(完整版)随机振动及试验技术-激振设备与激振技术

* 快慢之分 * 快速扫描：线性度好，用于模态分析，信噪比 高 * 慢速扫描：环境试验，寻找共振点，信噪比低
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4.3.3 随机振动试验系统 （1）模拟式随机振动试验系统
随机 信号源
均衡 设备
保护 装置
功率 放大器
振动台
A 均衡的概念
均衡是对不同频段上功率放大器的输入信号进 行不同程度的放大和衰减，使振动台的振动或者试 件上某点的振动达到预定的要求。也就是说，均衡 是对不同频段上的振动能量进行重新分配，以实现 随机振动控制。
N f2 df f2 f1
f1
用于计算疲劳试验次数。
(4.10)
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4.3.2 正弦振动试验系统 * 带谷不带谷之分：
试验时，振动台面对试件的激励位移幅值或加 速度幅值保持某个预定数值。实际情况下，激励可 能是力，或者是运动参数，但量值不是保持不变。 因此在某些频段内，可能出现过试验。为此，采用 控制台面的运动参数自动适应共振引起使运动参数 量值下降，因而在谱图上出现谷值。
振动测试与分析技术
沈阳航空航天大学 艾延廷
2009年8月
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主要内容：
1.振动过程的时域和频域描述 2.振动传感器测量系统 3.频率分析及数字信号处理技术 4.振动激励设备和激振技术 5.结构模态试验分析 6.旋转机械的振动测试技术
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4.1概述
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4.2 随机振动的等价条件
随机振动是不确定的，如何再现，需要等价条 件。
随机振动等价：两个随机振动的全部统计特性 相同。但用如下特性实现:
（1）幅值域：均值、方差和均方值。
（2）时差域：自相关函数。
（3）自功率谱密度函数。对于多输入系统，还要 进行互相关函数和互谱密度函数的模拟。
A.线性扫描
df (常数)
dt
0 0
逆扫描 正扫描
B.对数扫描
d（lnf） (常数) 对数扫描率
dt
df / dt (常数)
f
扫描 f1 f 或：
的时间：t 1 ln( f )
f f1e t
f1
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(4.6)
4.7)
（4.8) （4.9)
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（3） f1 f1'; f2 f2'
(4.3)
f1, f2 , f1', f2' 分别是 Gx ( f ) 与 Gx'( f ) 的峰值对应的 频率。
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4.2 随机振动的等价条件
Gx ( f )
Gx'( f )
0
f1
f2
f
0
f1 f2
（4） Gx ( f1 ) Gx'( f1 ) Gx ( f2 ) Gx'( f2 )
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Leabharlann Baidu
4.3.3 随机振动试验系统
Gx( f )
Gy( f )
均衡前
0
f 0
f
Gy( f )
仅对振动 台均衡前
振动台-试件 Gy ( f ) 系统均衡
B “峰-谷”均衡器 0
H( f ) 1.0 1.0 0.5
理想
Q f0 fu fl
0
fl
f0 fu
f
4.3.1 正弦振动试验系统 （1）定频试验
在一个或几个频率下进行定频试验，以考核试 件的抗振能力和耐振强度。
正弦振动 自动控制仪
功率 放大器
试件 振动台
前置 放大器
显示 记录仪
（2）正弦扫描（扫频）试验 规定量级，正弦激励信号的频率随时间变化。
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（2）正弦扫描（扫频）试验
随机振动试验的必要性:代替现场试验,缩短产 品研发周期,减少开发成本。
实验室再现的可能性：新的试验方法及标准的 制订，新设备的研制，使实验室中的实验等在一定程 度上再现现场情况。
随机振动试验分类：
（1）耐久性试验：也叫强度试验，用于评价结构 或试件的抗随机振动特性，研究其强度破坏及疲劳寿 命等问题。
f
(4.4)
条件（3）、（4）表示含有振动能量极大值 的频率成分相同，而且这些频率上的振动能量大 小也相同。条件（1）、（2）表示 Gx ( f )与Gx'( f )
下面的面积相等。
要求严格时，有 Gx ( f )＝Gx'( f )
4.5)
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4.3 振动试验系统分类
4.3.2 正弦振动试验系统 工程中常用倍频程扫描，表示为：f f1 2kt
k-单位时间内扫过频率的倍频程数目，称为倍频 程扫描率。取 f f1et f1 2kt
由 （ 4 . 8 ） 知 ， 以 对 数 扫 描 率 [ f1, f2] 在 频 带 内单向扫描一次所发生的总的振动次数N表示为：
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4.1概述
（2）功能试验：研究在随机振动环境下结构或试 件的功能特性。主要是检验结构或试件在使用振动环 境下是否产生功能失灵以及各机件的连接、固定、安 装变形及间隙之类的工艺要求是否受到破坏等。
（3）响应试验：对振动结构作动力响应特性试验 是现代产品的安全、可靠、经济、适用不可或缺的研 究环节。
f
f
0
“峰-谷”均衡器是由 变Q与变通带滤波器组成。 有几对峰-谷就需几个均衡 器串联起来。
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4.3.3 随机振动试验系统 C 多通道滤波均衡系统
随机 信号源
均衡滤 波器组
混合器
功率 放大器
振动台
设备
将试验频率范围划分成若干离散的滤波器频带，
然后调每个频带增益，以达到均衡的目的。
（2）数字控制振动试验系统 A 功率谱再现式随机振动实验
1）功率谱再现式随机振动实验 * 宽带随机试验
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4.3.3 随机振动试验系统
图4.1 窄带随机振动
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4.2 随机振动的等价条件
单一随机振动模拟的等价条件讨论。
设现场随机振动为 x(t) ,x(t)与 x'(t) 等价首先：
（1）均值
x
' x
(4.1)
（2）标准差
x
' x
(4.2)
由（2）和（1）导出
2 x
x2'，说明随机振动
x(t)
与 x'(t) 的振动总能量及其静态分量都相等。