振动试验分析

徐杨坤

摘 要 本文介绍了正弦振动和随机试验的试验方法，试验目的、夹具要求、专业术语和试验具体实施方法等。

关键词 正弦振动 随机振动 振动夹具

中图分类号：TB936文献标识码：A

0概述

电子产品在实际运输，使用过程中不可避免的会遇到振动碰撞的情况。所以在产品研发和验收工作中都会考虑产品进行振动试验。目前单向振动试验主要分随机振动和正弦振动两种。本文主要介绍振动试验的两种试验方法和具体振动过程中的注意事项。

1专业术语

传感器的安装对试验来说很重要，这里重点介绍关于传感器安装的专业术语。

固定点：样品与夹具或振动台面的连接点，通常是使用中固定样品的点。（如果是实际安装结构的一部分作夹具使用，则取安装结构和振动台面接触的部分作固定点，而不取样品和振动台面接触的部分作固定点。当样品是带包装的产品时，样品与振动台接触表面可视为固定点）

检查点：位于夹具、振动台或样品上，尽量靠近固定点，且在任何情况下都要与固定点严格刚性连接。试验的要求是通过若干检查点来保证的。

控制点： 从检查点中选出的点，其信号用于试验控制，以满足本部分的要求。

单点控制：采用来自基准点上传感器的信号，使该信号保持在规定的振动量级上实现控制的方法。

多点控制：采用来自各检查点上传感器信号进行控制的方法。（注：信号是采用连续的算术平均或采用比较技术来处理，根据按有关规范来决定）

2振动的种类

随机振动是一种规律显示出相当的随机性而不能用确定性的函数来表达，只能用概率和统计的方法来描述的振动。比如路面凹凸不平使行驶的汽车产生随机振动，水浪使船产生的随机振动，地震对结构产生的随机振动等等。随机振动在实际运用过程中通常用于产品识别应力累积效应和特定功能的退化。

正弦振动分定频振动和扫频振动两种试验。定频振动是一种振动频率始终不变的正弦振动，一般模拟转速固定的旋转机械引起的振动，或者结构固有频率处的振动。扫频试验是扫频试验是指在试验过程中维持一个或两个振动参数（位移、速度或加速度）量级不变，而振动频率在一定范围内连续往复变化的试验。 正弦振动试验一般考验的是产品的结构强度和搜索结构的共振频率。

3传感器的安装

在进行振动试验时最重要的是要选择好控制点，以不同的控制点做测试，测试结果也可能不同。控制点的选择主要是从检查点中选取，检查点的选取注意事项有以下几点：如果存在4个或4个以下的固定点，则每个都用作检查点。对于带包装的产品包装表面与振动台相接触的固定点，如果在测试的频率范围内振动台或夹具没有发生共振，可以用一个检查点。如果发生共振，就需要采用多点控制。如果存在4个以上的固定点，则有关规范规定4个具有代表性的固定点作检查点用。在特殊情况下，例如对大型或复杂的样品，如果要求检查点不紧靠固定点则在有关规范中规定。当大量的小样品安装在一个夹中时，或当一个小样品具有许多固定点时，为了导出控制信号，可选用单个检查点（即基准点），但该点选自样品和夹具的固定点而不选自夹具和振动台的固定点。这仅当夹具装上样品等负载后的最低共振频率充分高过试验频率的上限时才是可行的。

4振动夹具的要求

振动夹具主要是用来把样品固定在振动台上的工装。振动夹具的制作需要符合要求，避免对产品造成共振和减震，必须刚性连接。在试验前对夹具进行测试，夹具测试的主要内容为：

参数设置：采用正弦扫频方法进行具测试，可以采用正弦扫频方法其参数设置应满足以下要求;

扫频速率≤1oct/min，定加速度或者位移，扫频范围：被试设备振动试验的下限频率上限频率;

合格判定：在整个频率范围内，其检测点上测得的容差范围应满足以下要求：保持在规定振幅的？0%以内;

夹具在试验频率范围内应尽量避免共振，若无法避免时，应分析试验时夹具共振对被试设备性能的影响。

5试验具体实施

正弦振动试验一般分三个流程：

初始检查。振动检查是为了确定样品的固有频率点，用来确定耐久试验是选用定频振动还是扫频振动。如果选用定频振动可以确定定频振动的频率点，为试验提供具体指标。初始检查的指标一般与耐久循环试验的指标相同，一般持续一个循环就够了。做完初始检查时应该详细记录产品的危险频率。危险频率指的是样品的共振频率点和以及影响产品性能的频点。

耐久试验。耐久试验是整改试验的主要参数，我们一般得到的正弦指标基本上都是耐久试验指标，其中包括：频率范围、加速度/位移、扫频速率和扫频时间/循环。产品的中间检查一般也放在此阶段。

在上述初始检查响应中如果危险频率比较集中或者比较少的时候，我们可以选择定频振动试验，频率点就是危险频率。如果危险不叫多/或者非常分散可以选择扫频振动试验。定频振动试验和扫频振动试验一般只选一种就可以了。

最终检查。最终检查是为了确定产品在经受耐久试验后是否发生了改变，其结果需要和初始检查进行对比，用于确定产品是否适用于指标规定的环境。整个试验结束后对产品进行外观性能等综合检查，通过前后对比，给出相对正确的结论。

随机振动试验流程如下：

初始检查。随机振动试验一般不要求做初始响应检查。但是如果有关标准规定需要做初始检查也是可以进行的。

当用正弦激励时，有关规范应规定至少进行一次覆盖试验频率范围的扫频循环，且扫频时，振幅应能转换为随机试验的加速度均方根值，以防止试验样品的应力比随机振动试验中的大。应采用1oct/min的扫频速率以适用确定响应的频率与振幅。如果担心引起结构充分的谐振，则可能要用更快的扫频速率扫频，要求研究较慢扫频速率或在已知共振附近的来回扫频多次，但应限制最小时间，以确保获得所要求的结果。应避免驻留时间过长，此时振幅可根据需要进行调整。

用随机方法进行振动响应检查时，应考虑足够长的时间，以使响应的随机变化达到最小。进行随机振动响应试验应使用随机振动的频谱。在最低的共振频率上-3dB频带内至少有5条谱线。

当采用随机激励時，加速度均方根值不应超过随机振动试验中规定值的25%持续时间应尽可能短，但至少应足够长以保证自由度至少达到DOF=120。如果定期观察和记录满量程试验中的共振响应，则不需要进行特殊共振检查。

有关规范若有要求，试验样品应在该检中处干运行模式。因为试验样品运行而无法评定机械振动性能，应进行试验样品没有运行时的附加振动响应检查。在这个阶段，应检查试验样品以确定危险频率然后记录。

试验前预实验。在要求的指标试验前，为了均衡的进行分析，一般需要对试验指标进行低量值的随机振动试验。时间一般如下：均分跟量值低于-12dB的时候无限制，-12dB ～ -6dB的时候不超过规定时间的1.5倍，-6dB～ 0dB的时候不超过规定时间的10%。随机振动是规定时间不包含预实验时间。

中间检测。中间检测是按照随机振动规定指标100%运行的试验阶段，该阶段为整个随机试验的核心，中间检测和功能检测均在这个阶段。

最终检测。在进行初始检查的情况下，也需要进行最终检测，按照初始检查的指标进行试验结果对比。如果未进行初始检查，则只不需要进行振动试验。整个试验结束后对产品进行外观性能等综合检查，通过前后对比，给出相对正确的结论。

6结束语

通过上述结果，相信大家对随机振动试验和正弦振动试验都有了一个了解，在考虑到产品需要做什么振动时可以有个参考。我们一般可以在进行产品的结构强度测试时，可以优先考虑正弦振动。在进行产品累计应力损伤验证时，可以优先考虑随机振动。

参考文献

[1] GB/T2423.56-2018，环境试验第2部分：试验方法试验Fh：宽带随机振动和导则[S].

[2] GB/T2423.10-2019，环境试验第2部分：试验方法试验Fc：振动（正弦）[S].