振动试验及其相关参数的分析

闫 凯，李艳琴，李丹丹

（1.济宁半导体及显示产品质量监督检验中心，济宁 272000； 2.鲁南煤化工研究院，济宁 272000；3.山推工程机械股份有限公司，济宁 272000）

引言

振动试验模拟产品在实际使用和运输中可能受到的振动影响，用来发现产品潜在的破坏性共振点、结合件的松脱、电路短路及断续不稳等，尤其在新产品的研制阶段，及时发现产品的失效点并及时进行改进[1]，保证产品可靠性达标。振动试验比较常见的有确定性振动和不确定性振动两种，正弦振动是确定性振动中最常用的一种试验方法，随机振动属于不确定性振动。振动试验广泛应用于电子电工产品及元器件、航天、汽车及工程机械、土木建筑等工业领域[2]。

1 随机振动试验

不确定性振动是指物理量随时间的变化规律无法用确定的数学关系式来表达，而只能用概率论和统计学的方法来描述的一类振动，随机振动属于不确定性振动。GB/T 2423.56-2006中规定：随机振动试验的严酷等一般由试验频率范围、加速度谱密度值、加速度谱密度的谱型、试验持续时间组成[3]。

在随机振动试验中往往采用频率域和谱密度来进行描述，对加速度谱在频率上进行积分得到的面积代表振动能量，对各个频率分段内的面积平方求和然后开根号，得到加速度均方根值，一般用加速度均方根值来表示随机振动试验总能量的大小。如图1所示，ASD表示加速度谱密度值，单位为g2/Hz，也可以用(m/S2)2/Hz表示，随机振动的谱型一般为平直谱[4]。

以图1中的第1段上升谱为例，倍频程N计算公式：

斜率k计算公式：

每一频率段所包络图形的面积分别用S1、S2、S3表示，则加速度总均方根值Grms:

2 正弦振动

正弦振动属于确定性运动，运动量随时间按正弦函数变化，亦称简谐振动。在正弦振动试验中规定了“定频试验”和“扫频试验”两种试验方法，扫频试验又分线性扫频和对数扫频两种方式[5]。

定频正弦振动试验，是指在固定频率点上进行各种振动参数不同量级的试验，主要用于耐共振频率处理和耐预定频率处理[6]。扫频试验是指而频率在一定范围内连续往复变化的试验，频率将按一定的规律发生变化，而振动量级是频率的函数[7]。扫频按照速率的变化方式又分为线性扫频和对数扫频。

2.1 正弦扫频参数计算

线性扫频,频率变化是线性的，即单位时间扫过多少赫兹，单位是Hz/s或Hz/min，这种扫频用于寻找共振频率的试验[8]。

式中，ν 为扫频速率， f1为扫频下限频率， f2为扫频上限频率，t 为扫频时间。

图1

对数扫频,频率变化按对数变化，在相同时间扫过的频率倍频程数是相同的，倍频程是指上限频率 f2与下限频率 f1之比等于2的n次方，即则称 f2是 f1的n次倍频程。如果每一频带的上限频率比下限频率高1倍，即频率之比为这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程[9]。对数扫频时低频扫得慢，高频扫得快，扫频时，频率随时间按规律变化，即：

式中： f 为当前频率， f1为扫频下限频率，k 为扫频速率因数；t 为扫频时间。试验中如果扫频速率是每分钟一个倍频程，则 k = ln2 ≈ 0.693[10]。一个扫频循环的倍频程数X 计算公式：

或：

应力循环数的估计值N：

SR ---扫频速率，单位是倍频程/分钟（oct/min）。

扫频持续时间T：

2.2 算题

正弦扫频试验，频率范围是1 Hz～100Hz，扫频速率SR为每分钟1个倍频程。求其一个扫频循环（f1→f2→f1）的倍频程数、应力循环数和扫频持续时间（结果取整数）。

解：由公式（6）得倍频程数：

由公式（8）得应力循环数：

由公式（9）得扫频持续时间：

3 结语

振动是验证产品可靠性时经常采用的一种试验方法，比较常用的是随机振动和正弦振动，在产品的可靠性试验中应用比较广泛。振动试验可以用来发现产品潜在的破坏性共振点，确定样品的机械薄弱环节或特性降低情况，在产品的设计和研发阶段起着重要的作用。随着人们对产品质量要求的不断提升，振动试验发挥着越来越重要的作用。

[1]张巧寿，振动试验系统现状与发展 [J].航天技术与民品，2000,(8):36-39.

[2]倪振华.振动力学 [M].西安：西安交通大学出版社，1989.

[3]GB/T 2423.56-2006/IEC 60068-2-64:2008,电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动（数字控制）和导则 [S].

[4]郑志国，王宇峰.随机振动中的参数介绍及计算方法 [J].电子产品可靠性及环境试验，2009,27(5):45-48

[5]李德葆.工程振动试验分析 [M].北京：清华大学出版社，2004.

[6]任兴民.工程振动基础 [M].北京：机械工业出版社，2006.

[7]钱蔡强，俞冬兰.扫频速率与倍频程 [J].环境技术，1996,(5):33-34

[8]符瑜慧.振动试验中主要参数的计算推导及应用 [J].环境技术，2010,(3):12-14.

[9]孙在利，杨志文.振动试验中振动参数的设置方法研究 [J].船舶电子工程，2002,(5):62-63.

[10]GB/T 2423.10-2008/IEC 60068-2-6:1995,电子电工产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc：振动（正弦）[S].