黃家驥+銀美秀

摘 要：虛擬振動試驗技術(shù)在我國各項領(lǐng)域都起到了重要的作用，應(yīng)當(dāng)引起人們足夠的重視。該文從探討虛擬振動試驗技術(shù)深入研究的重要意義出發(fā)，詳細(xì)闡述了這項系統(tǒng)研究的重要性和重要地位。而后又深入分析了虛擬振動試驗技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。最后，針對具體建模策略，筆者提出了自己的看法和觀點。

關(guān)鍵詞：虛擬振動 試驗技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)現(xiàn)狀 建模策略

中圖分類號：V416.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0057-02

1 虛擬振動試驗技術(shù)深入研究的重要意義

近年來，隨著虛擬測試技術(shù)的迅速發(fā)展，它已廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防和軍事領(lǐng)域，并取得了舉世矚目的成就。通過國內(nèi)外大量的實踐證明，虛擬試驗技術(shù)的發(fā)展的主要技術(shù)方法是克服巨大的投資，不斷地縮短開發(fā)周期，進而彌補缺乏大型測試設(shè)備的能力?；诙嗄暾駝訙y試中的工作經(jīng)驗，筆者側(cè)重于軍事產(chǎn)品在可靠性測試的熱點問題——虛擬振動試驗技術(shù)進行探究，側(cè)重介紹有限元數(shù)學(xué)模型修改技術(shù)，介紹了振動臺虛擬試驗技術(shù)研究的基本內(nèi)容，并對仿真實例分析進行了講解。

2 虛擬振動實驗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

在20世紀(jì)中期以來，為了提高航空航天產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可靠性和優(yōu)化航空航天產(chǎn)品的測試，美國國家航空航天局（NASA）的結(jié)構(gòu)和環(huán)境的實驗室提出了航空航天產(chǎn)品的測試。目前，虛擬測試技術(shù)已廣泛應(yīng)用于外國武器裝備研究和生產(chǎn)、系統(tǒng)演示程序使用的所有階段的訓(xùn)練，減少技術(shù)風(fēng)險和縮短開發(fā)周期，降低成本，實現(xiàn)可觀的效益。針對產(chǎn)品的模態(tài)測試與振動試驗測試，在“KBT”流程中，采用“KBT（Knowledge Based Testing）”方法，將計算仿真技術(shù)與試驗技術(shù)進行了有效結(jié)合，軟件系統(tǒng)分別提供了虛擬模態(tài)測試環(huán)境與虛擬振動試驗環(huán)境。

為了在振動測試前降低測試風(fēng)險，盡可能多地了解結(jié)構(gòu)特點和良好的振動試驗準(zhǔn)備，而不是局限于振動測試的一部分，AOES公司與ESA合作建立了虛擬振動試驗系統(tǒng)，可以大幅縮短真實振動試驗的實施周期，該系統(tǒng)的建立可有效避免振動試驗中的過試驗情況。（見圖1）

總之，針對虛擬機械環(huán)境試驗研究，在國外研究機構(gòu)已經(jīng)研究多年，并已應(yīng)用于實際工程。

3 我國虛擬振動試驗技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

在國內(nèi)，虛擬振動試驗主要存在環(huán)境試驗系統(tǒng)的研究階段，如朱Yuanfu使用有限元方法（FEM）模型的振動臺動圈，固定裝置，建立了產(chǎn)品；其次是使用真實的模態(tài)和振動測試修改有限元模型的建立，使用修改后的振動臺是虛擬振動試驗的產(chǎn)品。40 t的有限元模型振動臺使用子結(jié)構(gòu)的建模方法，建立了振動測試的虛擬仿真是基于有限元法進行，以及對風(fēng)機盤管的電動振動臺標(biāo)本進行有限元建模和虛擬正弦振動試驗仿真?？傊?，虛擬系統(tǒng)環(huán)境振動試驗主要研究，利用有限元軟件建立了振動臺動圈、夾具、有限元模型和裝配的系統(tǒng)的強迫響應(yīng)分析的有限元模型。

4 新時期虛擬振動試驗建模策略分析

在虛擬振動試驗建模的過程中，在振動試驗中為了更加準(zhǔn)確地描述力學(xué)傳遞過程，由于動圈本身具有振動的模態(tài)，臺體采用剛體建模并固定于地面之上，將被測試件、夾具和振動臺組成的整體結(jié)構(gòu)進行有限元建模，故不可看作質(zhì)點。此文運用Cosmosworks軟件進行有限元計算，運用proe軟件進行建模，并針對試驗用到的200 kN振動臺動圈進行了三維建模，通過模態(tài)試驗數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行修正，而動圈作為振動臺的核心部分，因此動圈仿真是振動臺仿真的基礎(chǔ)，并根據(jù)動態(tài)響應(yīng)分析方法推出力譜，最終求出動圈臺面4點平均控制點的響應(yīng)曲線。

4.1 動圈的三維建模

為了方便地映射，研究者分別測繪的線圈與動圈的骨架，動圈的最大直徑約為600 mm， 高度約為500 mm，質(zhì)量120 kg，使用證明利用框架的一部分，和線圈，由于線圈完全關(guān)閉，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有，所以只能作為一個實體，密度和彈性模量的兩個最重要的參數(shù)校正來模擬實際情況。（見圖2）

4.2 模態(tài)試驗

使用近似自由狀態(tài)的方法，研究者最大限度地排除了邊界條件的影響來開展實驗，以期最大限度地對動圈的固有特性進行描述。所謂近似自由狀態(tài)是使用2臺激振器對線圈的底部進行激勵，用橡皮繩把動圈吊起，采用2 000 Hz帶寬的隨機信號。

然后對兩個線圈參數(shù)彈性模量和密度做修改，擬合120.524 kg的動態(tài)質(zhì)量在容許誤差范圍內(nèi)。然后對動圈的自由狀態(tài)模態(tài)使用Cosmosworks進行計算，試驗結(jié)果與計算結(jié)果如表1所示。

從表1可以看到，各主要參數(shù)的誤差均控制在±1.5%以內(nèi)，模型的建立是符合精度的。

5 結(jié)語

總而言之，虛擬振動技術(shù)實驗對于我國相關(guān)領(lǐng)域研究有著重要幫助，是新時期深入進行研究的關(guān)鍵所在，從這個角度出發(fā)，虛擬建模試驗就顯得有非常重要的現(xiàn)實意義了。然而，系統(tǒng)來說，這個領(lǐng)域的研究在我國起步時間尚短，很多領(lǐng)域當(dāng)中還存在這樣或者那樣的問題，特別是與歐美發(fā)達國家相比，更是有著非常大的問題和不足之處。未來，如何進一步完善這些具體的問題所在，使其更好地為我國現(xiàn)代化建設(shè)增磚添瓦是今后研究者所要面對的一大核心問題。

參考文獻

[1] 劉源，董立珉，孔憲仁，等.飛行器虛擬振動試驗平臺構(gòu)建[J]. 光學(xué)精密工程，2013（5）：1258-1264.

[2] 張逸波.衛(wèi)星虛擬振動試驗技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2012.

[3] 張正平，邱吉寶，王建民，等.航天器結(jié)構(gòu)虛擬動態(tài)試驗技術(shù)新進展[J].振動工程學(xué)報，2008（3）：209-222.

[4] 李霖圣.航天器虛擬振動試驗系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[5] 劉闖，向樹紅，馮齊.衛(wèi)星虛擬振動試驗系統(tǒng)研究[J].航天器環(huán)境工程，2009（3）：199，248-253.

[6] 劉闖，馮齊，岳志勇.虛擬振動試驗與真實試驗相關(guān)性分析[J]. 裝備環(huán)境工程，2009（4）：1-4，15.