振動(dòng)控制方法及控制點(diǎn)特殊應(yīng)用技術(shù)研究

曹喜栓

摘要：振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的有效性取決于實(shí)驗(yàn)室條件下產(chǎn)生的振動(dòng)環(huán)境與實(shí)際使用過程的振動(dòng)環(huán)境之間的相似程度。結(jié)合夾具傳遞特性，采用合適的振動(dòng)控制方法和有效的控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)，能更準(zhǔn)確地再現(xiàn)產(chǎn)品在工作中實(shí)際承受的環(huán)境條。

1引言

振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)通常是指在實(shí)驗(yàn)室條件下產(chǎn)生一個(gè)人工可控的振動(dòng)環(huán)境，作用在被試的產(chǎn)品上，使得產(chǎn)品經(jīng)受與實(shí)際使用過程的振動(dòng)環(huán)境相同或相似的振動(dòng)激勵(lì)作用，以考核產(chǎn)品在預(yù)期使用過程的振動(dòng)環(huán)境作用下，能否達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)所規(guī)定的各項(xiàng)要求。振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的有效性取決于試驗(yàn)條件下產(chǎn)品所承受的振動(dòng)環(huán)境與實(shí)際使用過程中的振動(dòng)環(huán)境是否一致，在振動(dòng)試驗(yàn)中，由于試品與振動(dòng)臺(tái)面安裝孔位的差異和試件三軸向試驗(yàn)的要求，通常使用夾具來過渡聯(lián)接試品與振動(dòng)臺(tái)。

由于試品與振動(dòng)臺(tái)，試驗(yàn)夾具的動(dòng)力學(xué)耦合作用，實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的模擬結(jié)果往往偏離上述理想狀態(tài)，使得試驗(yàn)件上的振動(dòng)響應(yīng)也與預(yù)期使用過程中裝備上的振動(dòng)響應(yīng)不一致，特別是在系統(tǒng)的共振和反共振頻率附近，這將導(dǎo)致試驗(yàn)件的過試驗(yàn)或欠試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中，需要采取適當(dāng)?shù)目刂撇呗砸愿纳七^試驗(yàn)或欠試驗(yàn)的程度，使得試驗(yàn)結(jié)果更接近預(yù)期使用情況;另一方面，由于試品結(jié)構(gòu)的特殊性，使得對(duì)試驗(yàn)夾具的改進(jìn)十分困難，而試驗(yàn)夾具動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)劣將直接影響試品振動(dòng)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在工程實(shí)踐中，從試驗(yàn)控制技術(shù)角度出發(fā)，在夾具不做任何修改的情況下研究探索改善試驗(yàn)夾具動(dòng)態(tài)特性的方法顯得尤為重要和有效，文獻(xiàn)2將這種方法稱為振動(dòng)控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)。很多時(shí)候，我們必須將試驗(yàn)控制策略的選擇和振動(dòng)控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)結(jié)合考慮，才能真正完成一次準(zhǔn)確的振動(dòng)試驗(yàn)。

2 振動(dòng)控制方法

2.1加速度輸入控制法

加速度輸入控制法是振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的傳統(tǒng)方法，在這種控制方法中，加速度傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)面上或與試驗(yàn)件連接的夾具上，試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)譜產(chǎn)生振動(dòng)抬得驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以反映預(yù)期使用過程中平臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)環(huán)境激勵(lì)。從理論上說，在振動(dòng)臺(tái)、夾具、產(chǎn)品之間的動(dòng)力耦合作用不會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生明顯偏離的情況下，加速度輸入控制法是可靠的。

2.2力輸入控制策略

在振動(dòng)臺(tái)、夾具和產(chǎn)品之間采用動(dòng)態(tài)力傳感器連接，以反映預(yù)期使用過程中平臺(tái)與產(chǎn)品之間傳遞的動(dòng)態(tài)界面力。振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)力譜或時(shí)間歷程，產(chǎn)生振動(dòng)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過動(dòng)態(tài)力傳感器的反饋信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

2.3加速度限控制策略

加速度限制控制法是對(duì)加速度輸入控制方法的一種改進(jìn)，目的是為了減小加速度輸入控制中由于振動(dòng)臺(tái)、試驗(yàn)夾具、試件之間的動(dòng)力學(xué)耦合作用所造成的過試驗(yàn)程度。與加速度輸入控制法不同的是，加速度限控制法除了在夾具上安裝控制傳感器外，還在試件的某些特定點(diǎn)上安裝監(jiān)測(cè)加速度傳感器，并規(guī)定振動(dòng)試驗(yàn)中這些特定點(diǎn)上的振動(dòng)加速度響應(yīng)限。

在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試件連接界面上規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)加速度譜產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過控制加速度傳感器的反饋信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，以保證夾具、試件界面處達(dá)到規(guī)定的振動(dòng)量級(jí)，但是當(dāng)某些頻段上出現(xiàn)監(jiān)測(cè)加速度傳感器的振動(dòng)響應(yīng)值超過預(yù)先設(shè)定的限制譜時(shí)，可對(duì)輸入進(jìn)行修改以將監(jiān)測(cè)加速度傳感器的振動(dòng)響應(yīng)控制在規(guī)定的限制譜內(nèi)。

2.4加速度響應(yīng)控制策略

對(duì)于加速度響應(yīng)控制法，振動(dòng)試驗(yàn)條件一般是由試驗(yàn)件上特定點(diǎn)的加速度響應(yīng)值規(guī)定的。與加速度輸入控制不同，響應(yīng)控制是基于響應(yīng)模擬原理，即如果試驗(yàn)件有足夠的運(yùn)動(dòng)自由度上的振動(dòng)加速度達(dá)到了規(guī)定的振動(dòng)量級(jí)，則整個(gè)試驗(yàn)件的振動(dòng)響應(yīng)將達(dá)到試驗(yàn)所要求的振動(dòng)量值。

3 控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)

3.1理論分析

稱為傳遞函數(shù)?？刂泣c(diǎn)應(yīng)用技術(shù)就是將控制點(diǎn)設(shè)置在夾具上，達(dá)到改善夾具動(dòng)態(tài)特性的目的，從而減少因振動(dòng)臺(tái)面本身的動(dòng)態(tài)耦合作用對(duì)傳遞函數(shù)的影響，進(jìn)一步提高整個(gè)試驗(yàn)的控制精度和試驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

控制點(diǎn)位置的選擇方法的基本原則為：當(dāng)夾具中試驗(yàn)樣品安裝區(qū)各點(diǎn)的傳遞函數(shù)基本相同時(shí)，控制點(diǎn)位置可選擇在這些點(diǎn)任何一點(diǎn)或幾點(diǎn);當(dāng)夾具中試驗(yàn)樣品安裝區(qū)各點(diǎn)傳遞函數(shù)相差較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)該取各點(diǎn)中最大值和最小值的平均值所在點(diǎn)為控制點(diǎn)，或者采用多路平均控制。

與此同時(shí)，在采用控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)時(shí)，振動(dòng)控制儀的壓縮控制動(dòng)態(tài)范圍必須與夾具動(dòng)態(tài)特性適配，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，振動(dòng)控制儀的動(dòng)態(tài)范圍都比較大，一般都能達(dá)到40dB，基本都能滿足夾具的動(dòng)態(tài)特性。

3.2工程應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證不同控制方法和控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)的實(shí)效，以某型號(hào)電池振動(dòng)試驗(yàn)為例具體說明。其試驗(yàn)夾具如圖1所示，產(chǎn)品固定在夾具斜面上。

由于試驗(yàn)產(chǎn)品安裝位置位于夾具斜面上，斜面呈懸空狀，如果將控制加速度傳感器直接安裝產(chǎn)品與夾具連接點(diǎn)附近（B點(diǎn)），會(huì)由于試件及夾具的動(dòng)態(tài)范圍過大造成振動(dòng)試驗(yàn)失控的可能性;如果將控制加速度傳感器安裝在夾具與振動(dòng)臺(tái)面具連接點(diǎn)附近（A點(diǎn)），會(huì)由于振動(dòng)過程中夾具的傳遞放大，導(dǎo)致試驗(yàn)產(chǎn)品承受的振動(dòng)量級(jí)過大，造成過試驗(yàn)。通過對(duì)夾具結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的分析，結(jié)合振動(dòng)控制的實(shí)施方法，此次試驗(yàn)選擇將控制點(diǎn)設(shè)置在夾具底端的C點(diǎn)，同時(shí)考慮懸空斜面夾具極易造成在某些頻段放大試驗(yàn)量級(jí)的特性，試驗(yàn)過程中在B點(diǎn)或產(chǎn)品上某些特定危險(xiǎn)點(diǎn)增加響應(yīng)控制，將它們的響應(yīng)控制在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

4結(jié)論

控制應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于大多數(shù)振型的試驗(yàn)夾具都能使用動(dòng)態(tài)特性獲得明顯的改善。在振動(dòng)試驗(yàn)中，采用不同的控制方法可以避免因試驗(yàn)臺(tái)面或夾具之間的耦合作用產(chǎn)生的試驗(yàn)失真，控制點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)與不同控制方法的結(jié)合，可以在試驗(yàn)過程中更加真實(shí)模擬場(chǎng) 外試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于其它振型較為復(fù)雜的試驗(yàn)夾具，在應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)在完整分析夾具動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗(yàn)技術(shù)原理實(shí)施。

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（作者單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所）