引起的随机振动对乘客舒适性和车 辆使用寿命的影响。通过合理的减振设计，可以降低这些影响。
轨道结构分析
在铁路和城市轨道交通系统中，轨道结构的随机振动会影响列车运行的平稳性 和安全性。需要对轨道结构进行详细的分析和评估，以确保其安全性和稳定性 。
土木建筑工程
建筑物抗震设计
在地震等自然灾害发生时，建筑物会 受到强烈的随机振动。为了确保建筑 物的安全性和稳定性，需要进行合理 的抗震设计。
桥梁健康监测
随机振动是由许多不同大小和方 向的振动相互叠加而成的，每个 振动都有其独立的概率分布函数 。
随机振动的特性
汽机振动培训资料
汽机振动培训资料汽机振动是指汽轮机、柴油机或其他内燃机在运行过程中产生的振动现象。
振动的发生主要是由于机械部件的不平衡、偏心、不对中和松动等问题引起的。
振动不仅会对机械设备本身造成损害，还会对整个系统的稳定运行产生不利影响。
因此，进行汽机振动培训是非常重要的。
首先，汽机振动培训应重点介绍振动的原因和分类。
振动的分类很多，可以按照振动的方向（横向、纵向、径向振动）、频率（低频、中频、高频振动）、类型（自由振动、强迫振动）等进行分类。
了解振动的原因和分类可以帮助人们更好地分析和解决振动问题。
其次，汽机振动培训应着重讲解振动的危害和影响。
振动会导致设备结构的疲劳破坏、轴承的磨损和损坏、密封件的泄漏等问题。
振动还会引起设备噪音、不平衡的工作状态和能效下降。
所以，我们务必要认识到振动给设备运行带来的危害和影响，及时采取措施进行振动的监测和控制。
第三，汽机振动培训应明确振动监测和诊断的方法与技术。
现代科学技术的进步为我们提供了许多先进的振动监测和诊断方法，例如：振动传感器的应用、频谱分析技术、时域分析技术和功率谱分析技术等。
这些方法和技术的运用可以帮助我们实时监测振动情况，及时判断设备是否存在问题，进而采取相应的措施进行维修和保养。
最后，汽机振动培训应介绍振动控制和预防的方法。
振动控制可以通过平衡、对中和固定松动部件等方法实现。
预防振动则需要进行设备定期维护保养、改善工作条件、提高设备的制造质量等工作。
只有将振动控制和预防措施相结合，才能有效降低设备振动风险，保证设备的正常运行。
总结起来，汽机振动培训是非常重要且必要的。
通过振动培训，我们可以了解振动的原因和分类，认识到振动给设备运行带来的危害和影响，掌握振动监测和诊断的方法与技术，以及学习振动控制和预防的方法。
只有通过培训，我们才能提高振动问题解决的能力，确保设备的正常运行和安全运行。
机械振动第1章：振动理论基础
期T. 解：取位移轴ox，m在平 衡位置时，设弹簧伸长量 为l，则
mg kl 0
k
T F2
m
RJ o
m
aT
mg
x
当m有位移x时
mg T ma
T k(l x)R J a
R 联立得
kx
m
J R2
a
d 2 x
k
dt 2 m J
R2
x0
RJ k
T F2
m
aT
o
m
mg
x
物体作简谐振动
m
O
y
光滑斜面上的谐振子 X
k 0
m
简谐振动的速度、加速度
速度 dx dt Asin(t )
Acos( t 2)
(t ) m cos( t )
速度也是简谐振动 比x领先/2
加速度 a d 2 x dt 2 2 Acos( t )
a(t ) am cos( t a ) 也是简谐振动
(3). 描述简谐振动的特征量---周期、振幅、相位
a、周期T----物体完成一次全振动所需时间。
频率 1 T 物体在单位时间内完成振动的次数。
角频率
2 2 对弹簧振子：
T
T 2 m
k
1 2
2 k m
k m
o
T t
b. 振幅 A 谐振动物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。
c. 相位 t+ 决定振动物体的运动状态
d2x m kx
dt 2
l0
两端除以质量m，并设
2 n
k m
移项后得:
d2x dt 2
2 n
x
0
st O
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申 奥
2.1.3 电动振动台原理 励磁线圈如图示 2-2 在振动台台体内建立磁场，励磁线圈与直流电源相连，在环行气隙里产生一个高磁
通量。动圈部件，包括台面、骨架和驱动线圈，悬挂在振动台的环行气隙里，当交流电流通过驱动线圈时， 电磁力会在驱动线圈的绕组上产生，使得台面产生向上和向下的往复移动，如图示 2-2 中双向箭头处显示。 台面的移动量取决于振动控制器输出的驱动信号的大小和频率以及扩展台面（如果有的话）的质量、所加的 负载质量和台面悬挂系统的刚度。
根据输出信号不同，分为常规电荷压电和 ICP 压电传感器。
奥 b 压阻式加速度传感器，自发式传感器，其电阻的变化与所承受的机械应力成正比。
c 变电容式加速度传感器，其电容的变化与所承受的机械应力成正比。 （3）按功能分：控制传感器、监测传感器。
测 2.2.3 结构 加速度传感器通常由质量块、阻尼器、弹性元件（弹簧）、敏感元件和适调电路等部分组成，在加速过 程中，通过测量质量块所受的惯性力，利用牛顿第二定律获得加速度。
3.8 响应监测与分析 3.8.1 频率响应分析 系统在外激振作用下发生振动响应，通过采集反馈的振动输出信号，分析各振动参量在频率域的响应信号， 包括加速度频响、速度频响、位移频响。
3.8.2 共振分析 （1）目的：分析在测试振动频率范围，夹具或试样是否发生共振，及固有频率。
测 （2）判断方式：
传递率 T：输出/响应的振动幅值 与 输入/激励的振动幅值 比值。 质量因子 Q 值：反映振动系统的共振尖锐性，频响谱共振频率除以半功率共振带宽。
（1） 机械式振动试验台：适宜于低频定振试验或低频定位移扫频试验。 （2） 电液式振动试验台：适宜于低频定振试验或中低频扫频试验及随机试验和冲击实验。 （3） 电动式振动试验台：适宜于任何形式的给定信号的振动及冲击试验。
检 （4） 模拟汽车运输试验台：可代替实际跑车试验
2.1.2 电动振动台结构（振动台-振动发生器、控制器、功放、冷却器）
2.2.4 选择与安装 （1）选择考量：测试振动幅值、频率范围、现场环境。 （2）安装方式：包括胶粘剂粘结、粘结螺栓、磁吸、探针等方式。
优选螺接、也可选择粘结，保持刚性连接。一般不选磁吸，大振幅和高频下不稳定，且会影响传感器正 常工作。
（2）安装位置：后续介绍。
测
检 （3）安装方向：与测量轴向基本保持一致。
3.4 正弦与随机振动的区别
测 检 申 奥
3.5 振动谱 3.5.1 时域/频域 时域信号：唯一真实存在，横轴（自变量）为时间，纵轴（应变量）为振动幅值的响应谱图，如示波器。 时域谱只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成 和各频率分量大小。 频域信号：数学理论模型，横轴（自变量）为频率，纵轴（应变量）为振动幅值的响应谱图。 频谱域信号能反映信号在不同频率分量的幅值大小，能提供比时域信号波形更直观、丰富的信息。 相互转换：时域信号通过傅里叶变换得到频域信号，频域信号通过逆傅里叶变换（积分）得到时域信号。
测
检
申
奥
1.1 振动试验目的 在实验室内模拟一连串实际的振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输、储存或使用过程的
振动环境的考验。
1.2 应用 （1）耐久测试——获得临界使用条件，确定产品设计和功能的使用边界、制定要求标准。 （2）质控测试——考核产品耐振动性能是否达标、提前筛检出不良品，确认质量和提升产品的可靠性。 （3）失效分析——模拟失效环境，分析失效模式，助力改进。
2.1.3 参数（ES-30-370 电动振动台） （1）激振力：振动系统的出力，以 KN 为单位。
额定振动激振力：30kN 冲击激振力：60kN (脉宽 4ms) （2）工作频率范围：5-2800 Hz （3）最大空载加速度：1000 m/s2（100G） （4）最大速度：2m/s （5）最大位移（P-P）：51 mm （6）垂直台最大负载：500 kg （7）动圈部件有效重量： 30kg （8）一阶共振频率：2400Hz±5%
奥 （2）随机振动：在未来任一给定时刻，其瞬时幅值不能预先确定的无规则振动。在同一时刻，都包含谱带
内的所有频率，每个频率下均有不同的振动幅值，且不同时刻该幅值也不同。一般的运输环境中，交通工具 所产生的振动属于随机振动，如汽车、火车、飞机、航天器等的振动。 （3）冲击：对系统的一个瞬态激励，它包括经典冲击、碰撞、冲击响应谱、地震冲击等。 （4）谐振搜索与驻留：搜索和识别测试试件的固有频率，并通过驻留评估其忍受长期共振环境的能力。 步骤：首先针对共振搜寻时所找出的共振频率及共振模式加以分析，选择相应频率驻留，测试试件是否能忍 受长期在共振环境下的能力。 注：良好的共振驻留系统，可随时追踪飘移的共振频率，以达到最佳的共振效果。通常共振驻留常用 107 次或使用期间可能分布在有效共振频率区间的累计时间，作为测试的试件参考。
2.2 传感器 2.2.1 原理：接收外部激励信号的输入，转换为电信号（电压、电流、电阻、电容等）输出，再经信号放大 或调解，从而反映激励信号。
测
2.2.2 类型
检
申 （1）按测量物理量分：加速度、速度、位移传感器。振动试验主要采用加速度传感器。
（2）按原理分： a 压电式加速度传感器，自发式传感器，其输出电荷/电压与所承受的机械应力成正比。
振动试验理论基础与方法培训
主讲人：洪城明 上海奥申检测科技有限公司
培训目的： （1） 基本了解振动试验相关的基础理论 （2） 掌握理解振动试验相关的核心理论 （3） 了解振动试验设备结构、功能，掌握其主要参数范围 （4） 了解振动试验传感器关键参数、掌握核查方法与使用注意点 （5） 理解并掌握正弦振动、随机振动的试验方法 （6） 理解并掌握冲击试验方法 （7） 了解夹具要求、开发验证过程，掌握共振搜寻确认方法 （8） 掌握 GMW17010 对零件振动试验的要求、流程和方法
（4）通道连接：控制传感器连接控制通道，监测传感器连接监测通道。 （5）通道设置：正确设置单通道控制权重为 100%，多通道总控制权重为 100%；传感器类型（电压、电 荷、ICP），以及灵敏度。
申 注：传感器含精密电子元件，拆装应避免剧烈冲击、碰撞和跌落。
2.3 夹具 （1）概念：用于将试件装夹在振动台上的装置，如简单的转换器金属板到特殊形状的支撑件。
奥 传感器灵敏度越大，信噪比和抗干扰能力越好，但在其他条件相同的前提下，灵敏度越大，传感器要用
更大的质量块，使得谐振频率降低。 （2）频响特性：在固定加速度下，输出信号与频率的相关性。理论上频响谱为水平直线，实际上传感器在 某一频率范围内保持稳定的灵敏度。 （3）加速度线性：在固定频率下，输入不同加速度的激励，其输出信号强度与加速度保持线性关系。 （4）线性范围：传感器灵敏度保持稳定的频率范围，即工作频率范围或量程。 （5）谐振频率：传感器是弹簧-质量-阻尼系统，存在谐振频率，要求其一阶谐振频率为工作频率的 3-5 倍。 （6）质量：传感器固定在被测物表面时，应考虑传感器质量对被测物运动状态的影响，避免造成信号失真。 通常尽量选择质量较小的传感器，质量越小的传感器谐振频率更高。 （7）温度灵敏度：传感器输出信号随温度变化的相关性。一般温度越高，测量误差越大。不同类型的传感 器，对温度的灵敏度不同，尽量选择温度灵敏度较低的传感器，特别用于高低温环境下的振动试验。
测 检 申 奥
3.5.2 控制/激励谱 输入目标的外激励振源的振动信号，即激励信号，其随时间域或频率域的谱图称为为控制/激励/参考/目标谱。 3.5.3 响应谱 系统在振动台激励下发生振动响应，采集响应振动的输出振幅信号，所形成的时间域或频率域谱图。 频率响应谱，分为加速度-频率、速度-频率、位移-频率响应谱。 时间响应谱，分为加速度-时间、频率-时间、位移-时间响应谱。
1.3 测试原理 通过振动硬件（振动台、夹具、控制器、传感器），按照目标振动条件输入振动参数，对目标施加外部
振动激励，目标产生振动响应，通过采集和分析响应信号，分析目标振动状态和耐振性。
2 测试硬件 2.1 振动试验台 2.1.1 分类
测 振动试验设备分机械振动试验台、电液振动试验台、电动振动试验台、模拟汽车运输试验台。
奥 （2）要求：夹具应具备良好的振动传递特性，且固有频率高于测试频率范围。不符合设计要求的夹具会限
制振动试验系统的性能。
考察夹具在一定频率范围的响应特性，是否能稳定地传递振动。所传递的也许是一个力、位移、速度，或者
加速度。一个好的夹具其最理论基础 3.1 振动及其要素 概念：振动是随平衡位置的往复运动，或者关于特定参考点的往复移动。 振动是机械系统中运动量（位移，速度和加速度）的振荡现象。
加速度密度频域谱图：表示随机信号的各个频率分量所包的加速度方均值在频域上的分布。纵坐标为加速度 谱密度，通常用 ASD 表示，单位：m2/s3 或是(m/s2)2/Hz。
加速度谱密度与功率谱密度的换算：1g2/Hz=(9.8m/s2)2=96.04m2/s3
总均方根加速度 Grms：频谱曲线下总面积开根号计算得到，反映振动严酷度，单位 g 或 m/s2。
3.6 振动严酷等级 （1）正弦振动试验的严酷等级由振动频率范围、振动量、试验持续时间（次数）共同确定。 （2）随机振动试验的严酷等级由振动频率范围、加速度谱密度、谱型（Grms）、试验持续时间共同确定。 （3）冲击试验的严酷等级由脉冲类型、幅值、周期、试验持续时间（次数）共同确定。
3.7 共振 共振：振动系统中，当外激振频率与系统固有频率一致或接近时，系统幅值增大的现象，也称为谐振。 固有频率：振动系统自由振动（自振）时的频率，仅与振动系统固有特性（如质量、形状、材质等）有关。