閆 凱，李艷琴，李丹丹

（1.濟(jì)寧半導(dǎo)體及顯示產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，濟(jì)寧 272000； 2.魯南煤化工研究院，濟(jì)寧 272000；3.山推工程機(jī)械股份有限公司，濟(jì)寧 272000）

引言

振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)M產(chǎn)品在實(shí)際使用和運(yùn)輸中可能受到的振動(dòng)影響，用來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在的破壞性共振點(diǎn)、結(jié)合件的松脫、電路短路及斷續(xù)不穩(wěn)等，尤其在新產(chǎn)品的研制階段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的失效點(diǎn)并及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)[1]，保證產(chǎn)品可靠性達(dá)標(biāo)。振動(dòng)試驗(yàn)比較常見的有確定性振動(dòng)和不確定性振動(dòng)兩種，正弦振動(dòng)是確定性振動(dòng)中最常用的一種試驗(yàn)方法，隨機(jī)振動(dòng)屬于不確定性振動(dòng)。振動(dòng)試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于電子電工產(chǎn)品及元器件、航天、汽車及工程機(jī)械、土木建筑等工業(yè)領(lǐng)域[2]。

1 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)

不確定性振動(dòng)是指物理量隨時(shí)間的變化規(guī)律無法用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)，而只能用概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來描述的一類振動(dòng)，隨機(jī)振動(dòng)屬于不確定性振動(dòng)。GB/T 2423.56-2006中規(guī)定：隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的嚴(yán)酷等一般由試驗(yàn)頻率范圍、加速度譜密度值、加速度譜密度的譜型、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間組成[3]。

在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中往往采用頻率域和譜密度來進(jìn)行描述，對(duì)加速度譜在頻率上進(jìn)行積分得到的面積代表振動(dòng)能量，對(duì)各個(gè)頻率分段內(nèi)的面積平方求和然后開根號(hào)，得到加速度均方根值，一般用加速度均方根值來表示隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)總能量的大小。如圖1所示，ASD表示加速度譜密度值，單位為g2/Hz，也可以用(m/S2)2/Hz表示，隨機(jī)振動(dòng)的譜型一般為平直譜[4]。

以圖1中的第1段上升譜為例，倍頻程N(yùn)計(jì)算公式：

斜率k計(jì)算公式：

每一頻率段所包絡(luò)圖形的面積分別用S1、S2、S3表示，則加速度總均方根值Grms:

2 正弦振動(dòng)

正弦振動(dòng)屬于確定性運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)量隨時(shí)間按正弦函數(shù)變化，亦稱簡(jiǎn)諧振動(dòng)。在正弦振動(dòng)試驗(yàn)中規(guī)定了“定頻試驗(yàn)”和“掃頻試驗(yàn)”兩種試驗(yàn)方法，掃頻試驗(yàn)又分線性掃頻和對(duì)數(shù)掃頻兩種方式[5]。

定頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)，是指在固定頻率點(diǎn)上進(jìn)行各種振動(dòng)參數(shù)不同量級(jí)的試驗(yàn)，主要用于耐共振頻率處理和耐預(yù)定頻率處理[6]。掃頻試驗(yàn)是指而頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)往復(fù)變化的試驗(yàn)，頻率將按一定的規(guī)律發(fā)生變化，而振動(dòng)量級(jí)是頻率的函數(shù)[7]。掃頻按照速率的變化方式又分為線性掃頻和對(duì)數(shù)掃頻。

2.1 正弦掃頻參數(shù)計(jì)算

線性掃頻,頻率變化是線性的，即單位時(shí)間掃過多少赫茲，單位是Hz/s或Hz/min，這種掃頻用于尋找共振頻率的試驗(yàn)[8]。

式中，ν 為掃頻速率， f1為掃頻下限頻率， f2為掃頻上限頻率，t 為掃頻時(shí)間。

圖1

對(duì)數(shù)掃頻,頻率變化按對(duì)數(shù)變化，在相同時(shí)間掃過的頻率倍頻程數(shù)是相同的，倍頻程是指上限頻率 f2與下限頻率 f1之比等于2的n次方，即則稱 f2是 f1的n次倍頻程。如果每一頻帶的上限頻率比下限頻率高1倍，即頻率之比為這樣劃分的每一個(gè)頻程稱1倍頻程，簡(jiǎn)稱倍頻程[9]。對(duì)數(shù)掃頻時(shí)低頻掃得慢，高頻掃得快，掃頻時(shí)，頻率隨時(shí)間按規(guī)律變化，即：

式中： f 為當(dāng)前頻率， f1為掃頻下限頻率，k 為掃頻速率因數(shù)；t 為掃頻時(shí)間。試驗(yàn)中如果掃頻速率是每分鐘一個(gè)倍頻程，則 k = ln2 ≈ 0.693[10]。一個(gè)掃頻循環(huán)的倍頻程數(shù)X 計(jì)算公式：

或：

應(yīng)力循環(huán)數(shù)的估計(jì)值N：

SR ---掃頻速率，單位是倍頻程/分鐘（oct/min）。

掃頻持續(xù)時(shí)間T：

2.2 算題

正弦掃頻試驗(yàn)，頻率范圍是1 Hz～100Hz，掃頻速率SR為每分鐘1個(gè)倍頻程。求其一個(gè)掃頻循環(huán)（f1→f2→f1）的倍頻程數(shù)、應(yīng)力循環(huán)數(shù)和掃頻持續(xù)時(shí)間（結(jié)果取整數(shù)）。

解：由公式（6）得倍頻程數(shù)：

由公式（8）得應(yīng)力循環(huán)數(shù)：

由公式（9）得掃頻持續(xù)時(shí)間：

3 結(jié)語

振動(dòng)是驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性時(shí)經(jīng)常采用的一種試驗(yàn)方法，比較常用的是隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)，在產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)中應(yīng)用比較廣泛。振動(dòng)試驗(yàn)可以用來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在的破壞性共振點(diǎn)，確定樣品的機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)或特性降低情況，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)階段起著重要的作用。隨著人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提升，振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)揮著越來越重要的作用。

[1]張巧壽，振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].航天技術(shù)與民品，2000,(8):36-39.

[2]倪振華.振動(dòng)力學(xué) [M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1989.

[3]GB/T 2423.56-2006/IEC 60068-2-64:2008,電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fh：寬帶隨機(jī)振動(dòng)（數(shù)字控制）和導(dǎo)則 [S].

[4]鄭志國(guó)，王宇峰.隨機(jī)振動(dòng)中的參數(shù)介紹及計(jì)算方法 [J].電子產(chǎn)品可靠性及環(huán)境試驗(yàn)，2009,27(5):45-48

[5]李德葆.工程振動(dòng)試驗(yàn)分析 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[6]任興民.工程振動(dòng)基礎(chǔ) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[7]錢蔡強(qiáng)，俞冬蘭.掃頻速率與倍頻程 [J].環(huán)境技術(shù)，1996,(5):33-34

[8]符瑜慧.振動(dòng)試驗(yàn)中主要參數(shù)的計(jì)算推導(dǎo)及應(yīng)用 [J].環(huán)境技術(shù)，2010,(3):12-14.

[9]孫在利，楊志文.振動(dòng)試驗(yàn)中振動(dòng)參數(shù)的設(shè)置方法研究 [J].船舶電子工程，2002,(5):62-63.

[10]GB/T 2423.10-2008/IEC 60068-2-6:1995,電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc：振動(dòng)（正弦）[S].