可靠性模拟运输振动台正弦振动的描述

可靠性模拟运输振动台正弦振动的描述
正弦振动试验属于“规定一种机械运动”的力学环境试验方法，而这种机械运动是以正弦曲线为基本运动轨迹的。所以在正弦振动试验中，若知道过去的运动状态，就可以确定未来任何时刻运动的各要素。
从正弦振动试验的时间历程可见，用频率、幅值两个参数可以完整描述正弦振动试验的基本运动。所以正弦振动试验的试验条件（严酷等级）由频率、振幅、试验持续时间三个参数共同确定。
 试验雜及其选择
对正弦振动，目前国内外无论军用标准还是民（商）用标准都被广泛采用着，不同的是,采用的目的和施加的对象不一样。在微电子器件试验方法与程序的美军标和国军标中利用正弦振动对器件进行强度、疲劳和噪声考核；在电子及电气元件试验方法的美军标和国军标中除航天航空产品外，均用正弦振动进行环境适应性和结构完整性考核；在军用设备环境试验方法的美军标（810)和国军标（GJB 150—1986)中用正弦振动进行振动响应检査及舰船设备环境适应性和结构完整性考核；在卫星环境试验要求的美军标（1540)和国军标(GJB 1027—2005)中也要用正弦振动进行响应（共振）检査与模态、振型分析。正弦振动在IEC和国标（GB)中用得更广泛。
用正弦振动试验进行考核时，如果有产品安装平台环境条件数据则直接采用。如果没有，或是可在多种场合使用，或是具有多种用途的货架产品，可以参考下列思路通过工程判断来确定振动试验的条件。
 频率、频率范围及其选择
对频率、频率范围，首先要熟悉标准。有的标准（特别是军标）是直接给出，即按产品的使用环境直接给出试验的频率或频率范围；民（商）用标准通常是用两种方式来规定的。一种方式是给出一组下限频率和一组上限频率来确定频率范围；另一种方式是直接给出一系列的频率范围，供使用者根据需要进行选择。
产品在运输、储存和使用过程中，有时会遇到很低的振动频率，例如车载设备，其车辆主要基波频率可能低到1.5?4Hz之间，而现有振动试验设备，要达到1Hz以下，其加速度波形失真就会超差很大，达不到试验的要求，因此，在确定试验频率范围时就要权衡。如果一个产品试验频率范围不宽，低频端在1Hz或1Hz以下，高频端在100Hz(或500Hz),则可用液压振动台来实现；如果一个产品试验频率范围很宽，其高频段在500?2 000Hz或以上，而低频端乂耍到1Hz或1Hz以下，则只能适当地提高低频端的起始频率,例如低频端从5?10 Hz开始，因为要达到500?2 000Hz的频率，必须用电动振动台来进行试验，而当今的电动振动台随着科学技术的发展，其低频端巳可达到1Hz,但加速度失真仍偏大。船舶的振动主要由船舶的动力机械产生，因此下限频率应根据螺旋桨的轴速度来确定，一般应选择在1?5Hz。船舶的上限频率主要由螺旋桨轴的转速x桨叶数x60来确定，可取300Hz的频率为上限频率。对陆用和空用产品，也可视振源的特点，采用计算的方法或现场实测的方法来确定其试验的频率及频率范围。
 振幅及其选择
在正弦振动试验中，其振幅有位移幅值和加速度幅值两种，在实际试验时，有的试验仅给出位移幅值，有的试验同时给出位移幅值和加速度幅值。
仅给出一个位移幅值的试验，其上限频率要考虑振动台的最人位移幅值，对大多数电动振动台，其最人位移峰一峰值为51mm。
同时给出位移幅值和加速度幅值：产品安装（放）平台实际振动的特点是频率越高加速度越大，频率越低位移幅值越大，而且随着振动频率的变化而不断改变。就对产品的影响而言，低频主要是位移破坏，高频主要是加速度破坏。而当今的正弦振动试验是建立在以往科学技术基础之上的，当时（形成正弦振动试验时）的试验室模拟技术还不可能实现像现场振动一样随着振动频率的变化而其位移幅值不断改变，只能采用尽量逼近现场振动的方法，因此，采用低端位移幅值不变（称定位移），高频端加速度幅值不变（称定加速度），从定位移变到定加速度之间的频率称交越频率（振动特性一种关系变到另一种关系的频率）。在IEC标准和国标中有两种交越频率，即8?9 Hz的低交越频率和57?62Hz的高交越频率，前者主要用于舰船产品的试验，后者主要用于陆用和空用产品的试验。
就位移和加速度幅值而言，对元器件类标准，由于其通用性，通常给出一系列可供不同用途整机进行选择的严酷等级，例如，在微电子器件试验方法与程序的美军标和国军标中，试验的频率范围为20?2000Hz,其振级有0.75mm/20g、0.75mm/50g>0.75mm/70g三个等级。在此还需指出的是，对IEC标准和国标，所给出的严酷等级是不分元器件和整机的；对美军标810和国军标150等军用装备（整机）标准，通常是按其安装平台的振动量值给出的。这种按其安装平台给出的振动是加严的，因为数据处理时它可能取的是实测振动的极值包络或容差上限，有时还加一定的安全系数。
 试验的持续时间及其选择
试验的持续时间是描述产品的耐受振动能力的重要参数。对试验持续时间的选择相对于上述两个参数的选择要困难得多。因为目前一般很难给出多长的试验时间相当于实际使用了多少时间。对扫频试验，通常以扫频循环数给出试验时间。对定频（现又称驻留）试验，则直接以分钟、小时、应力循环数（如1000万次）给出试验时间。在这里还需指出的是，进行扫频试验时，其扫频速率通常为1倍频程/分(loct/min),在航天产品方面也有高达4oct/min,甚至20oct/min的。选择试验的持续时间时，通常根据振动对产品的破坏机理来确定扫频速率。
振动对产品的破坏，一般可以分为三种，即对产品工作性能的破坏，对产品结构完好性的破坏及对产品寿命的破坏。主要考虑振动对产品工作性能的影响时，如工作不正常、不稳定、失灵，甚至不能工作等，通常是振动一旦停止，工作性能就能恢复正常，所以其试验时间可按设备所需的最长连续工作时间结合实践经验来确定。结构破坏主要是指脱焊，螺钉松动，连接件脱开，部件的相互撞击。对这种破坏一般在30min?lh就能发现。对其中的螺钉松动和连接件脱开、部件的撞击也可按最长的连续工作时间来考虑。在某些情况下，也可按全部寿命时间来考虑。如果是为了确定产品承受累积应力的能力（疲劳），其时间应根据产品的使用要求，按使用时可能出现的应力循环数来确定，或按无限寿命，即107次应力循环来确定试验时间。
 安装和控制
在力学试验中，被试样品是否能真正受到所规定的试验条件（严酷等级）的考核.对于不同的人、不同的地点（设备）或不同的时间所做的试验，其结果是否都一致，即试验是否具有高的再现性或满意的度，在很大程度上取决于试验时对样品的安装、固定及试验中的控制和检测。
正弦振动试验标准中的试验条件，是以产品实际所遇到的环境振动为依据制定的，而且考虑的赶振动输入点上的情况。所以对样品的安装固定及试验中的控制与检测，必须根据这一原则來进行。然而，由于产品的品种繁多，大小形状不一，在具体处理时会碰到许多问题。如何解决？首先应选择好固定点。
固定点就是固定样品的点。它是指样品与夹具、或样品与振动台台面点接触的部分。在实际使用时，此处通常是固定样品的地方。如果产品的实际安装结构的一部分做夹具使用，则应取安装结构和振动台台面点接触的部分作为固定点，可见固定点一定要选在产品实际使用时振动输入的地方。有时振动试验的目的不是为了考核产品经受环境应力的能力，而是要考核产品的内部结构强度，例如晶体管、集成电路的内强度试验，此时固定点就要选择在样品的本体匕使激振力通过壳体传到内部结构上。
检测点就是用来保证样品在试验时，实际所受到的试验条件能在所规定的容差范围内。检测点可位于夹具上、振动台或样品上，但要尽量接近固定点，并且在任何情况下，检测点上的传感器都要和固定点刚性连接。如果样品的固定点等于或少于4个，则每一个都作为检测点使用。如果超过4个，则规定4个具有代表性的固定点做检测点用。在特殊情况下，如对大型和复杂样品，检测点可以规定在其他地方（不紧靠固定点）。当大量的小样品安装在一个夹具上时，或当一个小样品有许多固定点的情况下，则选择一个检测点就可以了，但该点应选择在夹具上，其条件是夹具装t样品后的域低共振频率应超过试验的上限频率。
控制点：检测点上的试验容差主要是通过控制点来保证的。控制点就是振动试验中用来取得控制所需反馈信号的点，试验的准确性和再现性将取决于控制点控制试验的精度。控制点可从检测点中选出。为了使整个试验达到所规定的容差要求，控制点的要求要髙于检测点的要求。控制点一般有两种：一种是单点控制的控制点，另一种是多点控制的控制点。多点控制又有平均控制、极值控制与加权控制。平均控制是指用一个以上检测点的每个频率线上的信号的算术平均值控制；极值控制是指用?个以上检测点的每个频率线上的信号的或最小值控制；加权控制是指将各检测点上各频线上的信号值按各检测点的加权系数加权合成后控制。可见无论是平均控制、极值控制还是加权控制，其控制曲线都是虚拟曲线。
响应点（有的振动控制仪将其称为监测点）：为了对样品进行振动分析而采集振动响应数据的特定点。
为了使试验结果准确和达到高的再现性或满意的度，在实际试验时，不仅要求将控制点的试验量值控制在规定的容差范围内，还应同时检査各检测点上的试验量值是否在规定的容差范围内。