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什么是振動控制試驗？

2020-02-12 00:00:54·  來源：Simcenter TEST  作者：張長輝  
　
振動控制試驗，通常也叫環(huán)境試驗或者環(huán)境模擬試驗，通過該試驗工程師可以驗證產(chǎn)品的可靠性。這些試驗通?？梢岳卯a(chǎn)品的等效振動特性來加速產(chǎn)品疲勞驗證過程，但
振動控制試驗，通常也叫環(huán)境試驗或者環(huán)境模擬試驗，通過該試驗工程師可以驗證產(chǎn)品的可靠性。這些試驗通?？梢岳卯a(chǎn)品的等效振動特性來加速產(chǎn)品疲勞驗證過程，但是這個過程所用的時間較產(chǎn)品的生命周期來說要短得多。通過振動控制試驗可以減少保修成本，提高產(chǎn)品可靠性和客戶滿意度從而獲得高的投資回報率。
 
振動控制試驗是在現(xiàn)場或者實驗室中對等效的振動或者沖擊環(huán)境進行復(fù)現(xiàn)。振動控制試驗通常由電動激勵裝置即下圖中的振動臺來實現(xiàn)作動。試驗中試件關(guān)鍵位置的振動水平通過振動控制系統(tǒng)控制和監(jiān)測。
圖1：背景：安裝有擴展臺的振動臺，前景：基于SCADAS前端的Simcenter Testlab振動控制系統(tǒng)
在振動試驗中，試驗的設(shè)置要實現(xiàn)試件在試驗室中經(jīng)受與現(xiàn)場相當?shù)恼駝樱囼炄鐖D2所示。
圖2在試驗室振動臺上（右）復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場振動（左）
振動控制試驗通常是確保產(chǎn)品在極端環(huán)境中功能正常的一些列環(huán)境試驗的一部分，同時除振動和沖擊測試外，環(huán)境還包括：濕度、高低溫、海拔、聲學(xué)、輻射、電磁干擾（EMI）、鹽霧等。有時這些試驗也綜合在一起，例如振動試驗可能和溫控箱綜合在一起，如圖3所示。
圖3振動臺和環(huán)境試驗箱綜合為測試氣囊傳感器
振動控制測試被用于去復(fù)現(xiàn)例如飛機起飛或降落、火箭發(fā)射、運輸環(huán)境等環(huán)境。另外振動測試被用于篩查工藝問題、發(fā)現(xiàn)早期故障和改進分析模型。
在試驗室做一個振動試驗較現(xiàn)場測試有以下優(yōu)勢：
  • 快速并具有可重復(fù)性。在試驗室做振動試驗與現(xiàn)場試驗相比，其可以快速并穩(wěn)定的進行重復(fù)測試。
  • 可獲取更多信息。試驗室測試與現(xiàn)場測試相比其容易安裝，其可以為設(shè)計團隊優(yōu)化產(chǎn)品性能提供獲取更多信息。
為了重復(fù)這個振動，需要一個振動臺的控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由特定的部分組成，從而重現(xiàn)振動環(huán)境。
振動控制系統(tǒng)
典型的振動控制系統(tǒng)包含如圖4所示的幾個部分。
圖4振動控制系統(tǒng)的組成
振動控制系統(tǒng)各部件的作用如下：
振動采集設(shè)備
  • 安裝有Simcenter Testlab振動控制軟件的電腦。該部分用于管理振動測試的類型并確定振動輸出的量級。友情提示Simcenter Testlab以前叫做LMS Test.lab。
  • 控制前端（SCADAS）。用于模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)化的前端，其將加速度傳感器獲取的模擬信號轉(zhuǎn)化為電腦上可以記錄和查看的數(shù)字信號，并將模擬信號輸出給功放從而獲得想要的振動量級。
振動臺系統(tǒng)
  • 功放。從前端獲得信號并輸入給振動臺，根據(jù)振動臺的大小，時間的大小和目標量級選擇不同的功放，當然大量級的電壓或者電流是需要的。
  • 振動臺。電動或者液壓設(shè)備，其可以將試件進行振動。振動臺系統(tǒng)擁有不同的特征，例如，為了對產(chǎn)品進行不同軸或者方向的測試，振動臺有水平或者豎直臺面，如圖5所示。
  • 圖5水平振動臺（左）和豎直振動臺（右）
  • 多軸振動臺。為了同時模擬多軸的振動需要多軸振動臺。在多軸振動臺上可以對試件進行豎直、縱向和橫向的振動，從而替換原先需要三次不同的試驗，并且減少測試時間，如圖6所示。
  • 圖6，三軸多入多出振動臺
  • 振動臺的額定能力和極限。通常振動臺根據(jù)最大的試件質(zhì)量、動圈質(zhì)量和所需加速度可以確定額定能力。振動臺也會有最大允許位移、速度和頻率，基于測試部件的尺寸和所期望的振動量級，振動臺如果超出其極限則不能產(chǎn)生所期望的振動量級。
  • 振動臺夾具。振動臺夾具通常將試件剛性的安裝在振動臺上并保持試件的位置。通常會用擴展頭來擴大振動臺的安裝面。理想的情況是，加速的第一階共振頻率應(yīng)該高于最大的測試頻率，如圖7所示。
圖7振動臺擴展頭（左）擴展頭的第一階模態(tài)（右）
 
測試對象和傳感器
 
傳感器
 
控制傳感器，通常是一個或者多個加速度計用于檢測和定義所需的振動量級是否達到控制要求。此傳感器的靈敏度根據(jù)最大振動量級進行慎重選擇。因為對于低量級的振動測試可能100mv/g的加速計就足夠的，但是當對于大量級的振動測試可能需要mv/g的加速度計，從傳感器到測試前端的線纜長度也應(yīng)該考慮。
 
測量傳感器，用于試件關(guān)鍵部位的振動測量。
 
測試對象
 
安裝，測試對象安裝在振動臺上應(yīng)模擬其安裝在現(xiàn)場的情形。
 
方向，多數(shù)情況下，測試對象在一次試驗中做一個方向或者多個方向。
 
測試對象定位，測試對象的重心應(yīng)位于振動臺系統(tǒng)的重心上，從而避免產(chǎn)生額外的力矩。
 
上述部分共同組成如圖8所示的振動控制系統(tǒng)。
圖8振動控制系統(tǒng)示意圖
在進行振動控制試驗之前通常會進行系統(tǒng)自檢測試，從而保證整個控制系統(tǒng)（包括控制前端、功放、傳感器、振動臺、測試部件等）功能正常并組裝正確。
在下一節(jié)中我們將介紹正弦、隨機和沖擊三種常見的振動控制試驗類型及應(yīng)用。 
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