叠加振动试验分析与应用

王志刚，龚天宇，张 毅

（成都苏试广博环境可靠性技术有限公司，成都 610041）

叠加振动试验分析与应用

王志刚，龚天宇，张 毅

（成都苏试广博环境可靠性技术有限公司，成都 610041）

结合试验标准和振动控制软件，从试验应用的角度对叠加振动中的随机加随机、随机加正弦振动进行了分析和归纳，并介绍了如何从图形上快速区分叠加振动，以及在软件设置中应注意叠加振动试验中扫频和不扫频的区别。

叠加振动 试验标准 控制软件

引言

在振动试验中，经常会遇到叠加振动，如随机加随机振动，随机加正弦振动，有时客户给的试验条件，只给出一个图谱，未注明是什么类型振动，因此怎样区分出振动类型以及快速在振动控制软件中设置试验条件，本文做了简要的归纳和介绍。宽带随机振动来自车辆的基本运动、支承系统、不平的路面等；窄带随机振动来自履带拍击地面的运动[2]。

宽带+窄带混合随机振动试验是以宽带随机振动谱为基础（国标和IEC标准将其称为背景），再加上一个或多个窄带随机振动谱构成，其试验谱型如图1。

1 叠加振动试验分类（见表1）

1.1 宽带加窄带随机振动

螺旋桨飞机，除窄带随机振动外，更主要的是各种振源引起的宽带随机振动，所以螺旋桨飞机的振动是宽带+窄带随机振动。又如安装在履带车辆上使用的和通过履带车辆运输的产品，通常会经过经受宽带+窄带随机振动，

图1 宽带+窄带混合随机振动图

表1 叠加振动试验分类

1.2 窄带的中心频率和带宽

窄带的中心频率和带宽由振源来确定，如螺旋桨飞机的宽带+窄带频谱图中的四个窄带，第一个窄带的中心频率是螺旋桨的旋转频率，第二、三、四窄带的中心频率分别为第一个窄带的中心频率2阶频率、3阶频率与4阶频率，带宽取的是中心频率的±5 %，考虑的是螺旋桨旋转过程中中心频率的左右漂移。在国标和IEC标准中要求，窄带带宽最小也应为0.5 %的宽带随机，并且最大不应超过宽带随机的10 %，其下限频率不小于2倍频率分辨率。[1]

如果窄带要来回扫频，应给出扫频的起止频率、扫频速率（oct/min或Hz/s）、线性或对数扫频、扫频的次数或持续时间，扫频的次数或持续时间、扫频的起始方向（向上或向下）[1]。如GJB 150A 中的表D.1履带车固紧货物的窄带随机振动就是窄带要求来回扫频的，每个窄带都给出了扫描次数和扫描带宽（见图2）。

在实际试验中，随机加随机测试（ROR）是在宽带随机目标谱上重叠一个或多个窄带随机目标谱。这些窄带目标谱能在一定频率范围内进行扫描。宽带随机加窄带随机谱的设置是在测试目标谱中设置宽带随机谱，然后在ROR目标谱中设置窄带随机谱。

窄带目标谱设置中的最后一项，是否将每个频率求和，指是否将窄带目标谱加到宽带随机测试目标谱上，或者是否让输出取这两个中的最大值，通常情况下选使用窄带或宽带目标谱中的最大值，见图3。

图2 履带车固紧货物的窄带随机振动

图3 随机加随机试验目标谱设置

如苏试振动台控制器软件RC3000中，还可以使用高级目标谱菜单，选择这项菜单能设置高级目标谱，通过点击编辑目标谱按钮来设置。高级目标谱可以有多个断点来组成一个更复杂的目标谱，目标谱编辑器和常规随机测试目标谱编辑器一样，见图4。

1.3 宽带随机加正弦振动

直升飞机的振动往往是在宽带随机振动的基础上叠加很高的正弦振动。宽带随机振动来自直升飞机的各种振源，正弦振动是由直升飞机的旋转部件产生的，如主旋翼、尾旋翼、发动机和变速箱的振动。对宽带+窄带随机振动与宽带随机振动+周期振动，最新的国标和IEC标准又将其称为混合激励振动。在混合激励振动中随机分量用加速度谱密度表示，正弦分量用加速度幅值表示[1]。

加速度幅值以宽带随机谱为基础，再叠加上一个或多个离散的单频正弦振动峰值。随机宽带背景上叠加正弦，要保证随机谱在整个频率范围内的连续性，正弦幅值应包括环境中的正弦振动（如直五到直八，主旋叶频率从10 Hz到24 Hz），并代表实际环境的频率变化范围和产品的共振频率的变化范围[1]，见图5。

宽带随机加正弦目标谱的设置是在测试目标谱中设置宽带随机谱，然后在SOR目标谱中设置正弦谱，见图6。

1.4 随机加正弦振动的扫频与定频

1.4.1 扫频振动

图4 高级目标谱编辑器

图5 直升机振动环境

图6 叠加振动试验宽带随机加正弦目标谱的设置

如果正弦振动不是定频，要来回扫频振动，则应给出扫频的起始频率、扫频的速度（oct/min或Hz/s)、线性或对数扫频、扫频的次数或持续时间、扫频的起始方向。如ISO16750.3道路车辆电气及电子设备的环境条件及试验-乘用车装用在发动机上的电子装备[3]：

1）正弦振动试验：加速度幅值和频率按图7规定，100-150 Hz、频率区间为变加速度，扫描速率等于或低于0.5 Oct/min （见表2）。

2）随机振动试验：加速度功率谱密度（PSD）与频率如图所示见表3和图8[3]。

3）叠加运行后试验曲线见图9。

1.4.2 定频振动

如安装在AH-1直升机外挂的设备：主旋翼转速1P=5.4Hz，桨叶数n=2,则振源频率（fx）范围：f1=1P=5.4 Hz，f2=n×1P =10.8 Hz，f3=2×n×1P =21.6 Hz，f4=3×n×1P =32.4 Hz；在fx处的加速度峰值：A1=0.70/（10.70- f1）=0.132 g，A2=0.150×f2=1.62 g， A3=0.150×f3=3.24 g，A4=3.75 g。在RC3000软件设置中不用高级目标谱，正弦窄带的幅值在振幅部分下的峰 (g)中设置，见图6。

表2 正弦振动试验量值

表3 随机振动试验量值

GJB 150A-16直升机振动环境见表4。

2 结束语

图7 发动机正弦振动验曲线（5缸以上）

图8 发动机加速度功率谱密度（PSD）与斜率（5缸以上）

图9 乘用车发动机随机加正弦振动运行曲线

随机加随机振动和随机加正弦振动都是以宽带随机振动谱为基础的，不同点是一个叠加的是窄带随机振动谱，一个叠加的是正弦振动，都有扫频和不扫频的区别。从图谱上看随机加随机振动是以宽带随机振动谱为基础叠加窄带随机振动谱，图形上是多个矩形，而随机加正弦振动从图形上看多条线，因此在实际试验中要求试验人员既要读懂标准，又要熟练运用振动控制软件，这样才能又好又快地完成试验任务。

表4 GJB 150A-16直升机振动环境

[1] 王树荣, 季凡渝 编著.环境试验技术[M].北京：电子工业出版社, 2016, 1,193～201.

[2] GJB 150A -2009,军用装备环境实验室方法 第16部分 振动试验[S].

[3] ISO 16750 .3,道路车辆 电气及电子设备的环境条件及试验[S].

王志刚，实验室主任，主要从事环境与可靠性试验工作。

Analysis and Application on Superposition Vibration Test

WANG Zhi-gang, GONG Tian-yu, ZHANG Yi
(Chengdu Sushi Guangbo Environment Reliability Technology Co., Ltd., Chengdu 610041)

Combined with test standard and vibration control software, from the perspective of test application, this paper analyzes and summarizes ROR and SOR of superposition vibration.In addition, it introduces how to quickly identify superposition vibration from graphic, and the differences between sweep and not in software configuration of superposition vibration that should pay attention to.

superposition vibration; test standard; control software

V216.2

A

1004-7204（2016）05-0033-05