振動臺加速度幅值均勻度試驗分析

劉江烈 唐風(fēng)志

摘 要 振動試驗系統(tǒng)是進行振動試驗必不可少的工具，能夠確保在實驗過程中試驗件不會發(fā)生失真等情況，從而有效的控制試驗進程。同時，這也說明如果振動試驗中所使用的振動臺缺乏良好的臺面加速度均勻度，就很容易引發(fā)一系列問題，比如過試驗或者欠試驗等。在本文中通過對某型振動臺加速度均勻度的測試方法進行研究，并對其加速度均勻度的分布規(guī)律進行分析，能夠為以后的相關(guān)試驗提供一些參考，使振動試驗的精度得到提高。

關(guān)鍵詞 振動臺;加速度幅值均勻度;振動試驗

裝備的研制和服役需要經(jīng)過振動、離心以及高低溫等一系列環(huán)境試驗。特別是在裝備的研制過程中為了使裝備的可靠性得到有效提高，必須進行各種類型的環(huán)境試驗，從而使產(chǎn)品潛在的缺陷充分暴露出來，這樣才能夠?qū)ρb備的設(shè)計質(zhì)量和制造質(zhì)量進行有效的檢驗。在裝備的服役過程中，導(dǎo)致其出現(xiàn)故障的主要原因之一就是由者振動引起的失效破壞，而振動試驗也是環(huán)境試驗中的重要一環(huán)，對裝備的研制起著非常重要的作用。

1振動臺加速度幅值均勻度試驗

在進行振動試驗時必須要使用到相應(yīng)的振動試驗系統(tǒng)，而振動試驗系統(tǒng)的質(zhì)量直接決定著試驗效果，質(zhì)量較高的振動試驗系統(tǒng)在對樣品進行試驗時可以確保樣品不失真，使試驗處于可以有效控制的范圍內(nèi)，從而使試驗?zāi)康母玫剡_到。而加速度均勻度則是振動試驗系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一，在評價振動試驗系統(tǒng)時，該指標(biāo)的好壞可以在很大程度上反映出振動試驗系統(tǒng)質(zhì)量的好壞。

本試驗以JJG 948-1999《數(shù)字式電動振動臺檢定規(guī)程》等相關(guān)方面的制度規(guī)定作為主要的檢驗依據(jù)，根據(jù)要求首先將振動臺空載，并設(shè)置相應(yīng)的振動量級，在振動臺的臺面中心和直徑不同的安裝螺孔分布圓周上安裝5支加速度計，之后根據(jù)試驗系統(tǒng)實際的工作頻率范圍，在該范圍之內(nèi)依據(jù)倍頻程選取相應(yīng)的頻率值（最少10個或者以上），最后對臺面上各個位置的加速度幅值進行測量。具體的計算公式為，其中臺面加速度幅值均勻度用NA表示;在同一次測量過程中臺面中心點的加速度幅值用A表示;在同一次測量過程中臺面上各個安裝點的加速度幅值與臺面中心點的加速度幅值最大偏差的絕對值用表示。在本次試驗中共選取了5、10、20、40……1000、1500、2000Hz共11個頻率值，之后根據(jù)相關(guān)規(guī)程上的規(guī)定和要求開展試驗工作，這樣各個傳感器位置處在不同頻率下的加速度幅值就可以全部測量出來，之后根據(jù)以上列出的公式就可以將臺面的加速度幅值均勻度計算出來，表1為本次試驗的結(jié)果[1]。

由此可以看出，當(dāng)試驗系統(tǒng)處于一個比較低的工作頻率時，尤其是在1000Hz以下時，均具有良好的臺面加速度均勻度;但是，將頻率調(diào)高至2000Hz，使試驗系統(tǒng)處于一個較高的工作頻率時，臺面加速度均勻度大幅提高，高達26.01%。不過試驗所采用的400毫米以下的小臺面振動臺，根據(jù)相關(guān)方面的規(guī)定該振動臺在2000Hz時的加速度均勻度符合相關(guān)方面的要求。

為了對以上試驗結(jié)果進行驗證，安排該振動臺繼續(xù)進行掃頻振動試驗，在試驗中設(shè)定其工作頻率的范圍為5～2000Hz，與此同時將其掃頻速率設(shè)置在1oct/min以下。試驗條件主要包括兩個方面：一是將加速度控制在2g;二是使用正弦掃描信號作為輸出控制。圖1為5支加速度計的加速度曲線。由該圖可知，臺面上各點高頻部分的加速度均勻度幅值存在明顯的分布不均。而當(dāng)試驗系統(tǒng)處于較低的工作頻率時，例如工作頻率低于1000Hz時，臺面加速度均勻度只會出現(xiàn)比較微小的偏差，基本上不會對試驗造成較大的影響;當(dāng)試驗系統(tǒng)處于較高的工作頻率時，也就是超過1000Hz時，尤其是試驗系統(tǒng)的工作頻率與其自身的共振頻率比較接近的時候，會出現(xiàn)比較大的加速度均勻度偏差。如果我們放大圖1中的高頻部分，就可以得到如圖2所示的圖像。通過圖2，我們可以對加速度均勻度的差異進行更加清晰的觀察和了解[2]。

2結(jié)束語

在本次試驗研究中，所選用的小臺面振動臺上的五個測量點的加速度幅值存在一定的差異，當(dāng)振動臺處于1000Hz以下較低的工作頻率時，只表現(xiàn)出比較微小的差異，加速度均勻度的最大值只有3.97%;而當(dāng)振動臺處于1000Hz以上較高的工作頻率時，尤其是試驗系統(tǒng)的工作頻率與其自身的共振頻率比較接近的時候，臺面上各點的加速度均勻度差異就會非常明顯。

表1中所測得的臺面加速度均勻度采用的測算方法是比較常用的定加速度和定額的方式，其中該臺面處于2000Hz工作頻率時，其加速度均勻度幅值最大，達到了26.01%。之后又通過相應(yīng)的正弦掃頻試驗（加速度控制在2g），對定加速度和定頻的試驗結(jié)果進行了驗證。其中圖1表示正弦掃頻試驗的結(jié)果，通過放大圖1的高頻部分可以得到圖2，即 5個通道各點加速度高頻部分放大圖，通過觀察該圖我們可以更加明顯地看到：當(dāng)振動臺處于較高的工作頻率時，其臺面加速度均勻度的實際情況[3]。

與此同時，通過觀察圖2我們還可以發(fā)現(xiàn)，距離臺面中心越遠的地方，越是缺乏良好地加速度均勻度，因此在進行試驗的過程中要盡量在臺面中心安裝試件，與此同時不能為了貪圖方便而在臺面邊緣處安放控制點，正確的做法是在振動臺與試件的連接處布置相應(yīng)的控制點，并且控制策略應(yīng)該采用。平均控制，只有這樣才能夠?qū)⒃嚰幍恼鎸嵀h(huán)境最大程度的模擬出來。從相關(guān)理論上來說，如果進一步加大臺面尺寸，將會導(dǎo)致臺面加速度幅值均勻度出現(xiàn)更大、更加明顯的差異，其中尺寸比較大的水平滑臺更是如此，如果振動試驗選擇使用水平滑臺，那么要對水平滑臺臺面的加速度均勻度存在的差異進行充分的考慮，從而防止產(chǎn)生過試驗或欠試驗，不過這個方面在未來還需要進一步研究。

參考文獻

[1] 鄭威，徐丹，黃小霞. 不同高寬比基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)振動臺試驗分析[J]. 安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，36（2）：40-43.

[2] 章定文，彭爾興，李亭，等. 降飽和度處理可液化地基振動臺模型試驗研究[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，47（4）：706-712，718.

[3] 彭加強，鐘小春，王奇，等. 盾構(gòu)隧道穿越液化地基上浮振動臺試驗分析[J]. 隧道建設(shè)：中英文，2018，38（A2）：60-67.