实测振动数据处理与振动加速试验

沉 辰，张琦伟（南京苏试广博环境可靠性实验室有限公司,南京 211800）

实测振动数据处理与振动加速试验

沉 辰，张琦伟
（南京苏试广博环境可靠性实验室有限公司,南京 211800）

通过例举一组实测振动数据，并对其进行分析、处理和归纳。介绍了将实测振动数据处理成所需振动谱时的加速振动试验的技术要点和技术方法。

实测振动数据；振动数据处理；振动加速试验

概述

现实生活中存在各种各样的振动环境。比如地震过程中地面物体会受到地震波激励引起的振动；在各类运载工具上的设备，结构件受到行进，发动机激励等引起的振动；又比如石油钻井在钻探过程中引起的振动等等。

为了使各类运载工具上的设备，结构件能经受住实际使用中的振动，首先要论证其实际所需的振动设计指标，当然这种指标有的可以用标准中的规定和要求，但在许多情况下，往往无标准和规范可查，需要通过实测来解决，另外在正式使用设备和结构件之前，还需要在实验室用模拟试验方法，对其环境适应性和可靠性进行考核。

1 数据处理

通过实测解决，又涉及到对实测数据的处理问题。实测数据可以处理出时域信号，也可处理出频域信号。时域信号可用于考核要求。但要用于设计输入就存在一定的难度。频域信号，例如对功率谱密度频谱（下文称振动图谱），可用于：

1）环境适应性设计输入和考核要求；

2）可靠性设计和考核要求；

3）寿命设计和考核要求。

2 技术处理和加速

对实测信号按数据处理规范处理和归纳后，无论是时域信号，还是频域信号，用做实验室考核时，在当今的实验室设备上不一定能完全模拟出来，例如实际环境中的低频大位移，为此：

1）需作一定的技术处理才能实现实验室的模拟；

2）用作寿命试验将涉及到对振动量级的加速问题。

无论是技术处理还是进行加速，其要求是实验室得出的失效机理和失效模式必须与现场相一致，这是一条不可违背的原则。

3 载重汽车外挂柜振动实测、分析、处理与归纳

载重汽车外挂柜内装冷水，通过循环用于冷却载重汽车的刹车装置的刹车片，为了保证其有好的环境适应性及使用可靠性，必须给它提供设计输入和考核要求。而这种设计输入和考核要求，有无任何标准和规范可作为依据，为此必须通过实测和数据处理和加速来进行。

本次采集数据的目的是摸清载重汽车外挂柜在各种工况下所经受到的振动环境应力情况，为节省篇幅，本文省去了现场实测部分，仅对实测环境中的振动图谱转变成实验室可以实现的振动图谱以及对振动时间进行加速做一个举例说明。并通过对数据的分析、处理、归纳，为载重汽车外挂柜的试验要求提供关于振动环境适应性和按100 000 km寿命考虑的振动环境试验的相关依据。外挂柜的设计寿命为100 000 km，按照平均时速50 km/h计算，外挂柜的设计寿命时间为2 000 h。

1）采集水冷散热器上振动环境时传感器布局图（简单示意），见图1。

2）时域图谱见图2。

时域数据按照采样频率和时间进行分块形成时域块。对每个时域块进行分别快速傅里叶变换转换成频域信号—功率谱密度的频谱（自功率谱图），然后在对每个时域块所转变而成功率谱密度的频谱集合起来在频谱上求频谱的平均值和极值包络，再按每振动方向求出能代表该方向各工况的振动量值。图3和图4是求得的功率谱的平均值谱和极值包络谱。

通常各方向各工况极值量级（总均方根值加速度）相对于平均值量级（总均方根值加速度）通常高3～5倍。本次对Z方向的极值量级（总均方根值加速度）比Z方向的平均值量级（总均方根值加速度）高24.7倍,在功率谱密度的频谱大约高17.5倍。频谱的离散程度很大,平均值量级在实际运行中所占的时长远远高于极值量级所占的时长，采用极值量级进行试验必然要考虑振动试验的加速问题既是增加试验量级缩短试验时间。

图1 传感器布测示意图

图2 时域图谱示例

图3 Z方向的均值功率谱密度的频谱图

图4 Z方向的极值包络功率谱密度的频谱图

图5 Z方向的最终功率谱密度的频谱图

即，W0—规定的随机振动量值，

W1—实际施加的随机振动量值，

T0—规定的振动时间，

T1—实际施加的振动时间。

通过公式（1）计算而得实际施加的试验时间为21 h 20 min。即1 h的振动试验相当于载重车跑约4 700 km。考虑到本次实测不可包含外挂柜实际情况的全部工况，将所得功率谱密度的频谱量值×1.2的安全系数，以保证外挂柜在本次实测中所无法遇到的工况的进行统计学上的包络。最后而成的功率谱密度的频谱如图5所示。

如果觉得20多h的振动试验试验时间还是太长，可以按公式（1）再次进行加速推荐使用谱密度放大1.6倍实际试验时间缩短6.55倍。这样本次实验时间可以再次缩短为3 h 15 min。

4 总结

通过举例说明对实测振动数据处理与振动加速试验进行了一个简要的说明和处理过程演示，在GJB 150A中推荐使用实测数据进行试验来达到试验环境和真实环境保持一致，同时对于时间特别长的试验，可以通过增大试验量级来缩短实验时间，来达到试验中需要暴露的设计，工艺，早期失效等引起的缺陷，减少试验费用提高设备的可靠性。

[1] GJB 150.16A , 军用装备实验室环境试验方法 第16部分振动试验[S].

沉辰，毕业于兰州理工大学，现任公司技术主管，从事环境可靠性试验方面相关工作。

张琦伟，毕业与常州大学，现任公司工程部副部长，从事环境可靠性试验方面相关工作。

Measured Vibration Data Processing and Vibration Acceleration Test

SHEN Chen, ZHANG Qi-wei
(Nanjing Sushi Guangbo Environmental Reliability Laboratory Co., Ltd., Nanjing 211800)

This paper gives an example a set of measured vibration data, and then it analyzes, processes, and inducts these data. In addition, it introduces the technical points and the technical methods of acceleration vibration test when the measured vibration data is processed into the required vibration spectrum.

measured vibration data; vibration data processing; acceleration vibration test

V216.5

A

1004-7204（2017）01-0017-03