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隨機振動試驗方法

發布時間:2014-08-15瀏覽:8545次

標準振動試驗介紹(東莞市科文試驗設備有限公司)

簡介
振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預期的運輸及使用環境中的抵抗能力.
物體或質點相對于平衡位置所作的往復運動叫振動。振動又分為正弦振動、隨機振動、復合振動、掃描振動、定頻振動。描述振動的主要參數有:振幅、速度、加速度。單頻正弦振動頻率為f時,振幅單峰值為D,則其速度單峰值為 ,加速度單峰值為。

振動試驗標準:
GJB 150.25-86
GB-T 4857.23-2003
GBT4857.10-2005

在現場或實驗室對振動系統的實物或模型進行的試驗。振動系統是受振動源激勵的質量彈性系統,如機器、結構或其零部件、生物體等。振動試驗是從航空航天部門發展起來的, 現在已被推廣到動力機械、 交通運輸、建筑等各個工業部門及環境保護、勞動保護方面,其應用日益廣泛。振動試驗包括響應測量、動態特性參量測定、載荷識別以及振動環境試驗等內容。

響應測量
主要是振級的測量。為了檢驗機器、結構或其零部件的運行品質、安全可靠性以及確定環境振動條件,必須在各種實際工況下,對振動系統的各個選定點和選定方向進行振動量級的測定,并記錄振動量值同時間變化的關系(稱為時間歷程)。對周期振動,主要測定振級(位移、速度、加速度或應變的幅值或有效值)和振動周期;對瞬態振動和沖擊,主要測定位移或加速度的zui大峰值和響應持續時間;對平穩隨機振動,主要測定力和響應的時間歷程的均值和方差等;對非平穩隨機振動,可把時間劃分為許多小段,測定各小段內時間歷程的均值和方差,找出它們同時間的關系,并以此作為振級的度量。
許多機器的振動速度在很寬頻率范圍內幾乎為常數,所以可用在機器上選定點測得的振動速度的zui大有效值作為機器振動強烈程度(稱為振動烈度)的指標。

動態特性參量的測定
為了設計和試制新機器或在改造舊機器時解決減振問題,以及為了提高振動機械的效率,必須了解系統的動態特性參量。動態特性參量很多,對于線性系統,zui常用的為模態參量,包括各階固有頻率、振型、模態質量或模態剛度、模態阻尼比。模態參量可以換算出物理坐標(即幾何坐標)中的力學參量,包括集中質量、剛度和阻尼矩陣。

動態特性參量的簡易測定方法
在工程設計中,有時只需知道低階(如一、二階)固有頻率、振型以及阻尼系數,可用簡易方法測定這些參量:

①固有頻率測定 用敲擊或突然卸載使系統產生自由振動,記錄其衰減波形并與儀器中的時標信號比較,或將信號發生器產生的固定頻率正弦波和衰減波形輸入射線示波器,由示波器顯示的利薩如圖形求得一、二階固有頻率。如果有激振器或振動臺,則可對系統進行步進頻率激振或低速掃頻激振以尋找共振頻率,在小阻尼時共振頻率近似等于固有頻率。
②振型測定 手持木質或鋁質探針接觸被測系統各點,由撞擊聲音(或憑手感)測定所有不振動點的位置,即節線位置。對水平放置的平板型系統,可在平板上撒上砂粒,振動時砂粒將聚集到節線上,由節線分布情況即可大致判斷振型。
③阻尼測定 可采用衰減振動法、共振法和相位法。衰減振動法是用記錄儀記錄自由振動的衰減波形,由相鄰同向的兩次或數次的振幅的衰減率算出阻尼值;共振法是由共振時振幅和共振區頻率帶寬算出阻尼值;相位法是由共振區相位隨頻率變化關系算出阻尼值。

機械導納方法
機械導納是系統頻域的特征參量(見機械阻抗)。大型復雜結構的固有頻率多而密集,振型很復雜,無法用簡易方法測定。然而可以先測試系統對激振力的響應,得到機械導納,再用圖解識別(即機械導納的幅頻、相頻、實頻、虛頻或矢端圖等圖形識別)或計算機識別來確定模態參量或物理參量。

時域識別方法
直接利用振動的時間歷程來求系統的模態參量。對自由振動,可以通過自由振動和脈沖響應函數(系統的時域特性參量之一,其傅里葉變換即機械導納)的關系直接計算模態參量。對受迫振動,可以用數字時間序列分析方法或其他方法(如隨機減量法、濾波法等)來計算模態參量。時域識別方法的優點是能利用運行狀態下機器的振動信號,適用于不能在實驗室測試的大型結構;缺點是天然振源的激振力往往無法測定和控制,而僅能由響應值來識別,故精度較低。

載荷識別
指分析和確定振源的性質(是有規律的還是隨機的?是定力還是定運動?……)、傳播途徑及振源施加在系統上的載荷譜(即載荷的時間歷程)。載荷識別也叫環境預測,它可為分析系統的動力響應和振動原因等提供數據。大型結構承受的載荷非常復雜,很難直接測定,但可以通過結構的響應信號和系統已知的數學模型來反推系統承受的載荷,再根據各種工況下得出的數據進行統計和綜合,zui終得到載荷譜。振源的性質和傳播途徑可以用功率譜分析或相關分析方法得出。

振動環境試驗-KW-ZD-50CS電磁振動臺

為了了解產品的耐振壽命和性能指標的穩定性,錄找可能引起破壞或失效的薄弱環節,對系統在模擬實際環境的振動、沖擊條件下進行的考核試驗。定型產品的試驗規范通常已經標準化,新產品要制定合適的試驗方法。試驗方法分兩大類:①標準試驗,包括耐預定頻率試驗、耐共振試驗、正弦掃描試驗、寬帶隨機振動試驗、沖擊試驗、聲振試驗和運輸試驗等;②非標準試驗,包括瞬態波形振動試驗、窄帶隨機振動試驗、隨機波再現試驗、正弦波和隨機波混合試驗等。(見振動環境試驗)

振動試驗數據處理和分析 試驗得到的大量原始數據必須經過各種處理,才能作為工程設計計算的依據資料。試驗的原始記錄數據是參量的時間歷程(位移、速度或加速度等量值同時間的關系),通過直觀分析可將數據分為瞬態的、周期的、隨機或非隨機持續非周期的三種,進而在時域(包括時差域,即自變量為兩信號的時間差)、頻域和幅值域三大域中進行統計分析、相關分析和譜分析,從而得到表征時間歷程特征的各種函數。處理方法可分為模擬量處理法和數字量處理法。前者設備簡單,但精度較差,處理時間長;后者需將原始記錄的模擬量變換為數字量后用數字計算機處理,由于精度很高,速度極快,所以隨著各種功能齊全的數據處理機(如快速傅里葉分析儀)的出現,數字量處理法已逐漸取代了模擬量處理法。

振動試驗意義和使用

在運輸過程產生的振動中,貨運箱受到復雜的動態的壓力。要求貨運箱受到運輸中可能受到振動,從而模擬產生近似真實的損壞或沒有損壞。
運輸過程的共振響應是劇烈的,可能會導致包裝或產品失效。確認臨界頻率和包裝受到的壓力種類,會令到這種失效減到zui低程度。
振動測試要基于典型測試場地數據??赡艿脑?,實驗數據與實際場地的相比較一下,以提高我們對實驗的信心。
振動擺放方位會影響到貨運箱、它的內包裝、封裝和內在產品。測試允許分析這些部件的相互作用。更改其中一個或多個部件的設計,使貨運箱性能符合運輸環境的要求。

方法

A1重復振動(垂直運動)測試-KW-ZD-50CZ垂直振動臺
A2重復振動(旋轉運動)測試
B單個貨運箱共振(垂直運動)測試
C水平負載、復合負載、垂直負載共振測試
這個標準并不會列出所有安全關系,除非,是關聯到標準的使用。標準使用者的責任是:確保適當安全和健康操作及監測標準使用前預先調整界限的適用性。這些方法符合ISO8318和ISO2247。
方法A1和方法A2,重復振動測試,適合放在運輸車里沒有受到任何限制的單個貨運箱及因單個負載或堆放負載的放大振動而受到重復振動的貨運箱。
備注1:方法A1和方法A2產生不同的振動運動,從而產生不同的力導致不同的損壞類型和強度。兩種測試方法的測試結果不能相互關聯。

B方法B,單個貨運箱共振測試,測試或評估單個貨運箱承受振動能力和它的內包裝在運輸中保護產品的能力,尤其是貨運箱和產品有表現出共振響應時。
備注2:單個的碼垛堆集的產品用方法C來測試。
方法C,碼垛堆集,復合堆放或垂直堆放的共振測試,包括評估負載平行堆放或復合堆放時共振的存在和影響,以及貨運箱的強度是否足夠承受動態負載的堆放。

4.8這些測試方法的使用,由適當的操作要求(包括測試強度、頻率范圍、測試周期)來確定。雖然這些測試沒有模擬到運輸環境,它們是用來創造運輸環境損壞產生潛在能力。這些測試的結果是相互不同的。

振動試驗設備使用方法

儀器測試

方法A1-重復振動測試(垂直運動):
KW-ZD-50CZ垂直振動測試設備,附帶一個足夠有力和堅硬的水平臺面,因而在負載測試樣辦時,確保要求的振動在整個測試臺面上是均衡的。平面由一個可以使臺面振動令到平面的運動曲線類似垂直正弦輸入(平面旋轉振動是不接受的)的設備支撐。振動的雙幅位移應該符合或控制到1”(25mm),而頻率可以是范圍在2到5Hz內的變量(每秒周期)。測試設備要裝備護欄,以確保測試樣辦不會從平面上掉下去,但不能限制樣辦垂直方向的運動。

 

方法A2-重復振動測試(旋轉運動):
振動測試設備,附帶一個足夠有力和堅硬的水平臺面,因而在負載測試樣辦時,確保要求的振動在整個測試臺面上是均衡的。平面由一個可以使臺面旋轉振動(垂直方向的運動曲線類似垂直正弦輸入)的設備支撐。振動的雙幅位移應該符合1”(25mm),而頻率可以是范圍在2到5Hz內的變量(每秒周期)。測試設備要裝備護欄,以確保測試樣辦不會從平面上掉下去,但不能限制樣辦垂直方向的運動。
方法B和方法C-共振測試:

電磁式振動測試設備,附帶一個足夠有力和堅硬的水平臺面,因而在負載測試樣辦時,確保要求的振動在整個測試臺面上是均衡的。平面由一個可以使平面振動的設備支撐,該設備具備有通過控制加速度或位移或兩者(通過一個頻率變量范圍的連續控制)在垂直直線面上產生振動的能力。(平面旋轉振動是不接受的)。方法B中,適當的儀器和附加位置必須被牢牢的放在測試樣辦上。而方法C中,必須提供設備限制測試貨運箱的水平運動,但不能限制樣辦垂直方向的運動。
使用儀器-方法B和方法C中,需要用到加速計,信號調節器和數據顯示或儲存器來測量和控制測試臺面的加速度。使用儀器同時要能監控貨運箱或包裝物的響應。要求儀器系統的到測試要求范圍的±5%。加速計的體積和重量要盡可能小,以致不會影響到被測量樣辦的響應及測試結果。
環境儀器-提供適當的(如可以調節濕度和溫度)的設備在測試前或測試過程中使樣辦測試環境達到要求。

振動試驗安全防范
這個測試方法會在測試樣辦上產生劇烈的機械反應。因比,測試設備的護欄必須足夠牢固和安全。操作者要對潛在的危險保持警惕和自身的安全有足夠的保護意識。如果測試出現危險情況,馬上停止測試

振動試驗測試樣辦
測試樣辦為實際用于運輸的貨運箱(實際填裝的內包裝和產品),可以用次品和不合格產品來測試(但要測試前記錄下次品問題)。模擬樣辦可以用發展階段的測試,但不可以用在zui后的接受性測試。
備注:當測試時不能使用實際產品(例如危險產品)時,可用代用品來測試。
傳感器要能感應到樣辦在測試中盡可能小的變更,獲得數據。如果有需要觀察測試過程中樣辦產品的變化,可在貨運箱的臨界位置開孔。
當有足夠的貨運箱和產品時,要求測試5次或更多次數來提高統計數據的可靠性。

振動試驗環境
在測試前或測試過程中使樣辦測試環境達到要求。如果沒有環境要求,而貨運箱材料容易受到環境影響,則推薦使用空調。

振動試驗程序

方法A1和方法A2-重復振動測試:
將測試樣辦按正常運輸放置位置放在測試平臺上,附加裝置以限制樣辦從測試平面上掉下來和防止樣辦的過分擺動,但不能限制樣辦垂直方向的移動。調整限制裝置,使得測試樣辦的水平周邊有且只有大約10mm(0.4in)的空間。

                         垂直振動臺圖片


用大概2Hz的頻率啟動平臺振動,穩定的增加測試頻率,直測試樣辦的某些位置重復跳離測試平臺。為了確保測試樣辦是受到連續的重復振動,當樣辦跳離測試平臺時,用一塊厚1.6mm(1/26 in),寬50mm (2.0in)的墊片塞到樣辦下,zui少可以塞入100 mm(4.0 in和)長,墊片并能間隙地沿著某個樣辦的底面長度移動。使用足夠長的墊片以確保操作者的安全,并注意保持墊片平直地放在測試臺面上。
在這個振動頻率下,連續測試達到標準要求的時間或預定的周期或觀察到預定數目的損壞出現。即時停止測試,檢查損壞。
如果貨運箱在運輸過程可能會以其它方向擺放,則每個可能方向zui少測試一箱。
備注:如果測試周期沒有要求,推薦測試一個小時。
檢查貨運箱和內在產品,并記錄測試中出現的損壞或變差結果。

方法B-單個貨運箱的共振測試:
按樣辦正常運輸放置位置將樣辦安全地固定在測試臺面上,以便要求的振動條件可以傳到測試樣辦的外部。將加速計放在臺面的頂部或底部,盡可能靠近測試樣辦(但要確保不會被樣辦碰壞),或者某個能夠產生具有代表意義數據的臺面的位置。監測臺面達到的振幅和頻率以確保要求的條件已經產生。
用其中一個方法可以測定共振頻率:正弦掃蕩輸入或任意輸入。
用正弦掃蕩進行共振搜索-調節振動測試儀器以達到要求的常量加速度振幅(0到峰值),直到達到要求的頻率范圍。在一個連續的每分鐘為0.5到1.0信頻程的對數比率下,從zui低頻率開始,掃蕩到頻率上限,再回到頻率下限。重復這個循環兩次,記錄樣辦的共振響應。這些共振頻率可以用不同的方法監測到,包括聽覺(聽響應),視覺(一個頻閃觀測儀或視頻系統),或一個加速度計。
備注:響應頻率在掃蕩上限和掃蕩下限是不同的,而測試樣辦的實際響應頻率會是在兩個頻率(上限共振頻率和下限共振頻率)的中間。
備注:如果測試精度沒有要求,則一個加速度為0.25g’s 到0.5g’s(2.45m/s2到4.9m/s2)的振幅(由0到峰值),使頻率范圍達到3到100HZ,已經足夠刺激到產生響應。
用任意輸入進行共振搜索-和用正弦掃蕩比較,用任意輸入確認產品的共振頻率會更快(用寬頻輸入同步刺激測試樣辦的真實頻率)。見測試方法D3580。要用這個方法,則需要在測試樣辦上裝加速計來監測zui大的響應頻率。同時測試臺面上也要裝加速計,以確保臺面的運動是要求的PSD的輸入頻譜。在振臺運動方向設置傳感器以確認產品的共振頻率。
在zui小的功率譜密度為0.005g2/Hz(0.049(m/s2)2/Hz)或公認的適當的頻譜下,zui小頻率范圍為3到100Hz。注意,這個范圍并不代表任何特別的真實環境,僅僅是用來確認在運輸過程中經常出現的強制頻率范圍下樣辦的的自然頻率。啟動振動系統,啟動過程中PSD水平不能超過要求的范圍。在低于整個水平的zui少6dB時開始測試,然后慢慢增加一個或多個并發的步驟來達到整個測試范圍。允許控制系統足夠穩定可以描述到一個穩定的頻譜形狀和水平。比較輸入和響應。記錄測試樣辦的共振響應。
備注:*,現有的一些振動測試設備只有有限的頻率范圍,必需附加設備以滿足推薦的頻率范圍要求。
在每次的共振頻率測定中要保持要求的時間長度(限于4個zui強共振響應的zui大值),或直到貨運箱出現損壞。如有需要,調整振動頻率以保持共振。
備注:如沒有保持時間長度要求,則一般zui小保持15分鐘。
模擬運輸過程中樣辦可能會被放置的方向,重復步驟。
檢查貨運箱和內在產品,并記錄測試中出現的損壞或變差結果。

方法C-碼垛堆集,復合負載或垂直堆放的共振測試:
將帶有標準尺寸的復合或碼垛堆集的測試樣辦放在測試臺面上,堆放高度等同實際高度。能測試真實用于正常運輸的負載,如伸縮膜,條帶,堆放結構,等等。如果運輸過程中會用到垂直堆放,要測試貨運箱的單獨垂直列負載時的共振。附加限制裝置以限制樣辦水平方向離開測試臺面,防止樣辦傾倒和過分擺動。調整限制裝置,使得測試樣辦的水平周邊有且只有大約10mm(0.4in)的空間。將加速計放在測試臺面盡可能靠近測試樣辦的位置(但要確保不會被接觸)
用其中一個方法可以測定共振點:正弦掃蕩輸入或任意輸入。
用正弦掃蕩進行共振搜索-調節振動測試儀器,產生達到要求常量加速度振幅(0到峰值),直到達到要求的頻率范圍。在一個連續的每分鐘為0.5到1.0信頻程的對數比率下,從zui低頻率開始,掃蕩到頻率上限,再回到頻率下限。重復這個循環兩次,記錄樣辦的所有的共振響應。這些共振頻率可以用不同的方法監測到,包括聽覺(聽響應),視覺(一個頻閃觀測儀或視頻系統),或裝一個加速度計在樣辦堆放負載的zui高處。
備注:有多個單負載的樣辦會出現劇烈的響應。
備注:響應頻率在掃蕩上限和掃蕩下限是不同的,而測試樣辦的實際頻率會是在兩個頻率(上限共振頻率和下限共振頻率)的中間。
備注:如果測試精度沒有要求,推薦用一個加速度為0.25g(2.5m/s 2)的振幅(由0到峰值),使頻率范圍達到2到100HZ。
用任意輸入進行共振搜索-和用正弦掃蕩比較,用任意輸入確認帶有碼垛堆集,復合負載或垂直堆放負載的產品的共振頻率會更快(用寬頻輸入同步地刺激測試樣辦所有的真實頻率)。見測試方法D3580。要用這個方法,則需要在測試樣辦zui高負載的頂部上裝加速計來監測zui大的響應頻率。這個傳感器要設置在樣辦外部,相對于內在的獨立的包裝的共振信息,來捕獲負載的共振頻率,同時測試臺面上也要裝加速計,以確保臺面的運動是代表要求的PSD的輸入頻譜。
在zui小的功率譜密度為0.005g2/Hz(0.049(m/s2)2/Hz)或公認的適當的頻譜下,zui小頻率范圍為3到100Hz。注意,這個范圍并不代表任何特別的真實環境,僅僅是用來確認在運輸過程中經常出現的強制頻率范圍下有堆放負載樣辦的自然頻率。啟動振動系統,啟動過程中PSD水平不能超過要求的范圍。在低于整個水平下的zui少6dB時開始測試,然后慢慢增加一個或多個并發的步驟來達到整個測試范圍。允許控制系統足夠穩定可以描述到一個穩定的頻譜形狀和水平。比較輸入和響應。記錄測試樣辦的共振響應。

在步驟中,每次的共振頻率測定中要保持要求的時間長度(限于4個zui強共振響應的zui大值),或直到貨運箱出現損壞。如有需要,調整振動頻率以保持共振。
備注:如沒有保持時間長度要求,則一般zui少保持15分鐘。
檢查貨運箱和內在產品,并記錄測試中出現的損壞或變差結果。

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