振动试验（精选12篇）
振动试验 篇1
0 引言
国内外溃坝资料研究结果表明,防洪标准低、泄洪能力不足、设计不合理、施工质量差、坝体裂缝、坝体滑坡、坝基渗透破坏、运行管理不善、泄洪设施失效等是造成堤坝工程事故的主要因素。其中,渗透破坏造成的失事占有相当大的比重,堤基管涌对堤防的威胁最大。因此,防渗处治是堤防工程建设的关键问题。
常用的防渗加固技术有灌浆和防渗墙等。振动沉模防渗墙技术是一种薄型插板式防渗墙[1],该技术采用大功率、高频振动器将H形矩形空腹钢模板振动沉至设计深度,起拔模板时,灌注防渗浆料,从而形成单元防渗墙壁。防渗料的性状是振动沉模防渗墙处治中的关键技术,而分层性状又是影响混合砂浆防渗料的和易性、可泵性、流动性、离析性和泌水性的控制性指标。分层性也直接影响着墙体的质量和纵向均匀性。
为了保证堤防振动沉模防渗墙体的纵向均匀性,使墙体与堤防填料协调变形,需深入研究混合砂浆防渗料的分层性,进一步降低防渗料的分层性及其刚度;揭示不同振动模型对分层性的影响规律,研究混合砂浆防渗料分层规律。
1 混合砂浆的振动模型试验
采用直径为15 cm,高30 cm～90 cm的四组圆柱体试筒组成分层模型,确定混合砂浆防渗料的性能指标沿深度的变化规律。圆柱体试筒分别为2节～5节,试筒最下节的高度为10 cm,其上各节试筒高度均为20 cm,每节试筒间设有橡胶垫圈。本试验采用粉土黏土双掺的粉煤灰水泥砂浆。取四组不同的分层模型,分别将分层模型置于振动台上,试样一次装入试筒内,振动1 min,使混合砂浆防渗料的分层性充分地表现出来,本研究采用相同配比及振动时间的模型试验。振动后,自上而下分别取出各节试筒内的砂浆,测定各性能指标,具体试验结果见表1。
1.1 分层性测试
砂浆的分层性指标包括稠度和分层度。稠度由砂浆稠度仪测定,分层度由砂浆分层度测定仪测定[2]。
稠度试验是将砂浆拌合物一次装入容器内,使砂浆表面低于容器口10 mm左右,用振捣棒自容器中心向边缘插捣25次,然后敲击5下～6下,整平砂浆表面,将容器置于稠度测定仪上进行测定。容器中的砂浆只允许测定一次稠度,重复测定时,应重新取样。取两次试验的算术平均值,精确至1 mm。
分层度试验是将砂浆拌合物一次装入分层度试筒内,装满后,用木锤在试筒周围四个不同的部位敲击1下～2下,当砂浆沉落而低于筒口时,应随时添加砂浆,刮去多余的砂浆并抹平;静置30 min后,去掉试筒上节中的砂浆,倒出试筒下节中的砂浆,放入拌合器内拌2 min后测定下节砂浆的稠度。砂浆拌合物的稠度与静置30 min后下节砂浆的稠度之差即为分层度,取两次平行试验的算术平均值作为砂浆的分层度。
1.2 抗压强度测试
抗压强度根据《建筑砂浆基本性能试验方法》[2],试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm。试验中以六个试件为一组,当六个试件的最大值或最小值与平均值的差超过20%时,以中间四个试件的平均值作为该组试件的抗压强度值。
1.3 弹性模量测试
弹性模量是防渗材料的一项重要力学性能。本研究应用超声波法,通过测定砂浆试件的动弹性模量变化来反映振动对防渗墙体纵向均匀性的影响。超声波声速与固体介质的弹性模量之间存在一定的数学关系,利用超声波法测量水泥砂浆的动弹性模量,实质是让超声波穿透试件,超声波作为载体获得试件的信息,根据测得的超声波传播速度与水泥砂浆动弹模量之间的密切关系,计算出水泥砂浆试件的动弹模量[3]。
1.4 抗渗性能测试
抗渗性是防渗材料的一项重要技术性能指标。抗渗性的好坏决定着防渗墙的质量,进而关系到大坝的安全性。本文将采用吸水率作为混合砂浆试件的抗渗性能指标。
测试吸水率采用边长为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体试块,三块为一组。将达到28 d龄期的试块从养护室中取出,烘箱内进行干燥,温度在100 ℃以上,干燥时间为12 h。然后将试块在真空装置中进行抽气、浸泡,浸泡5 h达到水饱和后,将试块取出,用使劲拧干的湿布迅速擦掉试块表面的水,用电子秤称出试块吸水后的质量[4]。吸水率的计算表达式为:
其中,a为塑性混凝土的吸水率;M2为试块在饱水状态下的质量;M1为试块在干燥状态下的质量。
1.5 试验结果分析
根据混合砂浆防渗料的分层模型试验结果,混合砂浆的分层强度、动弹性模量、渗透性和稠度沿深度成线性变化。但是其变化的趋势受到了所取试筒模型高度的影响,如果将性能指标对应的深度Z换算成相对深度h(所在深度Z与所取模型的高度H的比值),则可去除所取模型类型的影响因素。
本文将具体研究混合砂浆的分层强度(Rh)、分层动弹性模量(Edh)、分层吸水率(ah)及稠度(Dcdh)与相对深度h所对应的关系。图1～图4表示混合砂浆在振动后各种性能指标随相对深度的变化规律。
从图1～图4可见,混合砂浆的分层强度(Rh)、分层动弹性模量(Edh)、分层吸水率(ah)及稠度(Dcdh)与相对深度h有较好的线性关系。由此所推导的线性公式可消除所取试筒模型高度对混合砂浆性能指标的影响,使推算结果得以简化。
2 结语
从模型试验中可以看出混合砂浆的稠度、抗压强度、动弹性模量、吸水率沿深度成线性变化,而随着模型高度的增加,模型最高层与最低层的差异也在增大,但是相邻层之间的差异性却在逐渐减小。所以,在有关振动沉模施工法的室内试验中选择较高的试筒模型可以减小相邻层间混合砂浆试件的分层性。由本文所推导的线性公式可消除所取试筒模型高度对混合砂浆性能指标的影响,使试验得以简化。
摘要：结合振动沉模防渗墙技术,通过分层模型的振动台试验,研究了混合砂浆防渗料的分层性随振动模型的变化情况,揭示了混合砂浆防渗料的性能指标随振动模型的变化规律。
关键词：振动沉模,混合砂浆,分层性
参考文献
[1]白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京:中国水利水电出版社,2001.
[2]JGJ/T 98-96,建筑砂浆基本性能试验方法[S].
[3]申爱琴.超声波法测定水泥砂浆弹性模量的可靠性分析[J].西安公路学院学报,2000,14(2):44-47.
[4]SL 237-1999,土工试验规程[S].
振动试验 篇2
振动试验系统在冲击响应谱试验中的应用
随着爆炸冲击环境逐渐受到重视,模拟这种复杂振荡波形的设备也随之增多.文章介绍了在冲击响应谱试验中,振动试验系统的工作原理和使用方法,并对其实用性进行了分析.长期的、大量的`试验研究结果表明,使用振动试验系统进行冲击响应谱试验不仅可行,而且还有一定的优势.
作 者：王招霞 王剑 樊世超 Wang Zhaoxia Wang Jian Fan Shiehao 作者单位：北京卫星环境工程研究所,北京,100094 刊 名：航天器环境工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)： 26(2) 分类号：V416.8 关键词：振动试验系统 冲击谱 控制谱 时域谱振动试验 篇3
【关键词】正弦定频 正弦变频和随机振动
引言
运输包装检测是通过包装试验对包装件的性能进行确认，以判断包装件是否能够适应流通环境中出现对应的运输危害。自20世纪80年代，我国国标4857系列陆续制定了23个包装件测试标准。测试标准大致可以分为四类：温湿度试验、振动试验、冲击试验、压力试验。
其中运输包装件振动试验分为三类：第一，GB-T 4857.7-2005正弦定频振动试验方法；第二，GB-T 4857.10-2005正弦变频振动试验方法；第三，GB-T 4857.23-2012随机振动试验方法。这三种试验方法的试验原理和试验目的各不相同，在选择使用过程中需要明确试验目的，避免选择不合适的试验方法而不能达到预期的目的。
在运输过程中，振动试验是一种能量小、持续时间长的疲劳试验。汽车、火车和飞机运输时都不可避免会产生振动，这是包装件必须面对的一种运输危害，无法从技术手段消除运输振动的产生。因此，包装必须有足够的能力减少外界振动传递给内装产品，或者产品设计强度足够承受外界的振动危害。振动试验不仅评价包装的缓冲保护性能，同时也能发现产品的设计缺陷，为改进产品提供依据。
1 三种试验方法简要介绍
首先介绍一下三种试验方法的试验步骤。
1.1 正弦定频振动试验
正弦定频振动试验用于评定运输包装件在正弦振动情况下的强度及包装对内状物的保护能力。
将试验样品按预定的运输状态居中放置在振动台台面上。如果样品不固定在台面上，可以使用围栏，既可以做单个样品，也可以在样品顶部添加载荷。
方法A：选定0.5g-1g之间的加速度后，在选定振动峰峰值位移对应的频率进行振动试验。
方法B：选定振幅，2Hz频率下开始振动，逐渐提高频率，直到样品按照规定要求跳离台面。
试验结束后按照有关规定检查包装及内状物的损坏情况，并分析试验。
1.2 正弦变频振动试验方法
正弦变频振动试验方法用于评定运输包装件在正弦扫频或共振情况下、振动情况下的强度及包装对内状物的保护能力。
将试验样品按预定的运输状态居中放置在振动台台面上。如果样品不固定在台面上，可以使用围栏，既可以做单个样品，也可以在样品顶部添加载荷。
方法A：扫频范围3-100-3Hz，扫频速率0.5oct/min，扫描2次。
方法B：方法A确定共振点后，选取0.2g-0.5g内一个加速度值，在共振频率的±10%范围内进行共振试验，每个点试验15min。这种方法又称驻频试验。
试验结束后按照有关规定检查包装及内状物的损坏情况，并分析试验。
1.3 随机振动试验
随机振动试验评定运输包装件经受随机振动时，包装对内状物的保护能力。
将试验样品按预定的运输状态居中放置在振动台台面上。一般情况下样品不固定，四周安装护栏，护栏与样品有10mm的间隙。只有包装件在实际运输过程中需要固定时，样品才固定在台面。
按照选定的随机振动图谱进行随机振动试验，试验时间推荐180min。
当知道运输距离时也可以根据公式t=S/K
式中：t—试验时间，单位为分（min）；S—运输总距离，单位为千米（km）；K—试验时间估算常数，K取6，单位为千米每分（km/min）。
试验过程中，如需对产品进行观测，可以在外包装上不重要的位置开观测孔。试验结束后按照有关规定检查包装及内状物的损坏情况，并分析试验。
2 三种试验方法使用注意事项
2.1 正弦定频振动试验的问题
国标方法A中根据加速度和位移，并且样品不跳离台面进行振动试验，按照标准给定的图形可以有很多种选择，没有给定具体的试验参数，试验目的不明确。
方法B中选定的振幅没有给出一个推荐范围值，所以选择多大的振幅就存在争议。另外，两种试验方法都没有给定试验时间，需用户自行确定。
结合ASTM D999中方法A1和ISTA测试程序中固定位移振动试验，建议国标正弦定频振动试验参数确定为：振幅25.4mm，在频率2Hz-5Hz范围内确定样品按规定跳离台面，振动时间1h。样品四周安装护栏，不能限制样品垂直方向的运动。
2.2 正弦变频振动试验的问题
方法A中没有给定振动加速度值；方法B加速度给定了一个范围。
结合ASTM D999的规定，建议国标正弦变频振动试验参数确定为频率范围3-100-3Hz，加速度0.5g，扫频速率0.5oct/min，扫描2次；共振试验加速度为0.5g，试验时间每个共振点15min，样品通过适当方式与振动台面刚性连接在一起。
2.3 随机振动试验
随机振动试验的试验方法和试验要求没有规定不完善的。只是振动时间方面写的比较笼统。ASTM D4169中规定了随机振动的推荐时间是180min，推荐时间范围是30min-6h。因为有些情况下产品在3h内就会出现过应力或磨损，而有些疲劳失效的时间多于3h。但试验时间最长为6h。ASTM对试验时间做出了更明确地说明，有助于更好地确定试验时间。
试验过程中，样品一般不固定在台面，并且按照实际运输层数进行试验。
3 试验方法的选择
正弦定频振动试验建议的试验参数更适合包装件，严格意义上来说并不是振动试验振动，而是一种连续冲击试验，因为试验过程中包装件会与振动台面发生连续的碰撞。直观表象为包装件在台面上发生了弹跳。这个试验不是对真实运输过程的模拟，虽然包装件在运输过程中也会发生弹跳，但却不是恒定频率和振幅的弹跳。该试验方法用于评定运输振动显然不合理，但是作为筛选试验是一种非常不错的方法。
正弦变频振动试验是平滑的振动，在包装测试中主要用于寻找产品敏感部件、关键部件等的共振点，然后通过驻频试验确定共振点的潜在危害。这种试验方法不适用于评价运输危害。更加适合考核产品的结构强度。
随机振动试验是一种非确定性振动，它的振动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，需将实际的时域信号通过傅里叶变化转化为频域信号来实现实验室随机振动试验。这个试验更加符合实际的运输振动情况，这种振动与实际的车辆振动情况比较接近，也是目前实验室用于评定包装件振动性能的主要试验方法。
结语
综上所述，随机振动试验是评价运输包装件抵抗振动的最有效的试验方法。因为它能够最接近模拟真实的运输情况。需要注意，不同的运输工具和运输条件，随机振动的PSD图谱都不一样，所以在选择随机振动PSD图谱时一定要结合实际的运输条件和工具来选择。
最重要的一点，如果在实际运输过程中，样品在运输工具上没有固定，那么试验过程中样品也不能固定在振动台台面上。否则在试验与实际运输就出现了偏差，不能正确评估包装件的抵抗振动的性能。
参考文献
[1]GB/T 4857.7-2005.包装 运输包装件基本试验第7部分：正弦定频振动试验方法.
[2]GB/T 4857.10-2005.包装 运输包装件基本试验第10部分：正弦变频振动试验方法.
[3]GB/T 4857.23-2012.包装 运输包装件基本试验第23部分：随机振动试验方法.
[4]ASTM D999-08 Standard Test Methods for Vibration Testing of Shipping Containers
[5]ISTA resource book 2014
振动试验的应用研究 篇4
振动试验主要是环境模拟，就是使产品经受到与实际使用过程的振动环境相同或相似的振动激励作用，来验证考核产品在预期的振动环境作用下，能否达到设计规定的性能指标。从振动试验的的历史来看，试验是从正弦定频→正弦扫描→随机振动发展的，由于随机振动试验能更接近于实际振动环境，对试件的考核也较严格，已成为产品研制中环境振动试验优先选用的试验方法。
我们在研制某测控产品中，为了满足客户对该产品在剧烈振动条件下相关技术参数指标的稳定性、可靠性要求，设定了随机振动试验作为产品验收的重要环节之一。
1 试验
1.1 试验装置
振动试验系统硬件主要由振动台、传感器、功率放大器、控制部分、试验夹具及计算机几部分组成。
1)振动台。试验使用的电动振动台具有频率范围宽、波形平滑、失真和噪声较低等优点，并能够适应高加速度、高控制精度的振动试验。其技术参数如下：型号：ET-3;激振力：正弦振动3000N (300kgf);随机振动2400Nr.m.s (240kgf);频率范围：5～4000Hz;最大加速度：1000m/s2;最大速度：1.6m/s;最大载荷：120kg;最大位移：25mm;运动部件有效质量：2.7kg。2)功率放大器。所用的开关功率放大器具有软启动、体积小、转换效率高。型号：DA-3;输出功率：3KVA;频率范围：5～4000Hz;输入信号电压：≤2Vrms;输入阻抗：≥10KΩ;励磁电源：三相全波桥式整流，输出DC270V、DC9A。3)控制器。控制器的主要功能是作振动试验的控制及信号分析。所使用的是运行于Windows视窗界面的RVC-2型数字式振动控制系统。型号：RVC-2;频率范围：1～5000Hz;控制通道：1～4;测量通道：1～8(可扩充为16通道);最大动态范围：正弦控制80db;随机控制55d B;控制精度：±0.5db;分析方式：RMS、跟踪滤波、峰值。4)传感器。传感器的功能是将振动的参数如位移、速度、加速度等转换成便于处理和存储的信号，选用的是压电式加速度传感器。5)夹具。为使振动台的振动和能量不失真地传递给被试产品或试件，防止夹具在试验频率范围内发生结构共振而影响试验产品。我们使用的A3钢材料夹具，用螺杆、压板的方式对产品或试件固定安装。
1.2 试验方案确定
1)试验方法和分类。试验方法：考虑到车辆运输和飞行器飞行时所遇的主要振动环境为宽带随机加窄带随机或宽带随机加正弦，并且由于共振的相互影响(因随机振动包含所有的振动频率分量)，随机振动对产品施加的应力更复杂和更强，比使用单纯正弦振动更易损坏产品的材料结构及功能。我们选用了随机振动方式，采用具有功率谱密度(PSD)控制功能的伪随机振动的方法，检测评价产品抗实际环境振动的能力。试验分为功能试验和耐久试验两个部分：功能试验选择设备全功能正常工作时所预期的最大量值，试验主要发现与振动最大量值相关的性能下降、失灵类故障。耐久试验量值和时间按疲劳等效原则处理，选择国军标GJB150.16-86中推荐的1.6倍功能试验量值。耐久试验发现的主要是累积损伤模型故障。2)试验条件。随机振动试验条件包括试验频率范围、功率谱密度、加速度总试验均方根、持续时间和试验方向等。根据试验规范确定试验参数见表1。
1.3 试验准备
为提高控制精度和试验准确性，主要从试验系统的动态范围、均衡速度、均衡精度、控制点、试件安装的合理性几方面着手。
1)计算复核。试验前必须对加上负载后参数值进行计算，与设备额定范围值及范围核实。如加速度、角速度、位移、负荷(及夹具)重量等。2)夹具和试件安装。产品或试样借助于夹具紧固于振动台上，夹具连接台面应无间隙松动，尽量避免其他附加的约束。3)控制点选择。传感器响应点选择在试验样品敏感部位上，选择试验样品或夹具面上作为控制点较好。对小试件，可选择接近台面中心位置作为控制点。传感器的安装方向应与振动方向一致。
2 试验数据及分析
2.1 数据采集
产品数据测试点为：编码值在00～01跳变处的电压值(V1)
编码值在FE～FF跳变处的电压值(V2)
在试验中监视输入电信号不应有跳变或变化较大现象。
2.2 数据处理
精度计算公式：η1=(V1-v1)/L×100%
式中：v1———在00～01处标准电压信号值
v2———在FE～FF处标准电压信号值(见表2)
L—测试量程
2.3 合格判定
若计算值η1、η2绝对值均满足不超过0.9%，则判定合格。
3 结论
随机振动试验正被普遍用作产品可靠性和耐久性评定方法，采用合适的随机振动试验系统和可行的试验方案，能很好地应用于实际产品的环境适应性试验项目。随机振动试验的控制系统较为复杂，各个环节都很重要，需要不断去改进、发展。
参考文献
[1]殷雪岩.随机振动试验技术研究[J].北京航空航天大学学报, 1995.
[2]苗青.产品随机振动试验中的若干测试技术问题[J].测试技术学报, 1998.
振动试验 篇5
转子越过临界转速的振动特性试验研究
以盘偏置单盘双简支试验器转子为对象,由加速与减速的幅频特性曲线确定转子的`临界转速.以幅频特性曲线模态计算法确定盘处的偏心距和阻尼比,用弯、扭耦合传递矩阵法计算临界转速及稳态不平衡响应,同时分析了偏心距及初始弯曲按一阶振型分配时,转子越过临界之振动特性.由试验与理论分析结果表明,加速度对振动特性有明显的影响.
作 者：杨伸记 赵明 杨秉玉 戚先萍 任平珍 Yang Shenji Zhao Ming Yang Bingyu Qi Xianping Ren Pingzhen 作者单位：西北工业大学航空动力与热力工程系,西安,710072刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(2)分类号：V231.96关键词：转子速度 加速度 临界转速 模态振动试验
振动试验 篇6
关键词：橡胶粉；水泥稳定碎石；试验
引言
水泥稳定碎石，主要由粒料和灰浆体积组成。粒料为级配碎石，灰浆体积包括水和胶凝材料，胶凝材料由水泥和混合材料组成。而在水泥稳定碎石中加入橡胶粉，会极大的改善水稳基层力学性能和稳定性。而本文就不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实试验进行了探讨，相信对有关方面的需要有一定帮助。
1试验准备
1.1原材料
水泥采用P.C32.5水泥，技术指标符合规范要求；集料为石灰岩，技术指标符合规范要求；橡膠粉采用10～40目0.3～3mm连续级配胶粒，表观密度为1220kg·m-3。
1.2级配的选择
采用嵌挤理论计算不同级别集料的孔隙率，再逐级填充从而确定主骨料的级配。骨架密实型级配范围如表1所示。最终选定的水泥稳定碎石骨架密实级配如表2所示。
表1骨架密实型级配范围
表2试验采用级配
1.3试验仪器的选择
考虑到振动压实与静力压实机理的不同，混合料在振动和冲击的作用下，颗粒表面形成一层水膜，从而使颗粒更容易移动而达到密实状态，所以采用室内振动压实试验的方法。根据水泥稳定碎石水稳基层对振动压路机振幅和工作频率的选择要求，一般名义振幅为0.8～2.0mm。工作频率选择范围为25～40HZ，为达到最佳振动效果，振动试验仪的参数选取见表3。
表3振动参数选择
2最大干密度与最佳含水量随橡胶粉
含量的变化规律水泥剂量为4.0%时，掺入含量为0%、2%、4%、8%、10%的橡胶粉，分别进行细度为2～1.2mm（10～20目）、1.2～0.5mm（20～30目）、0.5～0.4mm（30～40目）的a、b、c三组试验。试验前将试料放入烘箱中烘干至恒重；采用强制搅拌的方式保证橡胶粉在混合料中均匀分布；将湿混合料加入试模中，振动击实1～2min；进行试件最佳含水量和最大干密度的测试。
图1为三组试件在加入不同剂量橡胶粉时测得的最大干密度。由图1可知，对于一定粒径的橡胶粉，随着含量的增加，混合料的最大干密度先增大后减小，变化量在0.1kg·m-3左右；橡胶粉掺量在2%～3%范围时，混合料的最大干密度达到最大值；c类橡胶粉可使混合料的最大干密度产生较大变化，其峰值较a、b类大。
图1 橡胶粉含量与最大干密度的关系
分析其原因认为，少剂量的橡胶粉能够填补集料骨架密实结构的空隙，在振动试验条件下，橡胶粉颗粒表面形成的水膜可以促进颗粒移动，达到比较好的密实状态，粒度越细，越有利于增强振动效果；随着橡胶粉含量的继续增加，橡胶粉不再起填充作用，开始在混合料中占据一定体积，从而使干密度下降；c类橡胶粉对混合料最大干密度的影响效果比较明显，因此在实际应用当中选择合适剂量的c类橡胶粉能够提高基层的密实效果。
图2为橡胶粉含量与最佳含水量的关系。由图2可知，混合料的最佳含水量随着橡胶粉含量的增加迅速增加，这是由于橡胶粉的吸水率较大，而且吸水较快。对于相同剂量的橡胶粉，粒度越细，比表面积越大，吸水效果越明显，且掺加c类橡胶粉混合料最佳含水量的值与增长率比a、b类均大。
图2 橡胶粉含量与最佳含水量的关系
3无侧限抗压强度随橡胶粉含量的变化规律
将掺有不同剂量橡胶粉的水泥稳定碎石混合料投入试模振动成型机，得到150mm×60mm的圆柱体试件。把试件置于温度为（20±2）℃、相对湿度不小于95%的养护室内雾化加湿养护7d后，分别进行无侧限抗压强度测试。无侧限抗压强度随橡胶粉含量的变化规律如图3所示。
图3 橡胶粉含量与无侧限抗压强度的关系
由图3可以看出，掺入0%～2%的橡胶粉时，混合料的无侧限抗压强度稍有提高；随着橡胶粉含量的增加，混合料的无侧限抗压强度逐步降低。
主要原因为：橡胶粉具有良好的吸水性和保水性，嵌挤在骨料中，与混合料形成密实结构；橡胶水泥稳定碎石内部存在橡胶颗粒与水泥砂浆包裹界面、橡胶颗粒与碎石之间粘结界面和橡胶颗粒之间或碎石颗粒之间粘结界面等三类界面，随着龄期增长，橡胶水泥稳定碎石试件结构内部第三类界面增多；橡胶粉是一种强度较低的软弹性材料，其含量增加将造成试件整体强度下降，而且由于橡胶粉的弹性效应在一定程度上减弱了水稳碎石混合料后期强度的发展，因此抗压强度较未掺橡胶粉的混合料略有降低。
4冲刷特性研究
水泥稳定碎石材料的冲刷性能与其强度形成过程、材料组成及其空间结构有关。实际工程当中，从道路面层进入基层交界面的雨水，在反复行车载荷作用下会产生动水压力和真空水压，最终引起基层脱空等病害。因此有必要对橡胶水泥稳定碎石进行冲刷特性研究。
采用MTS试验台来做水泥稳定碎石混合料的冲刷试验，该试验原理考虑了水对试件的侵蚀作用和车载对基层顶面的“泵吸作用”，且作用力的大小和频率可控，能够实现精确测量。试验频率为22HZ，作用载荷为1.2MPa。
图4为未掺橡胶粉和掺有2.5%的c类橡胶粉的水泥稳定材料不同龄期的冲刷量直方图，冲刷次数为8000次。由试验结果可知，掺入2.5%的橡胶粉，降低了结合料的冲刷量，随着龄期的增长，冲刷量有所下降，但降幅不明显。
图4 不同龄期的冲刷量变化
产生上述现象的原因是：加入的橡胶粉被水泥浆充分包裹，加强了内部颗粒物质的相互联接，由于橡胶颗粒的弹性，对“泵吸作用”起到缓冲作用；随着冲刷作用的进行，碎石骨料承受主要载荷作用力，颗粒物质内部的联结已经达到稳定状态，细颗粒物质不再直接承受载荷作用，只承受运动水流的冲刷作用。
5干燥收缩性能试验
将掺有不同剂量c类橡胶粉的水泥稳定碎石混合料分别投入试模振动成型机，得到150mm×60mm的圆柱体试件。把试件置于温度为（20±2）℃、相对湿度不小于95%的养护室内雾化加湿养护7d后，在自然温度、湿度的条件下，测定不同失水率下试件的干缩量。通过手持应变仪读取不同时间试件的干缩值。图5为平均干缩系数随橡胶粉含量的变化曲线。由图5可知：随着橡胶粉含量的增加，结合料的平均干缩系数先下降后上升，变化幅度在5%～10%。
图5 橡胶粉含量与平均干缩系数的关系
主要原因是：随着水分的蒸发、水化反应的进行，结合料内部发生毛细管作用、吸附作用、分子间作用等反应，引起水泥稳定碎石混合料的体积收缩。对于未掺入橡胶粉的混合料，骨架孔隙率比较大，受到的毛细张力、吸附作用、分子间作用也较大，因此干缩系数比较大；掺有一定量橡胶粉的混合料，其内部的空隙被填充，由于橡胶粉具有良好的保水性和弹性，对毛细张力、吸附作用、分子间作用表现不太敏感，所以干缩系数有减小的趋势；随着橡胶粉含量的继续增加，混合料的比表面积增大，橡胶颗粒表面的水膜由于蒸发作用逐渐变薄，颗粒间的分子引力相互作用，引起收缩系数增大。因此，掺入一定量橡胶粉有利于降低结合料的应变收缩。
6结语
综上所述，本文通过探讨了不同橡胶粉水泥稳定碎石振动击实的试验，对不同掺量的橡胶粉水泥稳定碎石作了论述，旨在能为类似的方面提供参考范例。
参考文献：
[1]蒋应军.基于振动法设计的抗裂型水泥稳定碎石基层应用研究[J].2008（12）.
振动试验中相关参数的应用 篇7
1 模拟件振动数据采集
受试件最好制作模拟件, 以便得出测试各点振动响应状态。由振动试验完成。
机械振动转化为电信号是一种数据采集方式, 振动传感器分为:位移传感器, 速度传感器, 加速度传感器, 按测量原理分:变换电阻的有电位计式, 应变式、压阻式传感器等等, 这里采用压电式传感器, 优点, 结构简单、牢固、体积小、重量轻、频率响应范围宽, 动态范围大, 性能稳定、抗外界干扰能力强,
本工作提供分析振动环境下的应用分析, 在实验室完成, 振动试验条件选择《GJB150》执行, 数据采集方法依据《GB.电工电子产品环境试验设备基本参数检验试验方法》。频率选择在5-2000变幅值进行扫频试验。
2 夹具设计思路
试验夹具设计思路, 首先考虑材料, 铝镁合金较佳, 有效减少在复杂的振动环境下带来的振动不确定因素, 材料应具有高频特性及疲劳强度、刚性, 阻尼大的特点, 结构稳固切对称, 结构形式, 为圆锥形、圆柱体型、梯形较为适宜, 做到夹具与试件质心与振动台面质心相同, 并尽可能将质量重心降低。通常振动台工作台面8等分圆安装螺孔, 要将受试产品安装在振动台上, 必有安装夹具, 夹具设计是一种相当复杂问题, 因为产品要能够真实将振动试验幅值传递于产品, 夹具质量要求非常严格, 质量大受试件响应较好, 但是会带来振动台超负荷, 质量轻综合复杂数据干扰较多, 试验室数据与实际数据差异较大。
振动夹具设计思路应具备 (1) 掌握受试产品的试验要求。及产品工作状态。 (2) 熟练试验应用规范, 试件测试方法。 (3) 安装方式, 同实际试件安装方式一致。 (4) 考虑三轴向使用同一夹具。 (5) 避开试件的固有频率。 (6) 测试传感器安装, 应反映各部位真实数据。
3 振动试验参数识别
3.1 共振频率识别
在各种参数识别方法中, 主要是各类多输入、多输出的方法, 尤其多点随机激励多点模态分析方法, 优点是速度快, 精度高, 识别参数完整, 多点正弦扫频能够很好测试出逐阶谐振频率与多部位试验数据。当激励频率等于r阶固有频率时, 则相位共振准则。
3.2 阻尼因子和广义质量测量
3.3 交越点与交越频率
交越点是指试验曲线改变定振方式的转折点, 是反映定加速度, 定位移的折线, 直接量化此点的变化情况, 以便确定在交越点的抖动、突变, 所以在试验中曲线平滑为佳。如表1反映出在不同频率幅值变化。
从表1可见, 正弦振动试验规定交越频率有一定的范围, 试验严酷等级, 所以, 交越频率设置要精确, 从而定加速度、定位移转换显平滑。
3.4 采样频率高控制分辨率
3.5 传感器布控
实验室振动试验是复现外界振动环境的现象, 为了确保外界振动环境真实可靠, 传感器数据测试信号是重中之重, 传感器布控位置的控制与测试直接模拟反应近似实际状态。
(1) 固定点是在受试件与台面点处。
(2) 测试点, 根据《GB2423》受试件所承受实际振动量值。
(3) 检测点, 在振动中采用监测与测量所产生的响应, 也可是薄弱点, 敏感点。
(4) 基准点, 根据《GB2423》参与控制所用, 可单点或多点控制。
4 结论
实验室模拟振动试验是验证产品的有效方法, 能够真实有效的数据采样, 数据处理等, 而数据的真实性是保证试验的基础, 本文通过实验室进行试验, 阐述相关参数的必要性, 从而判断数据有效性、正确性。
摘要：通过受试产品及试验模拟件在振动试验中, 对数据进行应用分析, 针对产品在振动试验在不同状态下, 受试产品及模拟件在多部位的响应及传递参数响应分析方法, 为产品在结构设计及安装工艺提供有效的基础支持, 及其有着重要意义。在振动环境问题, 提出需要熟悉振动测量技术应用, 与数据采集分析。
钛合金弯曲振动疲劳性能试验 篇8
众所周知, 航空涡轮发动机的关键部件———发动机叶片的劣势为:工作环境复杂、数量多、叶片故障占比例大。在研制新型发动机中, 为提高叶片性能常需要投入大量的人力、物力、财力。在航空涡轮发动机中, 叶片容易产生振动。国内外大量数据统计数据表明, 叶片故障大部分是振动引起的。而对于发动机的核心技术中国长期受到外国技术的控制, 中国能借鉴的技术资料少之又少, 我国现在是孤军奋战。在中国为了发展航空领域发展, 对于叶片相关研究, 不仅仅需要现有的资料, 还需要有大量的试验支撑。钛合金具有强度高、耐腐蚀好、耐热性高等特点。自上世纪中期开始钛合金逐步被世界发达国家重视[1]。近年来, 钛合金成为航空航天领域的重要材料, 在涡轮发动机中压气机盘与叶片广泛采用。本实验是针对钛合金的振动疲劳试验, 这是为了在今后设计、制造和使用中为确定其可靠性水平进行的试验研究, 为飞机发动机可靠性设计、故障分析提供技术数据。
1 叶片疲劳试验目的
在发动机工作过程中叶片如同一个个悬臂梁, 在受到气体产生的振动后, 叶片将受到更多的振动载荷。叶片在实践工作中受到众多形式的振动影响, 其中以弯曲疲劳断裂失效最为常见, 并且危害最大。通过表1统计资料可以看出叶片振动疲劳是导致叶片的故障原因, 振动疲劳断裂甚至将造成发动机及其危险的重点事故。
叶片断裂是从裂纹产生、裂纹发展直至断裂几个过程逐步发展产生的。通过对振动疲劳断裂的研究可以看出断裂正是遵循疲劳断裂的规律, 在振动循环力与叶片内里相互影响来实现的。当内力超过裂纹产生的振动力时叶片将不会出现振动疲劳断裂, 反之则会出现。因此, 本实验采用弯曲疲劳加载试验获得数据[2]。
2 弯曲疲劳试验系统
弯曲疲劳试验是利用振动试验系统完成的, 该系统主要由振动台、专用夹具、传感器、测量放大器、频率计、动态应变检测系统、功率放大系统和振荡器等组成, 如图1所示。振动发生系统产生振动并传至振动台;通过调整频率, 被夹具固定在振动台上的工件类似悬臂梁, 将处弯曲谐振下, 通过功率放大器的作用加载使叶片振动振幅增大;并产生一阶弯曲, 利用传感器及检查系统得到数据;通过应力幅, 叶片位移, 与系数的关系来处理数据。
3 试样要求及数据分析
标准试样采用某Ti AL合金材料, 试样尺寸为:L1=10 mm, L2=10 mm, L3=5 mm, L4=3.2 mm, R1=3 mm, R2=1 mm, h=3 mm, b=10 mm, 试样去注意消除表面加工缺陷同时保证光洁度达。在振动台终端对试样进行牢固固定。
试验结果分析:通过钛合金弯曲振动疲劳试验的疲劳寿命曲线分析 (图2) 可以看出。在改系统钛合金试验加载方式下, 曲线是一个连续下降型曲线, 当在106循环周期内, 曲线图形的下降趋势近似平缓。当到循环2×106次时应力迅速下降, 因此对于发动机转子叶片在该区域要注重可靠性研究。
4 结语
模拟钛合金叶片材料的工作环境下的振动失效, 具有工程应用指导意义。通过分析可以看出对叶片分析失效在循环2×106~2×107次也会产生失效, 而对于高周试验研究较少, 应加大研究。
参考文献
[1]李重河, 朱明, 王宁, 等.钛合金在飞机上的应用[J].稀有金属, 2009, 33 (1) :84-91.
固体推进剂振动试验夹具设计 篇9
固体火箭发动机在海洋舰载条件下会随舰颠簸振动[1,2],长期的加速度载荷会影响固体推进剂的力学性能。为研究加速度载荷对固体推进剂的影响,需对固体推进剂进行振动试验,测试其力学性能参数,从而判定舰载振动环境对固体推进剂力学性能的影响。由于按照国标测试固体推进剂的力学性能时需要的固体推进剂试件较多,为使同一批次的试件受载均匀,设计合理的符合环境振动试验要求的夹具是保证振动试验质量的关键。
振动夹具的作用是把振动台加速度载荷传递到试验样品,使样品产生与要求的振动谱性相一致的受迫振动。在工程实践中,因夹具的动力特性较差会引起试件的“过试验”和“欠试验”,使同一批次的试件受载不均匀,影响试验结果的准确性[3]。夹具设计的关键是在保证连接可靠的前提下提高传递精度,将振动台台面上的振动信号传递到试件的失真程度降到最小,提高夹具的固有频率,可有效避免试件、夹具、振动台共振现象的发生[4]。
1 夹具设计
夹具的设计要考虑试件的尺寸、质量以及自身的重心、试验方向的固有频率等,试件安装完成后夹具的重心应该和振动台面的几何重心重合。夹具设计应做到:1) 夹具的固有频率应大于4/3倍的试验上限频率;2) 传递系数(动力放大系数)应基本为1,可将振动台体能量不失真的传到试件上;3) 夹具上任一点的加速度、振幅等指标均相同;4) 适当考虑试件和夹具安装的方便性[5]。
1.1 设计要求
为研究舰载振动环境对固体推进剂力学性能的影响,设计了固体推进剂振动试验。固体发动机舰载条件下振动频率一般不高于1Hz,加速度值不大于1g。常温下固体推进剂老化较慢、振动试验耗时较长,故对固体推进剂进行高温加速老化,为使试验时推进剂振动次数和舰载时振动次数相同,根据时-温等效原理,拟定试验每天振动时间为30min,估算振动频率为200Hz。单个推进剂试件的质量约为53g,每次试验约需40个试件,考虑振动台的实际输出激振力,拟定试验加速度值为10g,振动夹具的质量不超过10kg。试件安装完成后夹具的重心位于振动台的轴心上。
1.2 设计方案
测试固体推进剂力学性能时,按照QJ924-85《复合固体推进剂单向拉伸试验方法》的规定执行,试件的形状为哑铃形,其尺寸如图1所示(单位:mm)。
常用固体推进剂夹具有L型夹具、方型夹具、T型夹具、锥状夹具、板状夹具等。测试固体推进剂力学性能指标主要有最大抗拉强度和最大延伸率,由于需要的试件较多,在夹具内的安装方式为吊挂,所以夹具采用矩形板状结构。在夹具的上下端面安装用于固定试件的挂钩,下端面也作固定面,和振动台台面联接、固定,上下端面用6根杆联接。由于上下端面上固定的挂钩较多、试验时上端的挂钩相对于上端面的位置需要调整,所以夹具成形采用螺栓连接方式。同等刚度下为降低夹具质量,上下端面以及挂钩材料选用LY12,联接杆材料采用Q235。为试件安装方便以及考虑温湿度试验箱工作室尺寸限制,上下端面板的尺寸为350mm×286mm×8mm,联接杆尺寸为d14×124mm,其中上下端面板各开3个48mm×236mm槽,在槽两侧开26个D4.5的孔,在上下端面板上各开10个D10.5孔,其中6个孔用于夹具上下端面联接,另外4个孔用于夹具固定在振动台上,夹具的质量约为7kg,试件质量约为 2.1kg。夹具实体效果如图2所示。
2 固有频率计算
2.1 代数方程法
由于设计的振动夹具结构复杂,难以精确计算固有频率,故将夹具分解成板、梁等组成部分,再分析各个部分在振动方向上的响应情况并计算各自的固有频率,最后用邓克莱法估算夹具的固有频率:
undefined(1)
式中:f0为夹具的固有频率;f1,…,fn为各组成部分的固有频率。
按照上述分解原则,将夹具分解为可独立计算的板和梁模型。在进行推进剂的振动试验时,振动方向为试件的悬挂方向,故只需验算夹具的竖直方向的固有频率。
1) 板的固有频率计算
挂钩均用螺栓固定在端板上,且挂钩与端板材质相同,为简化计算,故将端板与固定在上面的挂钩等效为图3 模型。
端面板振形系数λ的计算公式为[6]:
λ2=5.2+2.5(b/L)2+(b/L)4 (2)
代入端面板数据计算可得:
λ2=5.2+9.74×(35/28.6)2+5.2×(35/28.6)4=31.3
用瑞利法求平板固有频率:
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式中:h为板高;b为板宽;g为重力加速度,E为弹性模量;ρ为材料密度;μ为泊松比。
代入数值计算得:f1=1490Hz。
2) 梁的固有频率计算
杆件试验时主要受轴向载荷,其刚度系数k=EA/L,则梁的固有频率为:
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式中:k为杆件刚度系数;m为杆件质量;E为弹性模量;A为杆件截面面积;L为杆件长度;ρ为材料密度。
代入数值计算得:f2=6663Hz。
3) 刚体平移的固有频率
试验时夹具用4个M10螺栓固定在试验台上,根据刚体平移固有频率计算公式[6]:
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式中:F为夹具的质量;A为螺栓的截面面积;E为弹性模量;L为螺栓受力长度;n为螺栓数量。
代入数值计算得:f3=434Hz。
由式(1)计算出夹具的固有频率:f0=397Hz
4) 试件安装后夹具的固有频率
在振动夹具上安装试件后,夹具的固有频率会发生变化,可按下列经验公式计算:
undefined(6)
式中:f为振动夹具安装试件后的固有频率;f0为未夹持试件时夹具的固有频率;W0为夹具的质量;WB试件的质量。
代入数值计算得:f=348Hz。
2.2 有限元模态分析
1) 物理模型及性能参数
固体推进剂振动夹具结构简单,可直接在ABAQUS中建模分析。振动夹具主要由端板、挂钩、梁组成,为简化计算,暂不考虑夹具上的螺栓孔、螺栓等细小特征影响。
进行有限元计算时,选择C3D8R(8节点六面体线性减缩积分单元)对模型进行网格划分,共划分36908个单元。在下端4个螺栓孔处施加固定边界条件。挂钩与上下端板用螺栓连接,在建模时忽略螺栓对结构模态的影响,对联接杆与上下端板之间的接触面施加绑定约束。由于联接杆与端板采用螺栓连接,故对挂钩与端板之间的接触面施加绑定约束。夹具材料的性能参数见表1。
2) 模态分析结果
对振动夹具的有限元模态分析,选用软件默认的Lanczos(分块兰索斯)法提取模型的前10阶自由模态。夹具的前10阶固有频率如图4所示。
有限元模态分析夹具最低固有频率为283.22Hz,查看分析数据文件可知第1、2阶振型主要在x方向(夹具的水平方向)起作用,第3阶振型主要在z方向(夹具的垂直方向)起作用,由此可知,振动夹具空载时垂直方向的最低固有频率为345.29Hz,符合设计要求。
3 正弦扫频试验
振动台只进行垂直方向的振动,测试夹具安装试件后垂直方向的动态响应,试验时采用夹具底部中心单点控制,采用正弦扫频测试条件,50Hz～1000Hz,0.1g, 10ct/min,垂直方向测试图谱如图5所示。
从实际振动图谱来看,夹具安装试件后的固有频率在300Hz左右,设计的夹具基本满足固体推进剂振动试验要求。虽然与振动夹具固有频率估算值存在一定的误差,但符合设计要求。
4 结语
1) 通过代数方程法和有限元模态分析法可计算夹具的固有频率,为夹具设计提供参考。
2) 正弦扫频试验测试振动夹具的固有频率为300Hz左右,满足固体推进剂振动试验要求。
参考文献
[1]刘华,李旭昌,冯锦虎,等.固体推进剂在振动载荷作用下的结构完整性[J].战术导弹技术,2009(5):10-14.
[2]邢耀国,曲凯,许俊松,等.舰船摇摆条件下固体火箭发动机舰载寿命预估[J].推进技术,2011,32(1):32-35.
[3]沈颖凡,刘士华,王鹏.某型机载红外仪振动夹具设计[J].科学技术与工程,2008,8(22):6106-6109.
[4]毛成龙,陈俊,王晓辉.某机载雷达舱外设备振动冲击试验夹具设计[J].环境试验,2010,11:14-18.
[5]朱姝,常志刚.振动冲击试验夹具设计技术研究与实践[J].环境适应性和可靠性,2009,3:14-19.
[6]倪振华.振动力学[M].西安:西安交通大学出版社,1986.
蒜种振动排序装置设计与试验 篇10
我国是世界上最大的大蒜生产和出口国[1,2]。随着对大蒜的营养价值和保健作用的研究[3,4],大蒜种植越来越受国内外的广泛关注[5],种植面积呈上升趋势[6,7]。大蒜外形不规则,农艺要求必须保证鳞芽朝上直立种植[8]。目前,其主要种植方式是人工插播[9],播种效率低、劳动强度大,而大蒜播种机械种植的效率是人工种植的10倍以上,可以大大减少劳动力的使用。
大蒜栽植农艺要求大蒜栽植时必须保证大蒜鳞芽向上的特殊性制约着大蒜栽植机械的发展[10]。其主要制约因素是大蒜栽植的关键技术没有通过机械的方式得到解决,因此解决大蒜排序问题是研究大蒜播种机的关键[11,12,13]。目前,国内外主要有3种方式用于大蒜排序: 一是采用人工方式,由人工把大蒜按一定方向摆放到输送槽内实现大蒜调头,但效率低、用工多,没有完全实现机械化[14]; 二是采用视觉识别技术。由计算机对采集的数据进行分析、识别,完成大蒜蒜瓣调头,但辅助工序较多,不适合田间作业时的环境[15]; 三是根据大蒜种子蒜瓣的自身特性,采用一种机械式的定向调头装置对蒜瓣进行调头[16]。
由于蒜种重心靠下,使蒜种具有特定的力学性能,为解决蒜种排序问题提供了一条新途径; 通过对蒜种施加持续的力,可使其鳞芽朝向特定方向。本文根据蒜种的这一力学特点,设计了大蒜振动试验机,对蒜种施加不同的力矩,寻找对蒜种排序影响最大的组合方式,为研究大蒜播种机提高蒜种直立率奠定了基础[17]。
1 蒜种振动排序试验台
振动试验台工作原理: 通过改变振动槽的振动频率、振动槽与水平面的夹角、曲柄长度及曲柄回转中心高度等4个参数以获得不同组合,观察蒜种在振动槽里振动后鳞芽朝A方向( 见图1) 的数量。
1. 1 主要组成部分及功用
振动试验台主要由振动频率调节装置、振动槽倾角调节装置、曲柄长度调节装置、曲柄回转中心高度调节装置、振动槽和机架等组成,如图1所示。
1. 电机 2. 曲柄 3. 曲柄回转中心高度调节 4. 振动槽 5. 振动槽倾角调节
振动频率调节装置由直流电动机和调压器组成,通过调节电压的大小来控制直流电机的转速,同时调节振动槽的振动频率,获得不同振动频率下的蒜种排序数据。
振动槽调节装置调节振动槽底面与水平面的夹角,主要是通过固定在振动槽一端的圆弧环轨道与上连杆底部的相对位置调节,来改变蒜种在振动槽底部推力和摩擦力的作用下合力的方向及大小,可调范围是±15°,用来测定不同角度下蒜种的排列数据。
曲柄长度调节通过改变曲柄的长短来改变蒜种在振动槽中沿振动槽底面方向的受力距离的长短,用来测定不同曲柄长度下蒜种排序的数据,调节范围是0 ~ 43mm。
曲柄回转中心高度调节装置改变连杆与振动槽的底面的夹角,试验台的头部是铰链接在机架上的,通过固定在机架上的半圆盘均匀分布的小孔来调节头部的旋转角度,曲柄传动装置固定在头部位置,跟随头部进行旋转从而改变蒜种在振动槽中沿垂直于振动槽底面方向的受力距离,获得不同角度下的蒜种排序数据。
1. 2 振动槽的设计
振动槽作用: 试验台工作时,将20个蒜种随机放入振动槽中,蒜种只能仰卧或者侧躺在振动槽内而不会在水平面内旋转; 试验时观察蒜种在振动槽内运动的情况,试验结束时统计蒜种鳞芽朝A方向的数量。
设计原则是为防止蒜种在振动槽中水平转动,振动槽的底面宽度小于蒜种长度。为保证蒜种能顺利落到振动槽底部,两侧延伸版与水平面夹角大于蒜种在铁板上的休止角[18]27. 9°,如图2所示。振动槽材质为1. 5mm厚的镀锌板,使用折弯机弯曲而成为一个连体[19]。
2 试验材料与方法
试验所用大蒜为寿光红皮蒜,蒜种平均长度为32mm,平均厚度为20mm。
试验分为单因素试验和正交试验[20]。为叙述方便,4个因素曲柄长度、振动槽倾角、曲柄回转中心高度、振动频率分别用大写字母A、B、C、D表示。
2. 1 单因素试验
单因素试验的目的是确定振动试验台4个因素对试验指标是否有影响,以及确定各因素参数的取值范围,为正交试验提供数据支持。
试验方法是改变其中1个因素,确保另外3个因素不变。统计随参数改变试验指标的变化情况如图3所示。
由图3可以看出,4个因素对试验指标都有影响,根据实际试验确定了4个参数的取值范围: A为22 ~43mm; B为0° ~ 7°,C为495 ~ 707mm; D为170 ~ 200r /min。
2. 2 正交试验
2. 2. 1 交互作用判断
在单因素试验中证明了4个因素对试验指标都有影响,现在判断两因素的交互作用对试验指标是否产生影响,为正交表的选择提供依据。
对任意两因素组合各取其两水平构成的全部4个组合实施试验获得指标,画出两个因素与指标之间的关系图来判断交互作用。本试验有4个因素,因此有6个一级交互作用需要判断,如图4所示。
图4中,转数是指直流电机的转速,表示振动槽的振动频率。由图4中各因素关系图可知: 因素曲柄长度与振动筛倾角、曲柄长度与曲柄回转中心高度、曲柄长度与振动筛频率、振动筛倾角与曲柄回转中心高度、振动筛倾角与振动筛频率之间有交互作用,即A×B、A×C、A×D、B×C、B×D; 因素曲柄回转中心与振动筛倾角之间没有交互作用。
2. 2. 2 正交表的选择
考虑交互作用,根据标准型正交表的选择条件,选用L16( 215) 正交表,该正交表的试验处理数和列数都满足试验的需要。根据有交互作用的试验设计原则优先安排有交互作用的因素,由出自同一来源的交互作用列表查得交互作用列的位置,其它因素安排剩余的空白列,如表1所示[21,22]。
2. 3 试验设计
试验根据表1正交试验设计表进行,每次试验20个蒜种,试验结束记录振动槽中蒜种鳞芽朝向图1中A向的数量P和蒜种的总数量S,P与S的比值即试验指标。每组试验5次,计算的试验指标并记录在表2中。根据表2中数据进行方差偏差计算,计算结果列入表3方差分析表,从而得出影响试验指标的重要因素和最佳组合。试验为避免停止时转速减小对试验结果产生影响,采用急停的方式进行。
3 结果分析
在Fα表中因为不存在Fα( 1,70) ,但是存在Fα( 1,60) ,且Fα( 1,70) < Fα( 1,60) ,所以方差分析表中由Fα( 1,60) 的数据代替判断可信度。由表3可知: 因素A与交互作用A×B对试验指标影响最大,因素D对试验指标的影响次之,因素B、C对指标影响最小。F比的大小顺序为FA×B> FA> FD> FB×D>FA×C> FB×C> FB> FC,因此各因素影响试验指标的主次顺序为A×B、A、D、B×D、A×C、B×C、B、C[23,24]。
由于交互作用A×B、A×C对指标的影响显著,A、B和A、C的二元搭配表( 见表4、表5 ) 确定其较优水平,本试验指标越大越好。从表4可以看出: A、B的较优水平为A2B1。从表5可以看出: A、C的较优水平为A2C2。对于因素D的较优水平,从表1和表2中可以算出K1j= 22. 928 > K2j= 19. 871,所以D1为最佳。因此本试验的较优组和条件为A2B1C2D1。这个结果与试验直接得到的结果是一致的。
4 结论
1) 单因素试验表明: 因素曲柄长度、振动槽倾角、曲柄回转中心高度、振动频率对蒜种排序有影响,通过合理的试验设计可以获得高比率的排序效果。
2) 正交试验表明: 曲柄长度和振动槽倾角的交互效应对排序结果影响很大。
3) 正交试验确定了最优化的因素组合为: 曲柄长度35mm,振动筛倾角5°,曲柄回转中心高度597mm,振动频率170r /min。
4) 各因素影响调头率的主次顺序为: 曲柄长度与振动筛倾角交互作用、曲柄长度、振动筛频率、振动筛倾角与振动筛频率交互作用、曲柄长度与曲柄回转中心交互作用、振动筛倾角与曲柄回转中心高度交互作用、振动筛倾角、曲柄回转中心高度。
5) 试验可达到最高调头率为86% ,需要进一步完善,争取能获得更高的调头率,从而满足机械播种的要求。
摘要：为了解决目前大蒜播种机对蒜种调头能力差、播种不能满足农艺生产要求的问题,设计了蒜种振动排序试验台,为研究大蒜播种机提供参考依据。通过改变对蒜种排序有影响的曲柄长度、振动槽倾角、曲柄回转中心高度及振动频率4个振动试验台参数,进行有交互作用的正交试验,并对结果进行方差分析,得到最重要影响因素为曲柄长度,最佳试验组合A2B1C2D1。
振动试验 篇11
(1.中南林业科技大学土木工程与力学学院， 湖南 长沙 410004； 2.中南大学土木工程学院， 湖南 长沙 410075)
引 言
边坡与支挡结构在地震作用下组成一个复杂的非线性系统，目前有多种方法对其动力反应特性进行研究。作为一种易于在试验中操作控制的动力模型试验方法，大型振动台模型试验是研究支挡结构与边坡系统地震动力反应特性的重要手段[1]，在加筋土挡墙、土钉、桩板式挡墙及重力式挡墙等与边坡系统的地震反应性状研究领域中有着广泛的应用[2～5]，但目前在多级组合支挡结构与边坡的地震动力反应特性的研究中还较少涉及。近年来，有学者开展了这方面的研究工作，取得了有价值的研究成果，如文畅平等通过大型振动台模型试验[6～8]，研究了与锚杆框架结构二级支护边坡中重力式挡墙、桩板式挡墙的地震动位移模式及地震动力响应特性等；叶海林等通过大型振动台模型试验[9,10]，研究了抗滑桩与三级预应力锚索支护岩质边坡的地震动力响应特性等。但这方面的研究还处在探索阶段，需要进一步深入研究。
本文在相关科研课题的支撑下，以云南大理至瑞丽铁路(简称大瑞铁路)沿线支挡结构抗震性能为研究背景，重点研究多级支护条件下重力式挡墙的地震动力响应特性。处于云南滇西高烈度地震多发区的大瑞铁路，沿线大量的厚覆盖层和顺层岩质基岩边坡需要采用各种支挡结构进行支护，其中重力式挡墙与格构式锚杆框架护坡多级组合支护是其主要型式之一。课题组根据顺层岩石倾角20°，30°和40°，设计并完成了3个相似比尺为1∶8的厚覆盖层与顺层岩石边坡模型，通过3个大型振动台模型试验，对比研究了多级支护条件下，不同岩层倾角边坡中的重力式挡墙在汶川波地震作用下的加速度、动位移、动土压力等的响应特性和规律，以指导大瑞铁路沿线支挡结构抗震设计，并为相关类型支挡结构与边坡系统地震动力反应特性的研究奠定基础。
1 大型振动台模型试验
大型振动台模型试验在重庆交通科研设计院结构动力学国家重点实验室进行，地震模拟振动台为德国SCHENCK公司生产，由一个固定台和一个移动台组成的大型高性能三轴向六自由度宽频域地震模拟台阵系统，其主要技术参数见文献[6～8]。试验数据采集系统为Dewetron2010动态测试仪。
1.1 模型相似关系设计
采用重力失真模型和量纲分析方法对模型的相似关系进行设计[11～13]，并且以几何尺寸、密度和加速度做为控制量，其相似常数分别取Cl=8，Cρ=1，Ca=1。其余物理量的相似常数见文献[8]表1。
1.2 模型设计与传感器布设
根据大瑞铁路DK10+880～DK10+930段边坡确定本模型试验的原型边坡。本试验模拟的边坡高度为12 m，其中挡墙、护坡各6 m。模型边坡尺寸设计为150 cm(高)×150 cm(宽)，边坡坡率1∶1.25。3个模型中的岩层倾角α分别为20°，30°和40°，其支挡结构都为重力式挡墙+格构式锚杆框架结构二级支护。3个边坡模型见图1，格构式框架见图2。
图1 边坡模型及测点位置
图2 格构式框架图
试验采用刚性模型箱，内空尺寸为340 cm×150 cm×210 cm(长×宽×高)，其边界处理见文献[6]。模型设置加速度、动位移和动土压力等传感器，其型号及参数说明见文献[8]表2。
所有传感器沿模型边坡中轴线纵剖面布设，重力式挡墙各测点传感器布设说明如下：(1)在墙脚、墙中和墙顶布置水平向加速度传感器；(2)在挡墙墙面的墙脚和墙顶处设置水平向动位移传感器；(3)在墙背底、中和上部分别设置动土压力传感器。所有传感器按类别分别进行编号，墙脚测点距基座顶面5 cm。此外，在填土内也设置了加速度传感器以进行模态参数分析。
1.3 试验材料与模型制作
模型试验采用边坡岩土原型材料，考虑其最大粒径的相似关系，控制试验土石混合料最大粒径不大于2 cm，土石质量比为4∶6。通过土工试验得到有关参数为：最大干密度ρdmax=2.18 g·cm-3，最佳含水量wopt=5.34%，粘聚力c=6.2 kPa，内摩擦角φ=34°。模型底座和基岩采用C25号混凝土，支挡结构和边坡岩层采用加气微粒混凝土，设计抗压强度为5 MPa，钢筋和锚杆采用直径4 mm的镀锌铁丝。支挡结构尺寸分别见图1和2。
边坡模型装配完成后，总重量最大不超过300 kN，小于振动台标准荷重，模型全貌见图3。
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图3 模型边坡全貌
1.4 地震波与加载制度
试验采用汶川波作为振动台的输入地震波，时间压缩比为2.83，分别采用水平向(X向)、竖向(Z向)和水平竖直双向(XZ向)(由X向和Z向合成)三种方式加载，代号分别为：WC-X、WC-Z和WC-XZ。激振方向X向和Z向见图1所示。汶川波加速度时程曲线及傅氏谱分别见图4和5。
图4 汶川波加速度时程曲线
图5 汶川波傅氏谱
试验研究的地震烈度为VII～X，根据相关规范[14～16]，将相应的加速度峰值调整为：0.1g，0.2g，0.4g和0.6g。试验在此基础上增加了0.8g和1.0g两种工况。当X向加载时，按上述加速度峰值逐级加载；当Z向加载时，考虑到竖向地震较少与水平向同时达到加速度峰值[17]，因而按X向加速度峰值的2/3折减后逐级进行加载[14]。除白噪声外，共18个加载工况，具体加载制度见文献[7]表3。
2 试验结果与分析
2.1 加速度动力响应特性分析
采用加速度响应峰值和加速度响应峰值放大系数(记为PGAA)2个指标，对重力式挡墙加速度动力响应特性进行分析。分析以台面加速度传感器响应峰值作为控制点，并且对PGAA做如下规定：X向单向激振时，PGAA为测点与台面X向响应峰值的比值；Z向单向激振时，PGAA为测点与台面Z向响应峰值的比值；XZ双向激振时，X向PGAA为测点与台面X向响应峰值的比值，Z向PGAA为测点与台面Z向响应峰值的比值。
以汶川波XZ双向激振、水平向激振加速度峰值0.4g为例，三组模型试验挡墙各测点水平向PGAA沿墙高分布情况见图6。
图6 汶川波XZ双向激振水平向PGAA沿墙高分布
(1)汶川波XZ双向激振时，挡墙加速度动力响应峰值最大，X向激振时次之，Z向激振时最小。说明挡墙加速度动力反应主要受水平向地震波的影响，不受顺层岩石倾角的影响。
(2)PGAA沿挡墙高度分布特性受顺层岩石倾角的影响显著。岩层倾角α=20°时各加载工况下，PGAA沿墙高呈现出近似线性增大的特征；岩层倾角α=30°时PGAA沿墙高呈现出非线性增大的特征；岩层倾角α=40°时PGAA沿墙高呈现出显著的非线性增大的特征。
(3)岩层倾角α为20°和30°时的PGAA比较接近，而α为40°时的PGAA稍大，说明岩层倾角对PGAA值的影响较小。三个模型试验中，当激振加速度峰值不大于0.4g时，每个加载工况PGAA平均值为1.05～1.30。因此，当地震烈度不大于9度时，重力式挡墙水平向地震荷载拟静力值的放大系数可取1.05～1.30。
(4)根据3个模型坡体内各测点模态参数的均值进行对比分析。各工况白噪声激励后模型X向振动的第一阶模态参数变化规律见图7和8。模态参数总的变化趋势是：模型自振频率逐渐降低，阻尼比逐渐增大，说明边坡土体随激振加速度峰值增大逐渐软化。岩层倾角对模态参数影响较小。
图7 模型自振频率变化情况
图8 模型阻尼比变化情况
2.2 动位移响应特性
根据动位移传感器与支挡结构的相对位置，确定位移方向为：向土体方向移动的位移为“+”，离开土体向外侧移动的位移为“-”。以动位移响应峰值和永久位移，研究重力式挡墙水平向动位移响应特性。以汶川波XZ双向激振、墙顶测点为例，动位移响应峰值随激振加速度峰值变化情况，见图9。
图9 汶川波XZ双向激振动位移峰值随激振加速度峰值变化
(1)汶川波Z向激振下，各测点的动位移响应峰值很小。因此可以认为，重力式挡墙水平方向的位移是由水平向地震波所产生。
(2)汶川波X向激振下，挡墙动位移响应与岩层倾角基本无关，只是总体上随激振加速度峰值的增大而增大。XZ双向激振下，且激振加速度峰值小于0.6g时，挡墙动位移响应与岩层倾角无关，随激振加速度峰值的增大而增大。
(3)通过测点永久位移值分析挡墙动位移模式。挡墙动位移模式不受岩层倾角的影响。汶川波X向、XZ双向激振下，挡墙动位移模式为离开土体向边坡外侧平移与绕墙趾向土体外侧转动的耦合。
2.3 动土压力响应特性
地震动土压力是指不考虑静力作用、由地震引起的增加的土压力。以汶川波XZ双向激振为例，三个模型试验动土压力响应峰值沿墙高分布规律，分别见图10，11和12。
(1)各测点动土压力响应峰值总体上随激振加速度峰值的增大而增大。汶川波X向或Z向激振下都会产生动土压力，但X向激振所产生的动土压力响应峰值大于Z向激振。
(2)激振方式和岩层倾角对动土压力响应峰值影响较大。汶川波X向激振，岩层倾角α=20°时所产生的动土压力响应峰值最大；汶川波Z向激振时，α=40°时所产生的动土压力响应峰值最大。XZ双向激振时，α=20°墙底动土压力响应峰值最大，α=30°墙底动土压力响应峰值最小；当水平向激振加速度峰值AXmax≥0.6g时，α=20°的墙中和墙顶的动土压力响应峰值最小。
(3)岩层倾角对动土压力分布特性影响较大。α=20°且AXmax不大于0.2g时，动土压力响应峰值沿墙高呈现出上大下小的倒三角形分布，当AXmax≥0.2g时动土压力响应峰值沿墙高呈现出上小下大的非线性分布形式。α=30°时，AXmax不大于0.2g(竖向激振加速度峰值AZmax≤0.133g)时，动土压力响应峰值沿墙高变化较小，当AXmax≥0.4g(AZmax≥0.267g)时，动土压力响应峰值沿墙高呈现出上小下大的非线性分布形式。α=40°时，呈现出与α=20°时相似的特征。
(4)根据规范法和Mononobe-Okabe公式(M-O法)计算地震动土压力值[16]，并且与实测值对比发现，M-O法计算值最大，实测值次之，规范法最小。当激振加速度峰值不大于0.4g时，三者相差较小；而当激振加速度峰值不小于0.6g时，实测值与规范法、M-O法计算值相差较大。
由于规范法在墙高不大于12 m时不考虑水平地震惯性力沿墙高的放大效应[16]，故而导致计算结果小于试验值。
图10 α=20°时动土压力响应峰值沿墙高分布情况
图11 α=30°时动土压力响应峰值沿墙高分布情况
图12 α=40°时动土压力响应峰值沿墙高分布情况
(5)当地震动峰值加速度不大于0.4g时，若水平地震作用沿墙高增大系数采用1.10时[16]，按规范法计算的动土压力值稍大于实测值。当地震动峰值加速度不小于0.6g时，若水平地震作用沿墙高增大系数采用1.15时，按规范法计算的动土压力值与实测值接近，采用1.30时则与M-O法的计算结果接近。这与2.1节PGAA平均值为1.05～1.30相吻合。
3 结 论
本文设计并完成了3个1∶8比尺的厚覆盖层与顺层岩石边坡的大型振动台模型试验，对比分析了不同岩层倾角条件下，二级支护边坡模型中重力式挡墙在汶川波不同激振加速度峰值、不同激振方式下的动力响应特性，主要结论如下：
(1)重力式挡墙主要受水平向地震波作用的影响，产生水平向加速度动力反应。顺层岩石倾角对挡墙水平向加速度放大系数沿墙高分布特性的影响显著，但对挡墙水平向加速度放大系数值的影响较小，当激振加速度峰值不大于0.4g时，每个加载工况水平向加速度放大系数平均值为1.05～1.30。因此，当地震烈度不大于9度时，重力式挡墙水平向地震荷载拟静力值的放大系数可取1.05～1.30。
(2)重力式挡墙水平向位移主要由水平向地震波的作用所产生。顺层岩石倾角、地震波作用方式等，对挡墙的动位移响应特性、动位移模式等的影响较小。重力式挡墙的动位移模式为离开土体向边坡外侧平移与绕墙趾向土体外侧转动的耦合。
(3)水平向和竖向地震波作用下都会产生动土压力，但水平向地震波作用所产生的动土压力响应峰值大于竖向地震波。地震波作用方式和顺层岩石倾角等，对动土压力响应峰值、及其沿墙高分布特性等的影响较大。在不同的岩层倾角和激振加速度峰值条件下，动土压力响应峰值沿墙高表现出上大下小的倒三角形分布、上小下大的非线性分布、以及上下大小基本相同的线性分布等形式。
(4)重力式挡墙与锚杆框架结构组合支护边坡的抗震设计中，采用现有抗震设计规范计算地震土压力能够满足抗震要求。当地震动峰值加速度不大于0.4g(地震烈度不大于9度)时，水平地震作用沿墙高增大系数采用1.10，地震动峰值加速度不小于0.6g(地震烈度大于9度)时，水平地震作用沿墙高增大系数采用1.15～1.30是适宜的，当然这仍需更多的试验和理论研究进行验证。
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航空电子设备振动试验与分析 篇12
关键词：振动试验,试验分析
0概述
飞机上航空电子设备所处的机械环境比较恶劣,据国外统计,航空电子设备故障29%~41%由机械负荷的作用引起,元件的失效频度比在实验室条件下(无振动、冲击时的失效频度)大120~160倍,振动引起的元件或材料的疲劳损坏,造成电子产品的失效。航空电子设备防振设计的主要方法有减弱和消除振源、小型化及刚性化、去谐、去耦、增加阻尼,主要手段可以进行有限元建模来分析设备的模态振型,掌握电路板组件和机箱的模态频率和振型,并进行动力响应分析(PSD),在规定的外力载荷或试验的环境载荷条件下分析机箱和电路板组件的各关心部位的响应情况,为合理的元器件布局设计、电路板组件结构设计和机箱结构设计提供依据。振动试验是结构设计分析及验证的重要环节,振动试验的方法关系到试验的正确性与准确性,必须加以重视,研究振动试验方法是进行振动试验的最重要的组成部分。
1 振动试验的几个关键问题
1.1 夹具
夹具是振动试验的最重要的准备工作,夹具的好坏关系到试验的成功与否,夹具设计与验收遵照以下原则进行。
1.1.1 夹具结构要求
材料采用铝合金,对于三维尺寸小于200mm的小型夹具,应为整体机加工结构形式;对于坯料供应困难的较大夹具,优先考虑铸造或焊接,允许螺装和局部焊接,螺装时螺栓间距小于8cm;经常拆卸的夹具,要嵌钢螺套或插销螺套;螺纹连接部位,用高强度厌氧胶粘接;夹具要留有传感器安装位置。
1.1.2 夹具性能要求
对电子产品而言,通常夹具和产品的总重小于30kg,要求:
a)一阶共振频率
垂直向>700Hz,水平向>450Hz;
垂直向高于700Hz,水平向高于450Hz时,试验曲线上允许有多个共振峰或反共振峰,但在1000Hz内,随机试验累计带宽内总均方根值差<3dB;
验收时可将夹具、台面上各部位综合考虑作为控制点。
b)与主振(Z向)方向正交(X、Y向)的振动量值
在500Hz以下,非试验方向(X、Y向)小于主振方向(Z向)控制值的50%,非试验方向(X、Y向)在500 Hz以上最高峰不大于主振方向(Z向)控制值,从正弦扫频或随机功率谱响应曲线上读取。
验收时可在夹具离振动台面最高处检测,控制点位置在台面上。
c)夹具上与产品连接点(螺栓连接处,也称固定点)间振动输入值的均匀性
各点的均匀性:指随机试验时带宽内的最大(或最小)均方根值与平均值的差,其均匀性在700Hz内小于30%,1000Hz内小于50%;
验收时可将夹具、台面上各部位综合考虑作为控制点。
1.2 试验设备的安装
按实际的安装方式直接或借助夹具紧固于振动台动圈或振动台台面上,所有的设备接插件、电缆也必须和实际使用时的状态一致或尽量一致。
1.3 控制点的选择
当夹具较刚硬,试验样品较小时,通常可用台面中心作为控制点;当夹具刚性对控制值影响较大时,可选择试验样品与夹具或振动台台面的连接点作为控制点;当试验样品较大,或用上述点控制不合适时,也可将台面、夹具、试验样品上各部位综合考虑作为控制点。控制点要根据试验的情况的不同做具体适当地选择。
1.4 振动台面
为满足夹具安装的方便性和同时进行多个产品的安装以提高试验效率要求,一般使用振动台台面,在振动台台面上安装夹具,要求振动台面固有频率在1200Hz以上,因为航空电子产品的器件固有频率在一般在400Hz~800Hz,若振动台面固有频率在1200Hz以下,则由振动台、台面、夹具、产品组成的试验系统其固有频率有可能在800Hz以下(带夹具、产品后刚度K减少,质量M增大,固有频率减小),与器件固有频率(400Hz~800Hz)重合,控制点选点不当会造成产品器件的过试验和损坏。
条件允许的情况下,试验时最好不要采用振动台面,实现产品或者夹具与振动台动圈直接连接。
2 几个关键结构问题的试验分析
2.1 系统的安装方式、固有频率及试验结果分析方法
安装方式(边界条件)影响系统的固有频率。
由振动台、台面、夹具、产品组成的试验系统,其系统的固有频率试验各控制点的控制曲线上会有所反映,表现为各控制点控制曲线上在同一频率上有多个共振峰或反共振峰,其驱动曲线上也在同一频率上有突变,曲线不光滑。
2.2 寻找和分析设备谐振点
一台电子设备往往有几个谐振点,因此对于整机的固有频率的分析和计算是十分复杂的,可以进行有限元建模分析设备的模态振型和固有频率。实际上,要想全部消除谐振点很困难,甚至是不可能的,所以,从试验中寻找谐振点来制定相应的改进措施往往比进行复杂的计算更有实际意义。
如何从试验中寻找关心的谐振点并制定相应的改进措施呢?
在所关心的位置上(如印制板上某个关心的器件安装点、印制板的固定点等)设置响应点,测试该点的响应曲线,分析响应曲线上共振峰(正峰)的对应频率及传递率(可能有多个共振峰,有该结构件1阶~n阶的共振峰,也有其它结构件的谐振点经耦合后进入),可结合模态分析结果来判断该谐振点频率是哪些结构件的固有频率,尤其应注意该结构件前三阶的固有频率及传递率,传递率最大对应的固有频率及传递率一般是该结构件的一阶固有频率。
某航空电子设备重量4.8kg,结构外形图见图1,H印制板用9个螺钉固定在面板背面上,在H印制板上设置一响应点B(参见图1),测得响应点曲线见图2。
分析曲线,可以看出,在331Hz处为最大的共振峰,g/g为31,传递率为,表明B点在该频率处输入振动量级被放大5.6倍,该频率为H印制板的一阶固有频率;在507Hz处的共振峰,g/g为9.56,传递率为,表明B点在该频率处输入振动量级被放大3.1倍,该频率为HI印制板的二阶固有频率。
产品结构设计人员可以根据输入振动量级、传递率、元器件耐受能力判断该处器件是否进行加固处理。
2.3 配重
摸底试验中常常遇到这样的问题,试验时需不需要带配重,有时对所关心的结构部位测试响应,安装传感器无空间,需要去掉其它结构件,此时如何处理?下面的试验测试结果提供了试验方法与思路,结论具有参考意义。
图1所示的设备在有配重的情况下(指有机箱尾部与箱内模块部件)、无配重(指无机箱尾部与箱内模块部件,只有面板及固定在面板上的HI印制板)两种情况下,分别对进行印制板上B点测试响应,结果如下。
带配重:印制板一阶固有频率337.5Hz,g/g为35.4。
无配重:印制板一阶固有频率331Hz,g/g为31。
试验结果标明:带不带配重对印制板的固有频率略有影响,对印制板的传递率有影响,带配重的印制板的传递率是不带配重的1.07倍(7%)。
有条件的情况下,最好带配重进行试验,安装传感器困难时,可以去掉对测试结构件刚度影响不大的结构件。
2.4 螺旋锁结构
机载电子设备的固定形式常常采用螺旋锁结构,将设备面板上的几个螺旋锁固定在飞机舱内水平操纵台的钢丝上,如图3所示。
螺旋锁固定方式使设备响应在低频时放大,高频时减小。
对距离螺旋锁安装点最近的设备面板上的A点(见图3)测试响应,响应曲线见图4,可以看出在80Hz~270Hz区域放大,其中在150Hz~220Hz区域放大超过6dB,在177Hz时g/g最大,为17.25,折算为加速度值放大约4.15倍,370Hz~1300Hz有显著减震功能;由于器件固有频率大多在400Hz~800Hz,对器件有较好的减震功能。
虽然螺旋锁对器件在高频时有较好的减震功能,但要注意设计印制板时应尽量提高印制板的固有频率,最好将印制板的固有频率设计在400Hz以上,以避免印制板固有频率落在低频放大区域,引起响应加大;另一方面,印制板的弯曲曲率很大程度上反映了该器件管脚或焊点所受剪切力的程度,提高印制板固有频率是减少印制板板挠度的主要手段,印制板弯曲曲率较大的区域不适合安装面积较大的器件,位移越大的区域不适合安装质量较大的器件。
3 结束语
电子设备振动试验与分析是一门涉及到振动理论、振动试验技巧与操作、振动有限元建模与分析、器件耐振程度分析等各类相关技术的综合技术方法,需要进行大量的试验并在实践中加以总结与提炼,尤其是器件耐振程度各器件生产厂家基本无相关资料,需要进行大量试验以获得相应资料,掌握好振动试验与分析方法是每一个航空电子设备结构工程师开展振动设计和验证的重要基础工作。
参考文献
[1]汪凤泉.电子设备振动与冲击手册[M].北京:科学出版社,1997:123-135.