三维隔震系统振动台实验研究_孟庆利

第27卷第3期

2007年6月地　震　工　程　与　工　程　振　动JOURNAL OF E ART HQUAKE E NGI N EER I N G AND E NGI N EER I N G V I B RATI O N Vol .27No .3Jun .2007收稿日期:2006-12-15;　修订日期:2007-02-28

基金项目:地震科学联合基金项目(B07012);中国地震局工程力学研究所预研究项目

作者简介:孟庆利(1974-),男,副研究员,博士,主要从事结构动力试验技术结构振动控制研究.

文章编号:100121301(2007)0320116205

三维隔震系统振动台实验研究

孟庆利,林德全,张敏政

(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080)

摘要:针对目前隔震体系尚不能减小竖向地震反应的缺陷,提出并研制了采用碟形弹簧的竖向半主动

隔震装置。竖向半主动隔震装置是由碟形弹簧和外套油缸组成的,且由电磁阀控制油缸内油体与外

接蓄油箱内油体间的油路,可实现竖向半主动隔震控制,提出了竖向隔震控制的半主动策略,结合水

平隔震支座可实现三维隔震。通过振动台地震模拟实验,验证了三维隔震体系的效能,该研究对高烈

度地区隔震技术的改善具有应用参考价值。

关键词:基底隔震;半主动竖向隔震;三维隔震;振动台实验

中图分类号:P315.972 文献标志码:A

Study on three 2d i m en si ona l isol a ted syste m i n shak i n g t able test

ME NG Q ingli,L I N Dequan,ZHANG M inzheng

(I nstitute of Engineering Mechanics,China Earthquake Adm inistrati on,Harbin 150080,China )

Abstract:I n this paper,in vie w of the li m itati on that the p reset base is olati on syste m can not decrease the vertical seis m ic res ponse,a kind of vertical se m i 2active is olated device with disk s p ring was devel oped .The vertical se m i 2active is olated device is made up of oil cylinder within disk s p ring and electr omagnetic valve that contr ols the oil r oute bet w een the oil cylinder and oil box,then achieves the vertical se m i 2active is olati on,and dra ws up a se m i 2ac 2tive contr ol strategy suited t o vertical se m i 2active is olated contr ol .Combining vertical se m i 2active is olated device with horiz ontal is olated bearing can achieve three 2di m ensi onal is olati on .The contr ol efficiency of three 2di m ensi onal is olati on syste m was validated thr ough the shaking table tests,this research is a hel p t o ref or m the is olati on tech 2nique in a high seis m ic intensity z one .

Key words:base 2is olati on;se m i 2active vertical is olati on;three 2di m ensi onal is olati on;shaking table test

引言

近20年来,现代隔震技术在土木工程中得到了较大规模的应用,隔震结构以其优良的减振效果、安全性、耐久性、经济性、适用性,得到地震工程界的认可。目前,隔震技术已经较为成熟,成为很重要的一种结构控制技术。目前,叠层橡胶支座基础隔震房屋已在我国广泛应用,主要分布在大陆的高烈度地震区。日本、美国、新西兰、法国、意大利、智利等国家建造了大量的这类隔震建筑和桥梁,

建筑结构地震反应的隔震技术已得到较为广泛的应用。但是,由于常规的橡胶隔震垫性能的限制,使得常规的隔震技术有一些较难克服的缺点。

首先,常规的隔震技术在减小主体结构地震反应的同时,放大了隔震层的位移。特别是在近震条件下,

地震地面运动的特征通常是大速度的脉冲,它会使隔震层产生较大的位移。对于隔震结构隔震层位移过大的问题,国际上已开展了一定的研究。考虑到单纯的用增加隔震层的被动阻尼来减小隔震层的位移是以增加上部结构的变形和加速度为代价的,因此许多学者提出在隔震层附加半主动装置,以结构的半主动隔震来实现减小隔震层位移并保持上部结构隔震效果不变的目标。

其次,目前应用的基础隔震部件尚无法达到有效地减小竖向地震作用的目的,有时甚至会起到相反作用。大量震害表明,竖向地震对结构物的影响是不容忽视的,在近震中或发震断层附近产生的竖向地震动,有时超过水平地震,又由于结构竖向刚度大,其竖向固有周期与竖向地震动卓越周期相近,因而结构的竖向振动特性备受关注,国内外学者越来越重视对竖向力的研究。目前基础隔震技术主要解决了水平向的地震减震问题,这方面国内外的研究和应用都比较多,并且有实际工程经受了地震考验,表现出良好隔离地震水平作用的效果。但隔震建筑的强震记录表明,对于竖向地震反应却基本无减小作用。虽然目前的隔震层除橡胶支座外,有的还附加阻尼器,但由于隔震层一般不能提供竖向的相对运动,因而不能起到隔离或减小竖向地震的作用。利用隔震体系将水平地震作用减弱后,竖向地震作用有可能成为主要的地震作用而引起竖向破坏,因此研究隔震结构的竖向地震反应是很必要的。

对于隔震结构的竖向隔震问题,国际上也已开展了一定的研究。研究者主张利用橡胶隔震垫的竖向刚度和阻尼来减小隔震结构的竖向地震反应。其中,A sano 等人考察了橡胶垫隔震层在Kobe 地震中对结构竖向和摇摆振动的隔震作用。Le w 和Huds on 等人在分析了一些实际结构的实测竖向地震反应记录之后指出,较大烈度的竖向地震并不会对隔震结构造成危害。应该看到,他们的研究虽有价值,但并不全面。首先,橡胶隔震垫主要是根据水平隔震的要求而设计的,它的竖向刚度和阻尼不满足竖向隔震的要求。其次,隔震结构的竖向地震反应加大了隔震支座的竖向力,增加了隔震层失稳的危险性,并有可能使上部结构柱产生较大的轴向地震力,从而导致结构柱总的轴压比超过允许值,这是导致结构破坏的潜在因素。日本大阪大学的Muraji 提出了一种叫做竖向振动吸能装置的隔震器,并进行了试验分析,得到一定的进展。西澳大利亚大学提出了一种欧拉装置进行竖向隔震。

从上面叙述可知,进一步开展建筑结构隔震新技术的研究是十分必要的。通过开发新型隔震装置,结合主动控制和智能材料-结构等先进技术,希望将隔震技术应用于高层建筑、不规则复杂建筑、网壳结构、桥梁结构等结构型式,拓展隔震技术的效能和应用范围。为了实现多维隔震,竖向隔震装置仍然是一个有待解决的问题,此外竖向与水平复合的隔震装置的研制也是一个重要问题。

1　

三维隔震系统

图1　三维隔震装置示意图Fig .1　3D is olat or sketch map 碟形弹簧是以其刚度大、结构简单、便于布置,以及能防止过

载等优点广泛地应用于工业产品中。由于单片弹簧的变形、承载

能力一般不能满足使用要求,因此碟形弹簧以叠合、对合或二者兼

用的形式组合而成。此外,碟形弹簧片之间的摩擦作用会产生一

定的阻尼,为了提高减振效能可附加阻尼装置。因此碟形弹簧就

可成为一种实用有效的建筑结构竖向隔震部件。考虑到建筑在正

常使用时应有尽量大的竖向刚度,可将碟形弹簧置于充满油的密

闭油缸中,油缸上设有可控开闭的阀,需要竖向隔震时打开阀,由碟形弹簧提供较小的、合适的竖向刚度,这样就构成了有效的竖向半主动隔震装置。为了提高竖向半主动隔震装置的阻尼值,可在

油缸内设置能提供较高阻尼的材料。竖向半主动隔震装置和叠层橡胶支座合理组合,将能形成一种能实现三维隔震的复合装置:利用现有水平叠层隔震支座与竖向半主动隔震装置(碟形弹簧和油缸构成)组合的复合隔震装置,两者串联,此三维隔震装置示意图如图1所示。

竖向半主动隔震装置是由碟形弹簧和外套油缸组成的,且由电磁阀控制油缸内油体与外接蓄油箱内油体间的油路。竖向隔震装置的半主动控制策略为:在未遭受地震时(结构正常使用时),或地震时隔震结构的竖向加速反应未超过既定限值时,控制油缸中液体流动的电磁阀关闭,此时竖向隔震装置的竖向刚度很大;当遭受地震时,或隔震结构的竖向加速度反应超过既定限值,电磁阀打开,这时复合隔震装置提供较小的

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竖向刚度和一定的竖向阻尼,实现竖向隔震作用,与水平橡胶隔震支座协同工作,从而实现三维隔震。

2　三维隔震系统振动台试验

2.1　试验钢框架模型

试验模型为一层单跨钢框架结构。钢框架模型在两个水平方向上刚度不同,试验时水平方向上仅在刚度较弱方向上进行地震动输入。通过测试得到钢模型刚度较弱方向的水平基频为3.52Hz,模型整体竖向基频计算所得约为50.72Hz。

2.2　三维隔震装置设计与研制

三维隔震支座实物照片见图2。其中水平隔震装置为无铅芯叠层橡胶垫,其等效水平刚度为0.121×106N/m,等效阻尼比为0.05(最大变位100%时),可使试验模型的水平基频降低到1.51Hz,通过试验测试其竖向刚度约为2.27×107N/m,这样仅水平隔震结构竖向基频约为20.5Hz;其中竖向隔震装置主要由油缸和内置碟形弹簧构成。

针对试验模型,考虑承载力、尺寸和刚度的要求,选用系列B、类别2碟形弹簧(依据碟形弹簧G B/T1972-92),其具体尺寸、参数等如表1所示:

表1　竖向隔震装置选用的碟形弹簧参数

Table1　The para meter of disk s p ring used in vertical is olat or 类别

D DΔh H P f H-f

f=0.75h

N

2112574 3.27.217800 2.4 4.8图2　三维隔震装置Fig.2　3D is olat or

为了降低三维隔震支座的竖向刚度,采用对合组合碟形弹簧的形式。每个此种规格碟形弹簧的弹性刚度约为:8.338×106N/m,50片对合后三维隔震支座的刚度约为0.167×106N/m,这样就能使试验模型的竖向频率降低到约1.77Hz。为了获得竖向隔震装置的实际竖向刚度,进行了伪静力试验。竖向隔震装置通过试验测试其初始竖向弹性刚度为0.172×106N/m;在位移超过4c m后刚度有所减小,约为0.145×106N/m,但幅度很小。

2.3　三维隔震装置振动台试验研究

为了研究三维隔震支座的控制效能,分别采用如下4种工况的试验:

(1)复合隔震试验:a仅竖向输入;b仅水平向输入;c双向(水平和竖向)输入

(2)仅水平隔震试验:a仅竖向输入;b仅水平向输入;c双向(水平和竖向)输入

(3)无控试验:a仅竖向输入;b仅水平向输入;c双向(水平和竖向)输入

(4)仅竖向隔震:a仅竖向输入;

选取迁安波10个顺连作为输入,水平加速度峰值为0.2g,竖向加速度峰值约为0.15g。试验模型系统的照片见图3。

图3　试验模型系统主要照片

Fig.3　Some p ictures about testing models

811 地　震　工　程　与　工　程　振　动 第27卷

2.5　试验数据整理与分析

振动台地震模拟实验时,各工况钢模型加速度时程见图4、图5,各工况时加速度放大系数比较见表3。试验模型基频测试结果见表2

。

图4　各工况时钢模型水平向加速度时程

Fig .4　Horizontal accelerati on of steel

model

图5　各工况时钢模型竖向加速度时程

Fig .5　Vertical accelerati on of steel model

表2　试验模型基频测试结果

Table 2　Natural frequencies of testing model

类别

无控模型仅竖向隔震模型仅水平向隔震模型复合三维隔震模型水平向基频/Hz

3.52Hz 1.42Hz 0.68Hz 竖向基频/Hz 未识别到 1.51Hz 20.65

1.56Hz 9

11第3期孟庆利等:三维隔震系统振动台实验研究

021 地　震　工　程　与　工　程　振　动 第27卷

表3　各种工况加速度放大系数比较

Table3　Accelerati on magnificati on fact ors

隔震层加速度峰值放大系数隔震结构加速度峰值放大系数工况台面输入情况

水平向竖向水平向竖向无控水平向输入 2.730

竖向输入7.844

双向输入 2.6988.155竖向隔震竖向输入0.9820.836

水平隔震水平向输入0.5760.442

竖向输入 4.207 6.735

双向输入0.838 3.6240.414 6.822复合隔震水平向输入0.4020.383

竖向输入0.9160.701

双向输入0.4690.8430.3480.649

从试验数据整理分析可知:

(1)在迁安波作用下,试验钢模型的水平向加速度放大到输入的约2.7倍;竖向加速度放大到约8倍。

(2)在迁安波作用下,试验钢模型在设置了竖向隔震装置后,其竖向加速度减小到输入的0.836倍。

(3)在迁安波作用下,试验钢模型在设置水平叠层橡胶支座后,试验钢模型的水平加速度有很大程度的减小(减小到输入水平地震动加速度峰值的0.4倍左右),但是竖向加速度有很大放大(放大到输入竖向地震动峰值的7倍左右),可见叠层橡胶隔震只在水平向起到有效的隔震作用,对竖向隔震几乎不起作用。

(4)在迁安波作用下,试验钢模型在设置三维隔震装置后,试验钢模型的水平加速度和竖向加速度均有很大程度的减小(水平加速度减小到约为输入水平地震动的0.1～0.2倍;竖向加速度减小到约为输入地震动的0.6～0.7倍),可见三维隔震装置能有效地起到水平向和竖向隔震作用,即能起到三维隔震的功效。

通过振动台不同工况对比试验结果的整理分析,验证了三维隔震支座的三维隔震控制效能。

3　小结

本文提出并研制了三维隔震装置,并介绍了试验模型,三维隔震装置以及三维隔震装置的振动台试验过程和试验结果。通过各种工况(无控、仅竖向隔震、仅水平隔震与复合隔震)振动台试验结果的整理分析,验证了三维隔震装置的隔震功效,它能有效地减小隔震结构的水平和竖向加速度反应,起到三维隔震的作用。参考文献:

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随机振动分析报告

Alex-dreamer制作PSD：（可以相互传阅学习，但是鄙视那些拿着别人成果随意买卖！）PSD随机振动应用领域很广，比如雷达天线，飞机，桥梁，天平，地面，等等行业。虽然现在对这方面公开资料很少，但是我相信以后会越来越多，发展的越来越成熟。学术的浪潮总体是向前的，不会因为几个大牛保密自己的成果就会阻止我们对PSD研究，因此结合我的经验和爱好，我研究了一下两种PSD加载分析。我标价的原则是含金量大小和花费我的时间以及我的经验值，如果你觉得值，就买；不值就不要下了。因为我始终认为：士为知己者死，女为悦己者容。算是互相尊重。如果你得到这份资料，那就祝你好运！ Good luck!-Alex-dreamer(南理工) 一：目的：根据abaqus爱好者提出的PSD随机振动分析，提出功率谱如何定义及如何加载？如果功率谱是加速度的平方，如何加载？如果在输入点施加载荷功率谱如何定义？本文将给出详细的分析过程。 二：随机振动基本概念 1. 随机振动的输入量和输出量都是概率统计值，因此存在不确定性。输入量为PSD （功率谱密度）曲线，分为加速度、速度、位移或者力的PSD曲线；最常见的是加速度PSD，常用语BASE MOTION基础约束加载。 2. 随机振动的响应符合正态分布，PSD实际上是随机变量的能量分布，也就是在不同频率上的方差值，反映不同频率处的振动能量，PSD曲线所围成的面积是随机变量总响应的方差值； 3. RMS为随机变量的标准方差，将PSD曲线包络面积开平方即为RMS。 4. 随机振动输出的位移、应力、应变等值都是对应不同频率的方差值（即PSD值），量纲为x^2，当然也可以输出这些变量的均方根值（即RMS值）；abaqus6.10以上版本可以直接在场变量里面输出设置。见下文。 5. 如果是单个激励源，定义为非相关性分析，如是多个激励源，则需要定义相关性参数。因此出现type=uncorrelated。 三：模型简介： 1）该模型很简单，是hypermesh中一个双孔模型。 2）网格划分在hypermesh中完成，保证了雅克比>0.7以及网格其它质量的要求。网格与几何具有较高的吻合度。 3）方案1（对应connect模型）：在上方两个孔采用全约束方式，且加载的功率谱PSD密度是加速度功率谱，也就是说基于BASE基础约束，进行随机振动 PSD分析。结果分析底部孔处某节点的结果响应。 4）方案2（对应connect模型）：在底部圆孔施加载荷force类型的功率谱PSD，

了解振动试验的目的和振动台技术参数

了解振动试验的目的和必要性 现今世界经济潮流,已从过去地域性的经济模式而走向全球性的经济贸易。无论是地域性市场或进军全球市场，高质量的表现是不容讳言的。而振动测试更是协助您产品跃入高质量行列中不可缺乏的利器。 产品达到用户手中，在此过程中将有不同状态之振动产生，造成产品不同程度的损坏。而对于产品有任何损坏都不是厂商及客户所愿意见到的，然而运送过程所发生的振动却是难以避免，若一味的提高包装成本，必将带来严重而不必要的浪费，反之脆弱的包装却造成产品的高成本，并丧失了产品形象及市场，这些都不是我们所愿见到的。 振动测试约在四、五十年前开始萌芽，理论建立时，并无助于人们相信它的重要性，直到二次大战时，许多的飞行器、舰艇、车辆及器材在使用后，意外的发现机件失零的比例相当高，经研究的结果发现，大都由于其结构无法承受其本身所产生的长时间共振，或搭载物品承受运送共振所引起之，组件松脱、崩裂，而致机件失零甚而造成巨大损失。当这项结果公布后，振动测试才受到各界重视，纷纷投入大笔经费、人力去研究。尔后，对于振动量测分析以至模拟分析的近代理论建立后，对振动测试的方法及逻辑亦不断改进。尤其现今货物的流通频繁，使振动测试更显重要。 然而振动测试的目的，是在于实验中作一连串可控制的振动模拟，测试产品在寿命周期中，是否能承受运送或振动环境因素的考验，也能确定产品设计及功能的要求标准。据统计的数据显示提升3%的设计水平，将增加20%的回收及减少18%的各项不必要支出。振动模拟依据不同的目的也有不同的方法如共振搜寻、共振驻留、循环扫描、随机振动及应力筛检等，而振动的效应计有：一、结构的强度。二、结合物的松脱。三、保护材料的磨损。四、零组件的破损。五、电子组件之接触不良。六、电路短路及断续不稳。七、各件之标准值偏移。 八、提早将不良件筛检出。九、找寻零件、结构、包装与运送过程间之共振关系，改良其共振因素。而振动测试的程序，须评估订定试验规格，夹具设计之真实性，测试过程中之功能检查及最后试件之评估、检讨和建议。 振动测试的要义在于确认产品的可靠度以及提前将不良品在出厂前筛检出，并评估其不良品的失效分析以期成为一个高水平、高信赖度的产品。 欢迎您与我们连络，我们提供给予您的不只是一部高质量的振动测试机，更是提升贵公司产品水平及形象的最佳利器，拥有它您的产品将无往不利。 一、产品用途： 振动试验机模拟产品在制造，组装运输及使用过程中所遭遇的各种环境，用以鉴定产品是否忍受环境振动的能力，适用于电子、机电、光电、汽机车、玩具……等各行各业的研究、开发、品管、制造。振动试验机能让我们提早知道产品或产品中的部件的耐振寿命，从而确定产品设计及功能的要求标准。 二、检测范围： 1、产品结构的强度。 2、结合物的松脱。 3、保护材料的磨损。 4、零部件的破损。 5、电子组件的接触不良。 6、电路短路及断续不稳。 7、各零件之标准值偏移。 8、提早将不良件筛检。 9、找寻零件、结构、包装与运送过程间之共振关系。

有关功率谱分析的相关总结

有关功率谱分析的相关总结 谱是个很不严格的东西，常常指信号的Fourier变换，是一个时间平均（time average）概念功率谱的概念是针对功率有限信号的(能量有限信号可用能量谱分析，能量有限的信号通常为能量信号，他们的傅里叶变换是收敛的)，所表现的是单位频带内信号功率随频率的变换情况。保留频谱的幅度信息，但是丢掉了相位信息，所以频谱不同的信号其功率谱是可能相同的。有两个重要区别：1。功率谱是随机过程的统计平均概念，平稳随机过程的功率谱是一个确定函数；而频谱是随机过程样本的Fourier变换，对于一个随机过程而言，频谱也是一个“随机过程”。（随机过程有频谱吗？）（随机的频域序列）2。功率概念和幅度概念的差别。此外，只能对宽平稳的各态历经的二阶矩过程谈功率谱，其存在性取决于二阶矩是否存在并且二阶矩的Fourier变换收敛；而频谱的存在性仅仅取决于该随机过程的该样本的Fourier变换是否收敛。 频谱和功率谱的区别在于： （1）信号通常分为两类：能量信号和功率信号； （2）一般来讲，能量信号其傅氏变换收敛（即存在），而功率信号傅氏变换通常不收敛，当然，若信号存在周期性，可引入特殊数学函数（Delta）表征傅氏变换的这种非收敛性；（3）信号是信息的搭载工具，而信息与随机性紧密相关，所以实际信号多为随机信号，这类信号的特点是状态随机性随时间无限延伸，能量无限。换句话说，随机信号大多属于功率信号而非能量信号，它并不存在傅氏变换，亦即不存在频谱； （4）若撇开搭载信息的有用与否，随机信号又称随机过程，很多噪声属于特殊的随机过程，它们的某些统计特性具有平稳性，其均值和自相关函数具有平稳性。对于这样的随机过程，自相关函数蜕化为一维确定函数，前人证明该确定相关函数存在傅氏变换； （5）能量信号频谱通常既含有幅度也含有相位信息；幅度谱的平方（二次量纲）又叫能量谱，它描述了信号能量的频域分布；功率信号的功率谱描述了信号功率随频率的分布特点，也已证明，信号功率谱恰好是其自相关函数的傅氏变换； （6）实际中我们获得的往往仅仅是信号的一段支撑，此时即使信号为功率信号，截断之后其傅氏变换收敛，但此变换结果严格来讲不属于任何“谱”； （7）对于（6）中所述变换若取其幅度平方，可作为信号功率谱的近似，是为经典的“周期图法”； （8）FFT是DFT的快速实现，DFT是DTFT的频域采样，DTFT是FT的频域延拓。人们不得已才利用DFT近似完成本属于FT的任务。若仅提FFT，是非常不专业的。 功率谱是个什么概念？它有单位吗? 随机信号是时域无限信号，不具备可积分条件，因此不能直接进行傅氏变换。一般用具有统计特性的功率谱来作为谱分析的依据。功率谱与自相关函数是一个傅氏变换对。功率谱具有单位频率的平均功率量纲。所以标准叫法是功率谱密度。通过功率谱密度函数，可以看出随机信号的能量随着频率的分布情况。像白噪声就是平行于w轴，在w轴上方的一条直线。功率谱密度，从名字分解来看就是说，观察对象是功率，观察域是谱域，通常指频域，密度，就是指观察对象在观察域上的分布情况。一般我们讲的功率谱密度都是针对平稳随机过程的，由于平稳随机过程的样本函数一般不是绝对可积的，因此不能直接对它进行傅立叶分析。可以有三种办法来重新定义谱密度，来克服上述困难。 一是用相关函数的傅立叶变换来定义谱密度；二是用随机过程的有限时间傅立叶变换来定义

国内外振动台与振动试验的研究现状

1.国内外振动台与振动试验的研究现状 1.1国内外振动台研究现状 一、各类振动台的优缺点 用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类:机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可以完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。 1.机械式振动台 机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，激振力与不平衡力矩和转速的平方成正比。这种振动台可以产生正弦振动，其结构简单，成本低、但只能在约50Hz~100Hz的频率范围工作，最大位移为6mm峰一峰值，最大加速度约10g，不能进行随机振动。 凸轮式振动台运动部分的位移取决于凸轮的偏心量和曲轴的臂长，激振力随运动部分的质量而变化。这种振动台在低领域内，激振力大时，可以实现很大的位移(如100mm)。但这种振动台工作频率仅限于低频，上限额率为20Hz左右。最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。 对于所应用的机械式振动试验台具有几个共同的优点:结构简单、容易安装、造价较低、运用及维修简单可以、可以进行较长时间的试验。但也有共同的缺点:试验范围小、波形失真度大、不能采用反馈控制、很难实现随机振动及几个机械式振动台同步运行。 2.电液式振动台 电液式振动台的工作方式是用小的电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。在实际应用中主要有力马达滑阀式电液振动台和喷嘴一挡板式电液振动台。这类振动台的主要优点是:能产生很大的激振力和位移(如激振力可以达104N，位移可达2.5m)、工作频率下限可以达到零赫兹、可以采用反馈控制、能实现随机振动及几个电液振动台进行同步运行。同时电液振动台的缺点是:难于在高频区工作，适用于在低频区及中频区进行振动试验。液压系统的性能容易受温度的影响，对油液要求高、造价贵、维修复杂。由于油泵的压力脉动，油液压缩性引起的共振、液压密封件的摩擦等，使得波形失真比电动振动台大。 这种振动台因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来的振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。 3.电动式振动台 电动式振动台是根据电磁感应原理设计的，当通电导体处在恒定磁场中将受到力的作用，当导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。 电动式振动台是振动环境试验中广泛使用的一种振动设备，与其它振动设备相比，它主要的优点具有:工作频率范围宽、波形失真度小、频率稳定、控制方便、可以采用反馈控制。特别是它的高频特性，一般能工作到3kHz。对于几公斤推力的电动式振动台工作频率上限甚至可以扩展到10kHz以上，所以被广泛应用于航空、航天、护电器、仪器仪表、建筑、水利、交通运输和家电等各个领域。电动振动台的缺点是单台的激振力及振幅不够大，台面有漏磁场的影响，价格贵，维修复杂。 二、国内外振动台发展状况 1.国内振动台的研究现状 中国航天第702所拥有完整的振动环境试验手段和丰富的振动环境经验，按照GB2423、GBJ150、MIL-STD-810等各项标准进行产品的振动环境试验，建立了推力从7.5kN、10kN、

高层楼房震动测试报告

目录 第1章测试的目的 (1) 第 2 章高层建筑结构现场动力特性测试方法 (3) 2.1概述 (3) 2.2 影响高层建筑动力测试的环境因素 (3) 2.3高层建筑结构脉动测试测点分类 (3) 2.3.1水平振动测点 (3) 2.3.2扭转振动测点 (4) 2.4测点及测站布置原则 (4) 2.4.1找好中心位置布置平移振动测点。 (4) 2.4.2在建筑物的两侧布置扭转测点 (4) 2.5 传感器布置的方法 (5) 第3章西安建筑科技大学XX大楼现场动力测试 (6) 3.1 结构概况 (6) 3.2 测试目的 (6) 3.4 测试仪器设备 (6) 3.5 测试方案 (6) 3.6 脉动过程记录 (7) 3.7结果分析 (9) 3.8 结论 (11) 参考文献 (12)

第1章测试的目的 高层建筑结构的动力特性指它的自振频率、振型及阻尼比.虽然这些动力特性可以通过理论计算求得，但通过测试所得的动力特性仍然具有重要意义。主要表现在以下几个方面: ①.检验理论计算 理论计算方法求结构的自振频率时存在误差。于在理论计算过程中，要先确定计算简图和结构刚度，而实际结构往往是比较复杂的，计算简图都要经过简化，常填充墙等非结构构件并不记入结构刚度，而且结构的质量分布、材料实际性能、施工质量等都不能很准确的计算。因此，计算周期与实测周期相比，往往相差很多，据统计，大约前者为后者的1.5--3倍。这样，如果直接采用理论计算的自振周期计算等效地震荷载，往往使内力及位移偏小，设计的结构不够安全。因此，理论周期要用修正系数加以修正。现场实测可以得到建筑物建成后实际的动力特性，因此是准确可靠的。所得数据可以与理论计算数据进行对照比较，验证理论计算，也可为设计类似的对于超高层建筑提供经验及依据。 ②．验证经验公式 通过实测手段对各种不同类型的建筑物进行测试以后，可归纳总结出结构周期的规律，得到计算结构振动周期的经验公式。在估算结构动力特性及估算地震作用时采用经验公式可快速得到结果，方便实用。由于实测周期大都采用脉动试验的方法得到，是反映结构在微小变形下的动力特性，得的周期都比较短，如果激振力加大，结构周期会加长。在地震作用下，随着地震烈度不同，房屋会有不同程度的开裂破坏，刚度降低，自振周期会变长。因此，完全按照脉动测试的周期来确定同类型结构的周期，将使计算等效地震力加大，设计偏于保守。所以由脉动方法得到的实测周期需要乘以修正系数，再计算等效地震力。在大量测试工作和积累了丰富资料的基础上，这个修正系数的大小视结构类型、填充墙的多少而定，大约在1.1-1.5之间。在给出经验公式时，计入这一修正系数，这样既可以简化计算，又与实际周期较为接近。 ③.为结构安全性评估及损伤识别提供依据 建筑结构的质量问题不容忽视，它是直接关系着千家万户的生命财产安全和安居乐业的大事，建筑结构的质量状态评估日益受到人们的重视。传统的经验性的评估方法存在许多缺陷和不足，静力检测结构的缺陷也有许多局限性。动力检测应用于整体结构的质量评估受到国内外学者的广泛关注。近10年来，国内外学者一直在寻找一种能适用于复杂结构整体质量评估的方法。目前，到

振动试验时传感器的安装

振动试验时传感器的安装 唐永革 随着改革开放政策的继续贯彻加之国产设备的不断完善，电动振动台将会在科研及应用领域发挥更大的作用。怎样正确使用电动振动台，已成为从事环境试的工程技术人员和操作人员不可忽视的问题。现结合实例，谈谈就怎样使用电动振动台提高振动试验再现性。 一．必须明确的概念（GB/T2423.10） 1．固定点：固定点是指试验样品和夹具或试验样品和振动台(如果振动台装有附加台面时，则指试验样品和附加台面)点接触的部分，此处在实际使用中通常定试验样品的地方，如果实际安装结构的一部分作夹具使用(诸如减震架、托架等届试验样品本身所带)则应取其和振动台点接触的那部分作固定点，而不能用试验样品和安装结构点接触那部分作固定点。 2．测量点：在GB/T2423.10中附录中规定了两种类型的测量点,主要点就是检查测量位于振动台、夹具或试验样品上所承受的实际振动量值，该点尽可能要接近固定点，在任何情况下，检测点上的传感器都要和固定点刚性连接，因为试验的要求就是通过许多检测点来保证的。 3．检测点：在振动试验中，所选择的用以监视和测量台面振动量值和试验样品(或试验样品某一薄弱环节)响应的传感器的安装点。 4.基准点:是从检测点中选定的点,为了满足GB/T2423要求,该点的信号是用来作控制试验用的. 5．控制点：在振动试验中用以控制振动量值(该量值是试验样品标准所规定的值)的传感器的安装点，该点也必须是固定点中具有代表性的点。 控制点可分单点控制和多点控制. 二．如何选择控制点、检测点、监测点的位置 1．控制点的位置：控制点必须选择在与试验样品安装点直接点接触的固定点的最近处。 (1)由于电动振动台的台面较小，加之原台面不易直接安装试验样品，一般使用者都安装了附加台面，并且在安装时充分利用了原台面上的所有安装孔，都和附加台面进行了刚性固定连结，把它看成与原台面合成了一个新的整体，这是

随机振动知识点个人小结

《随机振动》 《随机振动》这门课主要讲了以下五部分内容： 1、随机信号的描述与分析； 2、系统动态特性的描述； 3、线性定常系统在平稳随机激励下的动态响应； 4、损坏理论； 5、非线性随机振动。 第一部分：随机信号的描述与分析 1.信号的概念及分类 图1-1 信号的分类 确定信号是指能用明确的数学关系式表达的信号。确定信号可分为周期信号和非周期信号两类。频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。准周期信号也是由多个频率成分叠加的信号，但叠加后不存在公共周期。一般周期信号是在有限时间段存在，或随时间的增加而幅值衰减至零的信号，又称为瞬变非周期信号。

随机信号又称为非确定性信号，是无法用明确的数学关系式表达的信号。随机信号是工程中经常遇到的一种信号，其特点为： 时间函数不能用精确的数学关系式来描述； 不能预测它未来任何时刻的准确值； 对这种信号的每次观测结果都不同。但大量地重复试验可以看到它具有统计规律性，因而可用概率统计方法来描述和研究。 根据是否满足平稳随机过程的条件，又可以分为平稳随机信号和非平稳随机信号。平稳随机信号又可分为各态历经和非各态历经两类。若随机过程的统计特征参数不随时间变化，则称之为平稳随机信号。如果平稳随机过程的任一个样本函数的时间统计特征均相同，且等于总体统计特征，则该信号称为各态历经过程。 2.随机信号的分析与处理 由于测试系统内部和外部各种因素的影响，必然在输出信号中混有噪声，所以必须对所得的信号进行必要地分析和处理，才能准确地提取它所包含的有用信息。信号分析和处理的目的是：（1）、剔除信号中的噪声和干扰，即提高信噪比；（2）、消除测量系统误差，修正畸变的波形；（3）、强化、突出有用信息，消弱信号中的无用部分；（4）、将信号加工、处理、变换，以便更容易识别和分析信号的特征，解释被测对象所变现的各种物理现象。 2.1 随机信号的时域及幅值域分析 随机信号是从一个做随机运动的随机信源产生的。每一个记录是随机信号的一个实现，称为它的一个样本函数。所有时间连续的样本函数的总集组成连续随机信号},3,2,1),({)}({)(???==i t x t x i 。对连续随机信号做等时距采样可得到离散随机信号}),(),(),(,{)()3()2()1( n x n x n x n x =。

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析.

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析 ANSYS随机振动分析功能可以获得结构随机振动响 应过程的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构 的随机疲劳寿命。本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程。 １．随机疲劳现象普遍存在 在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。 2．ANSYS随机振动分析功能介绍 ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面： 1.具有位移、速度、加速度、力和压力等PSD类型； 2.能够考虑a阻尼、 阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻 尼比；

3.能够定义基础和节点PSD激励； 4.能够考虑多个PSD激励之间的相关程度：共谱值、二 次谱值、空间关系和波传播关系等； 5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1σ 位移解，1σ速度解和1σ加速度解； 3．利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原 理 在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。 当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图1所示）： 应力区间 发生的时 间 -1σ ~+1σ68.3%的时间 -2σ ~+2σ27.1%的时间

多自由度系统振动分析典型教案

第2章多自由度系统的振动 基本要点： ①建立系统微分方程的几种方法； ②固有频率、固有振型的概念以及固有振型关于质量和刚度矩阵的加权正交性； ③多自由度系统运动的解耦—模态坐标变换及运用模态叠加法求解振动系统的响应。 引言 多自由度振动系统的几个工程实例；多自由度系统振动分析的特点；多自由度系统振动分析与单自由度系统的区别与联系。 §2.1多自由度系统的振动方程 ●方程的一般形式：质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和激振力 §2.2建立系统微分方程的方法 ●影响系数：刚度影响系数、柔度影响系数 ●刚度矩阵法、柔度矩阵法及这两种方法的特点；Lagrange方程法 §2.3无阻尼系统的自由振动 ●二自由度系统的固有振动：固有频率、固有振型。 ●二自由度系统的自由振动 ●二自由度系统的运动耦合与解耦 弹性耦合，惯性耦合； 振动系统的耦合取决于坐标系的选择； ●多自由度系统的固有振动 固有振动的形式及条件：特征值、特征向量、模态质量、模态刚度； 固有振型的性质：关于质量矩阵和刚度矩阵的加权正交性； 刚体模态； ●运动的解耦：模态坐标变换（主坐标变换）。 ●多自由度系统的自由振动 §2.4无阻尼系统的受迫振动 ●频域分析：动刚度矩阵和频响函数矩阵，频响函数矩阵的振型展开式，系统反 共振问题。 ●时域分析：单位脉冲响应矩阵，任意激励下的响应，模态截断问题，模态加速 度法。 §2.5比例阻尼系统的振动 ●多自由度系统的阻尼：Rayleigh比例阻尼。 ●自由振动 ●受迫振动：频响函数矩阵，单位脉冲响应矩阵，任意激励下的响应。 §2.6一般粘性阻尼系统的振动

●自由振动：物理空间描述，状态空间描述。 ●受迫振动：脉冲响应矩阵，频响函数矩阵，任意激励下的响应。 思考题： ①刚度矩阵和柔度矩阵在什么条件下是互逆的两个矩阵？从物理上和数学两方面加以解 释？ ②为什么说模态质量、模态刚度的数值大小没有直接意义？ ③证明固有振型关于质量矩阵和刚度矩阵的加权正交性，并讨论其物理意义。 ④在实际的多自由度系统振动分析中，为什么要进行模态截断？ 参考书目 1.胡海岩，机械振动与冲击，航空工业出版社，2002 2.故海岩，机械振动基础，北京航空航天大学出版社，2005 3.季文美，机械振动，科学出版社，1985。（图书馆索引号：TH113.1/1010） 4.郑兆昌主编, 机械振动上册,机械工业出版社，1980。（图书馆索引号： TH113.1/1003-A） 5.Singiresu S R, Mechanical vibrations，Longman Prentice Hall, 2004(图书馆索引 号：TH113.1/WR32)

标准振动试验介绍

标准振动试验介绍 简介 振动试验是评定元器件、零部件及整机在预期的运输及使用环境中的抵抗能力. 物体或质点相对于平衡位置所作的往复运动叫振动。振动又分为正弦振动、随机振动、复合振动、扫描振动、定频振动。描述振动的主要参数有 动频率为f时D 振动试验标准GJB 150.25-86 GB-T 4857.23-2003 GBT4857.10-2005 目前可以进行该试验的试验室有测量控制设备及系统实验室、环境可靠性与电磁兼容试验中心、苏州电器科学研究所。在现场或实验室对振动系统的实物或模型进行的试验。振动系统是受振动源激励的质量弹性系统 现在已被推广到动力机械、交通运输、建筑等各个工业部门及环境保护、劳动保护方面 及振动环境试验等内容。响应测量主要是振级的测量。为了检验机器、结构或其零部件的运行品质、安全可靠性以及确定环境振动条件各种实际工况下 ;对平稳随机振动, 级的度量。选定 动态特性参量的测定 动态特性参量的简易测定方法 ①固有频率测定用敲击或突然卸载 使系统产生自由振动,记录其衰减波形并与仪器中的时标信号比较,或将信号发生器产生的 ②振型测定手持木质或铝质探针接触被测 致判断振型。③阻尼测定可采用衰减振动法、共振法和相位法。衰减振动法是用记录仪 出阻尼值。机械导纳方法机械导纳是系统频域的特征参量(见机械阻抗)。大型复杂结构的固有频率多而密集, 图 时域识别方法直接利用振动的时间 (系统的时域特性参量之一,其傅里叶变换即机械导纳)的关系直接计算模态参量。对受迫振动,可以用数字

载荷识别指分析和确定振源的 谱分析或相关分析方法得出。振动环境试验为了了解产品的耐振寿命和性能指标的稳定 环境的振动、冲击条件下进行 法分两大类:①标准试验,包括耐预定频率试验、耐共振试验、正弦扫描试验、宽带随机振动 机振动试验、随机波再现试验、正弦波和随机波混合试验等。(见振动环境试验) 振动试验数据处理和分析 理法。振动试验意义和使用在运输 运输 振动摆放方位会影响到货 运箱、它的内包装、封装和内在产品。测试允许分析这些部件的相互作用。更改其中一个或 方法 A1重复振动(垂直运动) 测试 A2重复振动(旋转运动)测试 B单个货运箱共振(垂直运动)测试 C水平负载、复合负载、垂直负载共振测试 用性。这些方法符合ISO8318和ISO2247。方法A1和方法A2 在运输车里没有受到任何限制的单个货运箱及因单个负载或堆放负载的放大振动而受到重复振动的货运箱。备注1A1和方法A2产生不同 导致不同的损坏类型和强度。两种测试方法的测试结果不能相互关联。 B方法B 备注2 用方法C来测试。方法C 放。 4.8(包括测试强度、频率范围、测试周期) 这些测试的结果是相互不同的。振动试验设备使用方法仪器测试方法A1-重复振动 测试(垂直运动) 面的运动曲线类似垂直正弦输入(平面旋转振动是不接受的)的设备支撑。振动的双幅位移应

航空电子设备振动试验与分析

航空电子设备振动试验与分析 【摘要】本文就航空电子设备振动试验，包括试验夹具设计、设备安装、控制点选择及几个关键结构问题的试验分析与结论等方面作一些阐述。 【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；

结构动力学读书报告

《结构动力学》 读书报告

结构动力学读书报告 学习完本门课程和结合自身所学专业，我对本门课程内容的理解和在各方面的应用总结如下： 1. （1）结构动力学及其研究内容： 结构动力学是研究结构系统在动力荷载作用下的振动特性的一门科学技术，它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。本书的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。 （2）主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模型，在确定载荷后，导出模型的运动方程，然后选用合适的方法求解。 （3）数学模型 将结构离散化的方法主要有以下三种：①集聚质量法：把结构的分布质量集聚于一系列离散的质点或块，而把结构本身看作是仅具有弹性性能的无质量系统。由于仅是这些质点或块才产生惯性力，故离散系统的运动方程只以这些质点的位移或块的位移和转动作为自由

度。对于大部分质量集中在若干离散点上的结构，这种方法特别有效。 ②广义位移法：假定结构在振动时的位形（偏离平衡位置的位移形态）可用一系列事先规定的容许位移函数fi （它们必须满足支承处的约束条件以及结构内部位移的连续性条件）之和来表示，例如，对于一维结构，它的位形u（x）可以近似地表为： @7710 二送 结构动力学 （1）式中的qj称为广义坐标，它表示相应位移函数的幅值。这样，离散系统的运动方程就以广义坐标作为自由度。对于质量分布比较均匀，形状规则且边界条件易于处理的结构，这种方法很有效。 ③有限元法：可以看作是分区的瑞利-里兹法，其要点是先把结构划 分成适当数量的区域（称为单元），然后对每一单元施行瑞利-里兹法。通常取单元边界上（有时也包括单元内部）若干个几何特征点（例如三角形的顶点、边中点等）处的广义位移qj作为广义坐标，并对每个广义坐标取相应的插值函数作为单元内部的位移函数（或称形状函数）。在这样的数学模型中，要求形状函数的组合在相邻单元的公共边界上满足位移连续条件。一般地说，有限元法是最灵活有效的离散化方法，它提供了既方便又可靠的理想化模型，并特别适合于用电子计算机进行分析，是目前最为流行的方法，已有不少专用的或通用的程序可供结构动力学分析之用。 （4）运动方程

随机振动分析

随机振动分析实例 Yunyunsunsun 1 导入几何体。 1.1 启动ANSYS Workbench后点击“browse”，打开安装目录D:\Program Files\ANSYS Inc\v110\AISOL\Samples\Simulation，选中“BoardWithChips”文件后，在Workbench工作窗口中显示如图1所示。 图1 模型图 1.2 在主菜单中将单位设置为Units> U. S. Customary (in, lbm, lbf, °F, s, V, A)。 2 模态分析 2.1 在主菜单“New Analysis”中选择模态分析。在模型树中，点击“Analysis Settings”，在左下角出现的“Details of Analysis Settings”中，将“Max modes to find”设为12，如图2所示。 图2 提取12阶模态图3 固定约束左右两个小孔内壁 2.2 施加固定约束。 将左右两个小孔内壁固定住，如图3所示。 2.3 求解模态分析。 计算完毕后，在“Tabular Data”窗口（如果工作窗口下部不显示说明隐藏在右部）中选中12阶频率（图4-1），右击选中“Create Mode Shape Results”，模型树中自动出现12阶“Total Deformation”（图4-2）；高亮显示模型树中“Solution”，右击选中“Evaluate all results”；

最后高亮显示模型树中所有“Total Deformation”，右击选中“Rename Based on Definiton”，如图4-3所示。 （此步过于详细，大家可根据需要执行） 图4-1 图4-2 图4-3 3 随机振动分析 3.1 在主菜单“New Analysis”选择“Random Vibration”，点击“Initial Condition Environment”后面的黑三角，选择“Modal”，如图5-1所示。 图5-1 图5-2 3.2 点击“Analysis Settings”，默认情况下“Number of Modes To Use”，选择所有模态，此处也可根据需要设置模态阶数，如图5-2所示。 3.3 施加PSD 基础激励载荷 将鼠标放置在“Analysis Settings”上右击插入“PSD Base Excitation”，点击“Load Data”后的黑三角，选择“New PSD Load”，如图6-1所示，弹出窗口如图6-2所示，选择PSD载荷类型为PSD G Acceleration，点击OK按钮。

振动试验理论基础与方法培训

奥 申 检 测 振动试验理论基础与方法培训 主讲人：洪城明 上海奥申检测科技有限公司 培训目的： （1）基本了解振动试验相关的基础理论（2）掌握理解振动试验相关的核心理论 （3）了解振动试验设备结构、功能，掌握其主要参数范围 （4）了解振动试验传感器关键参数、掌握核查方法与使用注意点（5）理解并掌握正弦振动、随机振动的试验方法（6）理解并掌握冲击试验方法 （7）了解夹具要求、开发验证过程，掌握共振搜寻确认方法（8）掌握GMW17010对零件振动试验的要求、流程和方法

奥 申 检 测 1.1振动试验目的 在实验室内模拟一连串实际的振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输、储存或使用过程的振动环境的考验。 1.2应用 （1）耐久测试——获得临界使用条件，确定产品设计和功能的使用边界、制定要求标准。 （2）质控测试——考核产品耐振动性能是否达标、提前筛检出不良品，确认质量和提升产品的可靠性。 （3）失效分析——模拟失效环境，分析失效模式，助力改进。 1.3测试原理 通过振动硬件（振动台、夹具、控制器、传感器），按照目标振动条件输入振动参数，对目标施加外部振动激励，目标产生振动响应，通过采集和分析响应信号，分析目标振动状态和耐振性。 2测试硬件 2.1振动试验台 2.1.1分类 振动试验设备分机械振动试验台、电液振动试验台、电动振动试验台、模拟汽车运输试验台。 （1） 机械式振动试验台：适宜于低频定振试验或低频定位移扫频试验。 （2） 电液式振动试验台：适宜于低频定振试验或中低频扫频试验及随机试验和冲击实验。 （3） 电动式振动试验台：适宜于任何形式的给定信号的振动及冲击试验。 （4） 模拟汽车运输试验台：可代替实际跑车试验 2.1.2电动振动台结构（振动台-振动发生器、控制器、功放、冷却器） 2.1.3电动振动台原理 励磁线圈如图示2-2在振动台台体内建立磁场，励磁线圈与直流电源相连，在环行气隙里产生一个高磁通量。动圈部件，包括台面、骨架和驱动线圈，悬挂在振动台的环行气隙里，当交流电流通过驱动线圈时，电磁力会在驱动线圈的绕组上产生，使得台面产生向上和向下的往复移动，如图示2-2中双向箭头处显示。台面的移动量取决于振动控制器输出的驱动信号的大小和频率以及扩展台面（如果有的话）的质量、所加的负载质量和台面悬挂系统的刚度。

随机振动案例讲解

辽宁工程技术大学力学与工程学院随机振动分析案例分析 题目工作中钻机钻杆的随机 振动分析 班级理力13-1班姓名 学号 指导教师苏荣华 成绩 辽宁工程技术大学 力学与工程学院制

辽宁工程技术大学 摘要： 孔底岩石表面凹凸不平，使得工作中的钻杆产生垂直方向的位移变动，岩石表面的凹凸不平是随机的，它对钻机产生随机激励，钻杆会产生随机振动。利用现代随机过程理论和已知的振动理论方法，可弄清具体的孔底反作用力。这样，就可用数学方法来确定钻头齿同孔底互撞时牙轮钻机钻杆的幅频特性和它的共振状态。根据线性累积疲劳损伤理论，便可估计钻杆的窄带随机疲劳平均寿命。关键词：随机振动；钻机钻杆；寿命估计

随机振动案例分析 工作中钻机钻杆的随机振动分析 一、钻机的工作原理 钻机（drill）是在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。 牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对钻头提供足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用。牙轮在孔底滚动中连续地挤压、切削冲击破碎岩石，有一定压力和流量流速的压缩空气经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆和孔壁的环形空间不断地吹至孔外，直至形成所需孔深的钻孔。 二、工作时的随机激励 孔底岩石表面凹凸不平，使得工作中的钻机产生垂直方向的位移变动，岩石表面的凹凸不平是随机的，它对钻机产生随机激励。如果这种激励过大，将导致驾驶员感到不适，同时也导致结构产生疲劳破坏。 孔底岩石表面凹凸不平，使得工作中的钻杆产生垂直方向的位移变动。岩石表面的凹凸不平是随机的，它对钻机产生随机激励，钻杆会产生竖向随机振动。利用现代随机过程理论和已知的振动理论方法，可弄清具体的孔底反作用力。这样，就可用数学方法来确定钻头齿同孔底互撞时牙轮钻机钻杆的幅频特性和它的共振状态。 三、钻杆随机振动分析 1.钻杆结构 钻杆可简化成杆的竖向振动模型

振动试验台技术方案

注：一下内容仅供参考。如有雷同，纯属巧合。 振动试验台技术方案 本技术方案是依据要求方提出的振动试验台主要技术参数和标准GB/T8419-2007、GB/T18707.1-2002编制，用于对工程机械座椅、工程机械车灯以及其它零部件进行振动试验的液压振动台系统。详细介绍如下： 一、液压振动台系统的构成和原理方框图 液压振动台系统由液压振动台（含振动台体、台面、电液伺服阀等）、液压油源和管路系统、油源电控、模拟和数字控制系统等几部分构成。 液压振动台系统原理方框图如下。 图 1 液压振动台系统原理方框图

二、液压振动台的设计 液压振动台包括振动台体、台面、伺服阀、传感器及连接过渡等部分，作为执行元件直接带动控制对象动作。 1、要求的主要技术参数 1.1 频率范围：0.5～200Hz 1.2 加速度：0～ 2.5g 1.3 振幅：0～±160 mm 1.4 有效负载：0～400 kg， 1.5 台面大小：1米x 1米 2、最大功能曲线的设计估算 2.1 按规范的PSD设计 可以认为是窄带随机，且是多个试验曲线，我们可以取它们的包络作为评估依据。 表1： EM1 EM2 EM3 EM4 EM5 EM6 EM7 EM8 EM9 Freq 2 2.25 2.25 2.25 3.25 8.5 3.25 3.75 4.5 1.33 RMS 1.39 1.75 1.48 0.82 1.42 1.39 1.82 0.87

图2 根据表1和图2，最大速度发生在EM2，按3∑准则，此处的速度为：0.372m/Sec。但按振幅160mm(O-P)，则等速度与等位移段交越频率为：0.37Hz。而主要技术指标中指定下限频率为0.5Hz，这样一来，160mm（o-P）的行程则浪费。 2.2 按行程、速度和加速度设计 依据标准GB/T8419-2007中5.1条《注：在EM1和EM2的情况下，振动器能够产生振幅最少为±7.5cm，频率为2Hz的模拟正弦振动（见5.4.1）》。此时的速度要达到0.94m/s。 按振幅160mm(O-P)，则等速度与等位移段交越频率为：0.94Hz；按最大加速度2.5g，则等速度与等加速度段交越频率为：4.18Hz。均在要求的工作频率范围内。 2.3 最大功能曲线 综上所述，按照最大行程±160mm，最大速度0.94m/s，最大加速度2.5g和要求的工作频率，最大功能曲线如图3。 频率（Hz） 0.5 0.94 2 4.19 150 200 位移（mm） 160 160 75 35 0.028 0.0038 速度（m/s） 0.5 0.94 0.94 0.94 0.026 0.0048 加速度（g） 0.32 0.56 1.2 2.5 2.5 0.62

振动试验介绍

振动试验介绍 日期：2008年10月23日 一. 试验目的与意义 振动试验的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要。 二. 振动破坏机理分析 关于振动破坏机理的假设所谓试验结果的等效性，必须基于特定的试验理论来加以评定。对振动环境试验来说，在考虑试验目的和试验方法时所遇到的主要问题都与特定的振动破坏机理有关。由于对这一问题尚未进行系统的实践与理论研究，目前只能进行初步的综合推理，以作出若干关于振动破坏类型和机理的假设，为简明起见，列表说明如下： 振动试验种类和时间的决定根据表中的有关振动破坏类型便可以决定相应的振动试验种类，而基于有关破坏机理也就能够确定其试验时间。 1. 按照一般材料疲劳曲线的特性，曲线大多在“一次之间存在某种转折，随后曲线大体上就水平地延伸。因此从工实用出发，通常是取转折点处的应力为持久极限应力，取了次作为检验试件是否具有永久疲劳寿命的应力循环次数对于主要目的是检验试件振动疲劳特性的振动强度试验来说，如果要求试件能在工作环境中长时间工作，则一般也是取次作为振动试验次数。对于一次使用或短时间工作的试件，可按其寿命时间试验之。 2. 对于振动性能失灵破坏，一般认为，振动所引起的损坏作用具有不累积的性质。即相对于一定的振动条件而言，振动开始不久性能是否失灵即可表现出来，

一旦振动停止，其性能一般又可恢复正常。所以振动性能试的时间大致可取试件在实际工作中每次连续经受振动的最长时间例如，最大续航时间。但是，一方面由于振动性能破坏机理尚不成熟，另外也鉴于有关标准大多取最严重振动量值为试验量值，西这种最严重量值又并非在相连续工作时间内始终能经常出现的，所以上述取法也不尽合理。总之，对于性能试验时间，目前尚未有一致的规律性认识，大致是由实践经验决定，各国标准中的有关规定也不统一。 3. 对于工艺可靠性破坏，大致可分两类一类是常见的所谓工艺处理错误，例如假焊、脱胶、螺钉松动或过紧、连接件脱开、部件互相撞击等等。对此，通常认为可以在较大振动量值下经短时间试验来加以发现，第二类是在振动过程中设备内存在机械磨损或是在振动时同时存在化学腐蚀、气候腐蚀或是产生蠕变、内耗之类的变化，使振动强度不断降低。为了检验这类试件的耐振动特性，必要时应当按整个工作或寿命时间进行试验。 当然，对于上列几类试验可以规定不同的试验程序和参数以供分别选择实施，也可以结合起来，通过规定一种试验来体现，甚至根据情况，某些试验也可以不作等等。 三. 振动试验台的选择 在振动试验室内使用的激励设备就是振动台。用于振动试验的振动台系统从其功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向（单自由度）和多向（多自由度）振动台系统。从振动台激振方式上可分为三类：机械式、电液式和电动式。 试验中究竟使用哪种振动台，首先要看试验频率范围。电液台适用于中低频范围，电动台适用于中高频范围，机械台频率范围最窄。此外还要从推力大小、波形优劣、控制的方便性等方面综合考虑。实际使用中以电动式振动台应用范围最广，约占60%以上，特别是在宽带随机振动试验领域。但随着使用目的与要求的不同，在选择振动台时还需注意以下几点: 1. 由于电动振动台波形失真度最小，在很宽的范围内可达到1%～3%，甚至更低，且信噪比高，因此作为计量标准用的振动试验台，通常选用电动振动台，而且一般选用永磁式振动台。 2. 电液台具有大推力、超低频、长冲程、重负载等四大优点，因此适合推力超过200kN，频率用到超低频（1Hz以下）的振动试验。 3. 机械台只能用于几赫兹到100Hz，其直接驱动时频率范围更窄。机械式振动台比较容易转垂直、水平振动或倾斜振动等振动方向，而且机械台结构牢固、价格低廉，但它一般只能用于正弦试验。振动控制设备是振动试验室内用来控制振动台的装置，按其功能一般分为正弦控制仪、随机控制仪和多功能控制仪三类。正弦振动控制仪的选取一般应根据试验的要求考虑频率范围、交越点数目、扫描速率范围及扫描方式。 选择随机振动控制仪（或系统）时，首先要根据使用要求，即要进行何种类型的试验，一般只要能满足试验要求的控制仪就可以。在数字式控制仪刚刚出现时，