王志剛，龔天宇，張 毅

（成都蘇試廣博環(huán)境可靠性技術(shù)有限公司，成都 610041）

疊加振動試驗(yàn)分析與應(yīng)用

王志剛，龔天宇，張 毅

（成都蘇試廣博環(huán)境可靠性技術(shù)有限公司，成都 610041）

結(jié)合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和振動控制軟件，從試驗(yàn)應(yīng)用的角度對疊加振動中的隨機(jī)加隨機(jī)、隨機(jī)加正弦振動進(jìn)行了分析和歸納，并介紹了如何從圖形上快速區(qū)分疊加振動，以及在軟件設(shè)置中應(yīng)注意疊加振動試驗(yàn)中掃頻和不掃頻的區(qū)別。

疊加振動 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 控制軟件

引言

在振動試驗(yàn)中，經(jīng)常會遇到疊加振動，如隨機(jī)加隨機(jī)振動，隨機(jī)加正弦振動，有時(shí)客戶給的試驗(yàn)條件，只給出一個(gè)圖譜，未注明是什么類型振動，因此怎樣區(qū)分出振動類型以及快速在振動控制軟件中設(shè)置試驗(yàn)條件，本文做了簡要的歸納和介紹。寬帶隨機(jī)振動來自車輛的基本運(yùn)動、支承系統(tǒng)、不平的路面等；窄帶隨機(jī)振動來自履帶拍擊地面的運(yùn)動[2]。

寬帶+窄帶混合隨機(jī)振動試驗(yàn)是以寬帶隨機(jī)振動譜為基礎(chǔ)（國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)將其稱為背景），再加上一個(gè)或多個(gè)窄帶隨機(jī)振動譜構(gòu)成，其試驗(yàn)譜型如圖1。

1 疊加振動試驗(yàn)分類（見表1）

1.1 寬帶加窄帶隨機(jī)振動

螺旋槳飛機(jī)，除窄帶隨機(jī)振動外，更主要的是各種振源引起的寬帶隨機(jī)振動，所以螺旋槳飛機(jī)的振動是寬帶+窄帶隨機(jī)振動。又如安裝在履帶車輛上使用的和通過履帶車輛運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品，通常會經(jīng)過經(jīng)受寬帶+窄帶隨機(jī)振動，

圖1 寬帶+窄帶混合隨機(jī)振動圖

表1 疊加振動試驗(yàn)分類

1.2 窄帶的中心頻率和帶寬

窄帶的中心頻率和帶寬由振源來確定，如螺旋槳飛機(jī)的寬帶+窄帶頻譜圖中的四個(gè)窄帶，第一個(gè)窄帶的中心頻率是螺旋槳的旋轉(zhuǎn)頻率，第二、三、四窄帶的中心頻率分別為第一個(gè)窄帶的中心頻率2階頻率、3階頻率與4階頻率，帶寬取的是中心頻率的±5 %，考慮的是螺旋槳旋轉(zhuǎn)過程中中心頻率的左右漂移。在國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中要求，窄帶帶寬最小也應(yīng)為0.5 %的寬帶隨機(jī)，并且最大不應(yīng)超過寬帶隨機(jī)的10 %，其下限頻率不小于2倍頻率分辨率。[1]

如果窄帶要來回掃頻，應(yīng)給出掃頻的起止頻率、掃頻速率（oct/min或Hz/s）、線性或?qū)?shù)掃頻、掃頻的次數(shù)或持續(xù)時(shí)間，掃頻的次數(shù)或持續(xù)時(shí)間、掃頻的起始方向（向上或向下）[1]。如GJB 150A 中的表D.1履帶車固緊貨物的窄帶隨機(jī)振動就是窄帶要求來回掃頻的，每個(gè)窄帶都給出了掃描次數(shù)和掃描帶寬（見圖2）。

在實(shí)際試驗(yàn)中，隨機(jī)加隨機(jī)測試（ROR）是在寬帶隨機(jī)目標(biāo)譜上重疊一個(gè)或多個(gè)窄帶隨機(jī)目標(biāo)譜。這些窄帶目標(biāo)譜能在一定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。寬帶隨機(jī)加窄帶隨機(jī)譜的設(shè)置是在測試目標(biāo)譜中設(shè)置寬帶隨機(jī)譜，然后在ROR目標(biāo)譜中設(shè)置窄帶隨機(jī)譜。

窄帶目標(biāo)譜設(shè)置中的最后一項(xiàng)，是否將每個(gè)頻率求和，指是否將窄帶目標(biāo)譜加到寬帶隨機(jī)測試目標(biāo)譜上，或者是否讓輸出取這兩個(gè)中的最大值，通常情況下選使用窄帶或?qū)拵繕?biāo)譜中的最大值，見圖3。

圖2 履帶車固緊貨物的窄帶隨機(jī)振動

圖3 隨機(jī)加隨機(jī)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)譜設(shè)置

如蘇試振動臺控制器軟件RC3000中，還可以使用高級目標(biāo)譜菜單，選擇這項(xiàng)菜單能設(shè)置高級目標(biāo)譜，通過點(diǎn)擊編輯目標(biāo)譜按鈕來設(shè)置。高級目標(biāo)譜可以有多個(gè)斷點(diǎn)來組成一個(gè)更復(fù)雜的目標(biāo)譜，目標(biāo)譜編輯器和常規(guī)隨機(jī)測試目標(biāo)譜編輯器一樣，見圖4。

1.3 寬帶隨機(jī)加正弦振動

直升飛機(jī)的振動往往是在寬帶隨機(jī)振動的基礎(chǔ)上疊加很高的正弦振動。寬帶隨機(jī)振動來自直升飛機(jī)的各種振源，正弦振動是由直升飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的，如主旋翼、尾旋翼、發(fā)動機(jī)和變速箱的振動。對寬帶+窄帶隨機(jī)振動與寬帶隨機(jī)振動+周期振動，最新的國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)又將其稱為混合激勵(lì)振動。在混合激勵(lì)振動中隨機(jī)分量用加速度譜密度表示，正弦分量用加速度幅值表示[1]。

加速度幅值以寬帶隨機(jī)譜為基礎(chǔ)，再疊加上一個(gè)或多個(gè)離散的單頻正弦振動峰值。隨機(jī)寬帶背景上疊加正弦，要保證隨機(jī)譜在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的連續(xù)性，正弦幅值應(yīng)包括環(huán)境中的正弦振動（如直五到直八，主旋葉頻率從10 Hz到24 Hz），并代表實(shí)際環(huán)境的頻率變化范圍和產(chǎn)品的共振頻率的變化范圍[1]，見圖5。

寬帶隨機(jī)加正弦目標(biāo)譜的設(shè)置是在測試目標(biāo)譜中設(shè)置寬帶隨機(jī)譜，然后在SOR目標(biāo)譜中設(shè)置正弦譜，見圖6。

1.4 隨機(jī)加正弦振動的掃頻與定頻

1.4.1 掃頻振動

圖4 高級目標(biāo)譜編輯器

圖5 直升機(jī)振動環(huán)境

圖6 疊加振動試驗(yàn)寬帶隨機(jī)加正弦目標(biāo)譜的設(shè)置

如果正弦振動不是定頻，要來回掃頻振動，則應(yīng)給出掃頻的起始頻率、掃頻的速度（oct/min或Hz/s)、線性或?qū)?shù)掃頻、掃頻的次數(shù)或持續(xù)時(shí)間、掃頻的起始方向。如ISO16750.3道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件及試驗(yàn)-乘用車裝用在發(fā)動機(jī)上的電子裝備[3]：

1）正弦振動試驗(yàn)：加速度幅值和頻率按圖7規(guī)定，100-150 Hz、頻率區(qū)間為變加速度，掃描速率等于或低于0.5 Oct/min （見表2）。

2）隨機(jī)振動試驗(yàn)：加速度功率譜密度（PSD）與頻率如圖所示見表3和圖8[3]。

3）疊加運(yùn)行后試驗(yàn)曲線見圖9。

1.4.2 定頻振動

如安裝在AH-1直升機(jī)外掛的設(shè)備：主旋翼轉(zhuǎn)速1P=5.4Hz，槳葉數(shù)n=2,則振源頻率（fx）范圍：f1=1P=5.4 Hz，f2=n×1P =10.8 Hz，f3=2×n×1P =21.6 Hz，f4=3×n×1P =32.4 Hz；在fx處的加速度峰值：A1=0.70/（10.70- f1）=0.132 g，A2=0.150×f2=1.62 g， A3=0.150×f3=3.24 g，A4=3.75 g。在RC3000軟件設(shè)置中不用高級目標(biāo)譜，正弦窄帶的幅值在振幅部分下的峰 (g)中設(shè)置，見圖6。

表2 正弦振動試驗(yàn)量值

表3 隨機(jī)振動試驗(yàn)量值

GJB 150A-16直升機(jī)振動環(huán)境見表4。

2 結(jié)束語

圖7 發(fā)動機(jī)正弦振動驗(yàn)曲線（5缸以上）

圖8 發(fā)動機(jī)加速度功率譜密度（PSD）與斜率（5缸以上）

圖9 乘用車發(fā)動機(jī)隨機(jī)加正弦振動運(yùn)行曲線

隨機(jī)加隨機(jī)振動和隨機(jī)加正弦振動都是以寬帶隨機(jī)振動譜為基礎(chǔ)的，不同點(diǎn)是一個(gè)疊加的是窄帶隨機(jī)振動譜，一個(gè)疊加的是正弦振動，都有掃頻和不掃頻的區(qū)別。從圖譜上看隨機(jī)加隨機(jī)振動是以寬帶隨機(jī)振動譜為基礎(chǔ)疊加窄帶隨機(jī)振動譜，圖形上是多個(gè)矩形，而隨機(jī)加正弦振動從圖形上看多條線，因此在實(shí)際試驗(yàn)中要求試驗(yàn)人員既要讀懂標(biāo)準(zhǔn)，又要熟練運(yùn)用振動控制軟件，這樣才能又好又快地完成試驗(yàn)任務(wù)。

表4 GJB 150A-16直升機(jī)振動環(huán)境

[1] 王樹榮, 季凡渝 編著.環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2016, 1,193～201.

[2] GJB 150A -2009,軍用裝備環(huán)境實(shí)驗(yàn)室方法 第16部分 振動試驗(yàn)[S].

[3] ISO 16750 .3,道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件及試驗(yàn)[S].

王志剛，實(shí)驗(yàn)室主任，主要從事環(huán)境與可靠性試驗(yàn)工作。

Analysis and Application on Superposition Vibration Test

WANG Zhi-gang, GONG Tian-yu, ZHANG Yi
(Chengdu Sushi Guangbo Environment Reliability Technology Co., Ltd., Chengdu 610041)

Combined with test standard and vibration control software, from the perspective of test application, this paper analyzes and summarizes ROR and SOR of superposition vibration.In addition, it introduces how to quickly identify superposition vibration from graphic, and the differences between sweep and not in software configuration of superposition vibration that should pay attention to.

superposition vibration; test standard; control software

V216.2

A

1004-7204（2016）05-0033-05