振动试验入门 振动试验装置装机及使用注意事项3
理想加振夹具
试验体要做振动试验进行评价,就必须将其紧紧地固定在振动试验台的振动台面上。因此,需要准备各种各样的夹具来固定试验体,一般有垂直扩展台面、水平滑台、立方体夹具、L型夹具等,如下各图所示。
以上是常见的振动试验用夹具,若试验体不能直接安装其上,则需要另行设计夹具用来安装试验体。夹具的设计看起来很简单,但其实不然。尤其是在避免共振频率上面,需要充分地探讨和设计经验。
没有完全理想的振动试验夹具,只有合适的夹具。下面就夹具的评价方法进行简单说明,在这之前先了解一下台面均匀性和横纵比的概念。因为,设计好的夹具都是通过测量这两个性能,使用人员和设计人员不断争吵,不断改进,不断磨合,从而得到特性适合振动试验的夹具。
台面均匀性和横纵比
振动试验进行时,必须注意台面均匀性和横纵比这两个方面。
台面均匀性是指振动台面上各点处的振动量级大小是否一致。例如,使用垂直扩展台的时候,默认为台面上的各点振动量级是一样的,但其实不然。一般夹具或试验体都有一个共振频率(固有频率),由于这个共振频率,会导致台面各点的振动量级不一。通过观察垂直扩展台的共振状态,如下图所示,垂直扩展台的边缘由于共振影响会大幅摇晃,而中心处基本不晃动,各点振动量级是有差异的,即台面均匀性差。
横纵比即横向振动,虽然是垂直方向振动,但和垂直方向垂直的面(水平方向)上也有一个振动分量,主要也是夹具的共振影响,如下图。有的振动试验,水平方向的振动量级反而比垂直方向的振动量级大,导致无法判断正确的加振方向。当然,不仅和试验体或夹具的特性有关,也和控制用加速度传感器的安装位置有关,需要注意。
加振夹具的评价方法
合适的振动夹具是指在振动频率范围内及加振方向下,所有点的振动达到振动量级均一(台面均匀性高),横纵比小的夹具。如何测量这两个特性,可按照下图安装加速度传感器,控制加速度10m/s2振动,正弦扫频即可。通过监测传感器(图中个数偏少,可多加几个监测加速度传感器。)的响应加速度来对加振夹具进行评价。
以下是上图的测定结果,
从台面均匀性图像中可以看出,该夹具和试验体系统,垂直方向在200Hz处有共振,和控制加速度传感器处相比,超过100Hz后,振动的均匀性就开始变差。同样,从横纵比图像中可以看出,约在100Hz处横纵比达到垂直方向加振量级的70%左右,约在300Hz处比垂直方向的加振量级大。通过以上分析,可以看出,该夹具只能满足100Hz以下的振动,超过100Hz的振动试验无法正确对应。
针对以上分析,需要对加振夹具进行再次修改,进行改良,提高其在共振频率影响下的台面均匀性和横纵比,毕竟一般情况下,100Hz的共振频率还是太低了。当然有时候怎么修改也无法改变这个共振频率的影响,比如大尺寸大质量的垂直扩展台,这个时候如果控制加速度通道能保证试验进行下去,那也只能进行适当妥协。为了减少共振点的影响也可以采用多点平均控制的方式,提高台面均匀性和横纵比的特性,那是后话了。
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