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什么是振动控制试验？

2020-02-12 00:00:54·  来源：Simcenter TEST  作者：张长辉  
　
振动控制试验，通常也叫环境试验或者环境模拟试验，通过该试验工程师可以验证产品的可靠性。这些试验通常可以利用产品的等效振动特性来加速产品疲劳验证过程，但
振动控制试验，通常也叫环境试验或者环境模拟试验，通过该试验工程师可以验证产品的可靠性。这些试验通常可以利用产品的等效振动特性来加速产品疲劳验证过程，但是这个过程所用的时间较产品的生命周期来说要短得多。通过振动控制试验可以减少保修成本，提高产品可靠性和客户满意度从而获得高的投资回报率。
 
振动控制试验是在现场或者实验室中对等效的振动或者冲击环境进行复现。振动控制试验通常由电动激励装置即下图中的振动台来实现作动。试验中试件关键位置的振动水平通过振动控制系统控制和监测。
图1：背景：安装有扩展台的振动台，前景：基于SCADAS前端的Simcenter Testlab振动控制系统
在振动试验中，试验的设置要实现试件在试验室中经受与现场相当的振动，试验如图2所示。
图2在试验室振动台上（右）复现现场振动（左）
振动控制试验通常是确保产品在极端环境中功能正常的一些列环境试验的一部分，同时除振动和冲击测试外，环境还包括：湿度、高低温、海拔、声学、辐射、电磁干扰（EMI）、盐雾等。有时这些试验也综合在一起，例如振动试验可能和温控箱综合在一起，如图3所示。
图3振动台和环境试验箱综合为测试气囊传感器
振动控制测试被用于去复现例如飞机起飞或降落、火箭发射、运输环境等环境。另外振动测试被用于筛查工艺问题、发现早期故障和改进分析模型。
在试验室做一个振动试验较现场测试有以下优势：
  • 快速并具有可重复性。在试验室做振动试验与现场试验相比，其可以快速并稳定的进行重复测试。
  • 可获取更多信息。试验室测试与现场测试相比其容易安装，其可以为设计团队优化产品性能提供获取更多信息。
为了重复这个振动，需要一个振动台的控制系统，这个系统由特定的部分组成，从而重现振动环境。
振动控制系统
典型的振动控制系统包含如图4所示的几个部分。
图4振动控制系统的组成
振动控制系统各部件的作用如下：
振动采集设备
  • 安装有Simcenter Testlab振动控制软件的电脑。该部分用于管理振动测试的类型并确定振动输出的量级。友情提示Simcenter Testlab以前叫做LMS Test.lab。
  • 控制前端（SCADAS）。用于模数和数模转化的前端，其将加速度传感器获取的模拟信号转化为电脑上可以记录和查看的数字信号，并将模拟信号输出给功放从而获得想要的振动量级。
振动台系统
  • 功放。从前端获得信号并输入给振动台，根据振动台的大小，时间的大小和目标量级选择不同的功放，当然大量级的电压或者电流是需要的。
  • 振动台。电动或者液压设备，其可以将试件进行振动。振动台系统拥有不同的特征，例如，为了对产品进行不同轴或者方向的测试，振动台有水平或者竖直台面，如图5所示。
  • 图5水平振动台（左）和竖直振动台（右）
  • 多轴振动台。为了同时模拟多轴的振动需要多轴振动台。在多轴振动台上可以对试件进行竖直、纵向和横向的振动，从而替换原先需要三次不同的试验，并且减少测试时间，如图6所示。
  • 图6，三轴多入多出振动台
  • 振动台的额定能力和极限。通常振动台根据最大的试件质量、动圈质量和所需加速度可以确定额定能力。振动台也会有最大允许位移、速度和频率，基于测试部件的尺寸和所期望的振动量级，振动台如果超出其极限则不能产生所期望的振动量级。
  • 振动台夹具。振动台夹具通常将试件刚性的安装在振动台上并保持试件的位置。通常会用扩展头来扩大振动台的安装面。理想的情况是，加速的第一阶共振频率应该高于最大的测试频率，如图7所示。
图7振动台扩展头（左）扩展头的第一阶模态（右）
 
测试对象和传感器
 
传感器
 
控制传感器，通常是一个或者多个加速度计用于检测和定义所需的振动量级是否达到控制要求。此传感器的灵敏度根据最大振动量级进行慎重选择。因为对于低量级的振动测试可能100mv/g的加速计就足够的，但是当对于大量级的振动测试可能需要mv/g的加速度计，从传感器到测试前端的线缆长度也应该考虑。
 
测量传感器，用于试件关键部位的振动测量。
 
测试对象
 
安装，测试对象安装在振动台上应模拟其安装在现场的情形。
 
方向，多数情况下，测试对象在一次试验中做一个方向或者多个方向。
 
测试对象定位，测试对象的重心应位于振动台系统的重心上，从而避免产生额外的力矩。
 
上述部分共同组成如图8所示的振动控制系统。
图8振动控制系统示意图
在进行振动控制试验之前通常会进行系统自检测试，从而保证整个控制系统（包括控制前端、功放、传感器、振动台、测试部件等）功能正常并组装正确。
在下一节中我们将介绍正弦、随机和冲击三种常见的振动控制试验类型及应用。 
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