随机振动试验中存在许多“失控”现象，随机振动控制理论通常把试验“失控”的原因归于：（1）共振激励太大，超出了控制仪的动态范围；（2）台面、工装、试验件三者产生共振，造成试验中过大的冲击。本文主要针对随机振动试验中的“失控”现象，从工装角度分析其现象形成的原因，并提出解决问题的方法。

　　关键词：随机振动试验 失控现象 工装

　　振动试验是军用设备环境试验项目之一，是产品可靠性试验的重要组成部分。振动试验是在实验室条件下产生一个人工可控的振动环境，该环境模拟产品生命周期内的使用振动环境，使产品经受与实际使用过程的振动环境相同或相似的振动激励作用，考核产品在预期使用过程的振动环境作用下，能否达到设计所规定的各项技术要求，同时也是考核产品结构强度和可靠性的一个主要试验方法。

　　1、基本概念

　　1.1 随机振动的定义

　　严格来说一切振动都是随机的，当随机因素可以忽略时，可看做是确定性振动，这时，可以用简单函数或这些函数的组合来描述。另一种不能用确定函数而只能用概率和统计方法描述振动规律的运动称为随机振动。

　　1.2 振动的分类

　　振动按其时域波形的特征可分为确定性振动和非确定性振动。

　　确定性振动是指振动物理盈随时间的变化规律可用确定的数学关系式来表达的一类振动。

　　非确定性振动是指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的一类振动。随机振动属非确定性振动。

　　2、随机振动试验中的失控现象及解决方法

　　2.1 随机振动设备组成及功用

　　在试验室振动试验中，试件一般通过适当的试验工装安装在振动台，试验工装与振动台的组合用于模拟预期使用过程中平台产生的振动环境，如图1所示。大多数情况下，振动使用条件所对应的振动控制点选择在试件与试验工装的连接界面上，其代表了预期使用过程中平台对装备的振动环境激励。在理想状态情况下，即试件相对与振动台和试验工装可以近似作为刚体处理，如果在试件与试验工装连接界面的振动响应将与预期使用过程一致，可以认为试件经受了符合预期使用过程的振动环境考核。

　　图1

　　当试件的尺寸和重量较大，或固有频率较低时，由于试件与振动台、试验工装的动力耦合作用，试验时振动环境的模拟结果往往偏离理想的试验条件。这样即使在试件与试验工装连接界面的振动控制点达到了规定的振动加速度试验条件，试件上的振动响应也会与预期使用过程中装备上的振动响应不一致，从而导致试件的过试验或欠试验。因此，在实验室振动环境试验中，需要采取适当的控制方法，以改善试件的过试验或欠试验，使得试验结果更接近预期试验情况。

　　2.2 失控现象及其解决途径

　　在复杂结构的高频振动试验中，测试系统的各部分连接一定要牢靠，否则因松动引起撞击，会使测量误差增大，在某些频率上，松动部分共振，误差会达百分之几十甚至百分之几百。加速度计固定在振动体上一定要选择合适的安装方式，不同的安装方式，连接刚度不同，同一加速度计的频响曲线就不同。如果安装不合理，造成传感器脱落或信号线断裂，数控接收不到相应的信号，从而迅速加大输出信号，往往会造成严重的后果，甚至烧毁振动台的动圈，

　　在振动实验过程中，为确保其正确性，必须尽可能设计出质量小，刚度大，在试验频率范围内不会发生结构共振的夹具。尽管采取了诸多措施，但某些试验还会遇到“失控”现象。从图2可以看到有2个比较明显的共振点，远远高于3dB容差限的要求。

　　图2

　　造成试验“失控”的主要原因分析如下：

　　（1）振动台和工装的连接存在问题，这种连接不合理是造成许多试验“失控”的主要原因；

　　（2）工装设计出现问题，夹具设计十分复杂，它的设计不但需要有理论基础还需要有实践经验的指导；

　　（3）工装或振动台有裂缝；

　　（4）控制仪的增益或功放的增益旋钮开的太小，造成振动台推力不够。

　　常用解决办法：

　　（1）增加工装和台体的连接螺钉，特别注意将工装的边缘固定。螺钉一定要拧紧，确保工装和台面间无缝隙，使工装和台体为一个统一刚体；

　　（2）采用多点控制。常见的数控装置均有多个输入通道，首先，可把试件上一个点作为“控制”，其余点作为“测量”。然后，通过比较测量结果，选择试件上相位差别比较大的多个点均作为“控制”使用，用这些点共同拟合出一个控制质点，从而达到抵消共振点的目的；

　　（3）在有缝隙的地方注入硅橡胶，硅橡胶常态下可流动，固化后去除方便，而且兼具耐高低温，防水，绝缘的性能，是试验中经常使用的一种材料。

　　3、实验及理论分析

　　如图2所示，当试验量级达到0dB时，试验已经处于“失控”状态。为查找“失控”的原因，单独给工装做扫描试验，控制点选在工装的中央，测量点选在工装的边缘。图3为该工装的扫描图谱，控制点的总均方根（简称RMS）值仅有1.95g，而图3中有一个共振点，RMS值高达5.28g远远超出试验要求。因此初步判断：工装问题是本次试验“失控”的根本原因。经研究重新设计工装，采用多点控制，拟合控制点的方法抵消共振点。控制结果（图4）表明，共振峰被有效抑制，试验效果非常好，由此证明失控原因判断正确。（如图3图4）

　　从上述现象看，虽拥有完全符合国标要求的随机振动控制仪和振动台，但并不一定能完成规定的随机振动试验，而且，控制仪仅能对被控制点的控制谱精度负责，对于试件其它部分的振动情况无法负责，不加分析，盲目地在“失控”现象发生时怀疑数控或振动台有问题。从上述实例分析，可得出这样的结论：“失控”形成基于以下两个原因，即第一、共振激励太大，即Q值过高，超出了数控的控制动态范围；第二、台面，工装，试件三者连接不牢，工装设计不合理，造成过大的冲击。

　　4、结语

　　任何物体都存在共振点。当这种共振存在于产品内部导致试验无法进行时，应考虑改进产品设计，避免共振对产品性能产生不良影响。如果这种共振来源于外因，如工装问题等，则应采取相应的技术措施，改进试验方法，避免随机振动试验中的冲击，或通过一定的技术将共振点取消，最终使试验顺利进行。因此，对随机振动试验中“失控”现象的排除，应紧紧围绕着如何避免冲击，如何改变台面上物体的结构，通过波形拟合，消除共振来进行。

　　参考文献

　　[1]李杰，陈建兵.随机振动理论与应用新进展[M].上海：同济大学出版社，2009.

　　[2]邢天虎.力学环境试验技术[M].力学环境试验技术.西安：西北工业大学出版社，2003.

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