隨機(jī)振動(dòng)指的是一種振動(dòng)波形極為雜亂無序的振動(dòng)形式。對于未來任意給定的時(shí)刻,其瞬時(shí)值均無法預(yù)先確定,并且其波形隨時(shí)間的變化毫無規(guī)律可循,無法借助確定性函數(shù)來闡釋其內(nèi)在規(guī)律。
在自然環(huán)境與工程實(shí)際場景中,存在著這樣一類現(xiàn)象:它們的變化高度不規(guī)則、毫無規(guī)律可言,既無法提前預(yù)估,也無法再次重現(xiàn)。物理現(xiàn)象中這種缺乏明確規(guī)律的變化特性,就被定義為“隨機(jī)”。舉例來說,海浪的起伏、地震的波動(dòng)、陣風(fēng)(湍流)的肆虐、火箭噴氣產(chǎn)生的噪聲,以及車輛行駛在不平路面時(shí)產(chǎn)生的顛簸等,都屬于此類隨機(jī)現(xiàn)象。
當(dāng)系統(tǒng)在這些隨機(jī)現(xiàn)象的作用下時(shí),所產(chǎn)生的振動(dòng)規(guī)律同樣呈現(xiàn)出隨機(jī)特征,整個(gè)振動(dòng)過程充滿了不確定性,這種振動(dòng)便被稱作隨機(jī)振動(dòng)。
在工程領(lǐng)域,存在著大量此類實(shí)際案例:
海洋平臺結(jié)構(gòu)、水面艦船以及出入水階段的導(dǎo)彈,在海浪的持續(xù)沖擊下會產(chǎn)生振動(dòng);飛行器在穿越湍流區(qū)域時(shí),其結(jié)構(gòu)會因湍流的作用而發(fā)生振動(dòng);高聳的建筑物與橋梁在陣風(fēng)的吹拂下,也會隨之產(chǎn)生振動(dòng);當(dāng)?shù)卣饋硪u,所有地面建筑結(jié)構(gòu)都會在地震力的作用下產(chǎn)生不同程度的振動(dòng);火箭、導(dǎo)彈等飛行器在飛行過程中,會受到發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣噪聲以及大氣氣動(dòng)噪聲的影響,其結(jié)構(gòu)也會因此出現(xiàn)振動(dòng);各類車輛在行駛過程中,由于路面不平整,同樣會產(chǎn)生振動(dòng)。
開展振動(dòng)試驗(yàn)的核心目的,是驗(yàn)證裝備在其整個(gè)壽命周期內(nèi),能否承受各種振動(dòng)條件的考驗(yàn),并始終保持正常工作狀態(tài)。此外,有時(shí)還會對產(chǎn)品進(jìn)行更嚴(yán)苛的考核,即檢驗(yàn)其在振動(dòng)與其他氣候環(huán)境因素(如溫度、濕度)疊加作用下的工作性能,這類試驗(yàn)通常被稱為“溫度 + 濕度 + 振動(dòng)”三綜合試驗(yàn)。
導(dǎo)線磨損;緊固件/元器件松動(dòng);斷續(xù)的電氣接觸;電氣短路;密封失效;元器件失效;光學(xué)上或機(jī)械上的失調(diào);結(jié)構(gòu)裂紋或斷裂;微粒和失效元器件的移位;過大的電氣噪聲等 。
振動(dòng)試驗(yàn)程序
程序1:一般振動(dòng)
試驗(yàn)評估裝備在寬頻帶隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境下的性能,模擬裝備在運(yùn)輸、操作或作戰(zhàn)時(shí)可能遇到的廣泛振動(dòng)情況。特點(diǎn):通常采用隨機(jī)振動(dòng),振動(dòng)譜根據(jù)裝備的使用環(huán)境定制,覆蓋較寬的頻率范圍。
程序2:模擬散裝貨物運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)
專門針對裝備作為散裝貨物運(yùn)輸時(shí)可能遇到的振動(dòng)條件,如鐵路、公路、海上或空中運(yùn)輸。特點(diǎn):可能包括正弦掃頻振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng),模擬運(yùn)輸過程中的特定振動(dòng)譜,重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)輸過程中的長期振動(dòng)疲勞效應(yīng)(114檢測網(wǎng))。
程序3:模擬大型組件運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)
適用于大型軍事裝備組件在特殊運(yùn)輸條件下的振動(dòng)評估,考慮到了大型結(jié)構(gòu)件在運(yùn)輸過程中的獨(dú)特振動(dòng)響應(yīng)。特點(diǎn):可能包括特定的正弦振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng)模式,模擬大型組件在運(yùn)輸過程中的振動(dòng)特性,可能更注重低頻振動(dòng)的影響。
程序4:組合式飛機(jī)外掛的掛飛和自由飛
專門用于評估飛機(jī)外掛武器系統(tǒng)、吊艙或傳感器等在掛飛狀態(tài)或投放(自由飛)過程中的振動(dòng)耐受性。特點(diǎn):包含飛行過程中可能遇到的復(fù)雜振動(dòng)環(huán)境,如啟動(dòng)、飛行中的氣動(dòng)振動(dòng)、著陸沖擊等,既包括隨機(jī)振動(dòng)也可能包含特定的沖擊試驗(yàn)。
三、GJB150.16A 各個(gè)試驗(yàn)程序的
振動(dòng)時(shí)長是多少的?
在GJB150.16A標(biāo)準(zhǔn)里,并未直接給出一個(gè)放之四海而皆準(zhǔn)、適用于所有試驗(yàn)程序的固定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長。不同試驗(yàn)程序的時(shí)長設(shè)定,需綜合考量多種因素,比如試驗(yàn)的具體類型(像正弦振動(dòng)試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),或是針對特定運(yùn)輸場景所做的振動(dòng)模擬試驗(yàn)等)、裝備自身的特性,以及裝備預(yù)期投入使用的環(huán)境條件等。
為確保試驗(yàn)?zāi)軌蚓珳?zhǔn)模擬裝備在實(shí)際服役過程中可能遭遇的振動(dòng)狀況,試驗(yàn)時(shí)長的確定必須依據(jù)裝備的使用說明書、設(shè)計(jì)規(guī)范要求,以及對裝備振動(dòng)暴露頻譜的預(yù)估情況。
通常來說,試驗(yàn)時(shí)長主要由以下幾方面因素來決定:
首先是頻率范圍,振動(dòng)試驗(yàn)所涵蓋的頻率范圍越寬泛,為了在各個(gè)關(guān)鍵頻率點(diǎn)上都能獲得足夠的暴露時(shí)長,試驗(yàn)所需時(shí)間可能就越長。
其次是振動(dòng)譜,由于裝備在實(shí)際應(yīng)用場景中會面臨不同的振動(dòng)譜,比如運(yùn)輸過程中的振動(dòng)譜、飛行過程中的振動(dòng)譜等,針對不同的振動(dòng)譜,試驗(yàn)時(shí)長也會存在差異。
再者是試驗(yàn)?zāi)康模囼?yàn)?zāi)康牟煌?,對試?yàn)時(shí)長的要求也會有所區(qū)別。例如,耐久性測試、功能驗(yàn)證測試,或是敏感度評估測試等,都可能會影響試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間。
最后是標(biāo)準(zhǔn)推薦,雖然GJB150.16A標(biāo)準(zhǔn)中可能會針對某些特定類型的試驗(yàn),給出推薦的暴露時(shí)間或者循環(huán)次數(shù),但在實(shí)際應(yīng)用時(shí),還需要結(jié)合試驗(yàn)的具體配置情況來綜合確定。
四、振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備
在常規(guī)的振動(dòng)試驗(yàn)程序中,通常會依據(jù)試驗(yàn)所要求的頻率范圍、位移參數(shù),以及受試樣品和夾具的具體尺寸、質(zhì)量等因素,來挑選合適的振動(dòng)試驗(yàn)臺。
針對散裝貨物的運(yùn)輸環(huán)境模擬,一般會選用運(yùn)輸顛簸臺。這種設(shè)備能夠在臺面的垂直方向上,產(chǎn)生頻率為5Hz、雙振幅值達(dá)25.4mm的圓周運(yùn)動(dòng),以此模擬散裝貨物在運(yùn)輸過程中可能遭遇的顛簸狀況。
當(dāng)涉及大型組件的運(yùn)輸環(huán)境模擬時(shí),通常采用實(shí)際跑車試驗(yàn)的方式。試驗(yàn)過程中,所選取的試驗(yàn)路面可以是專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)道路,也可以是具有代表性的典型公路,或是指定的專用公路,從而更真實(shí)地還原大型組件在實(shí)際運(yùn)輸中的振動(dòng)情況。
而對于組合式飛機(jī)外掛在掛飛和自由飛狀態(tài)下的振動(dòng)模擬,同樣會借助實(shí)驗(yàn)室中的振動(dòng)試驗(yàn)臺來完成。
制造階段環(huán)境應(yīng)力篩選振動(dòng)試驗(yàn);卡車、拖車、履帶車等運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境;飛機(jī)-噴氣式飛機(jī)、螺旋槳式飛機(jī)、直升機(jī)振動(dòng)環(huán)境;艦船-水面艦船振動(dòng)試驗(yàn);鐵路-火車振動(dòng)試驗(yàn);固定翼飛機(jī)-噴氣式飛機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī)-渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)環(huán)境等。
對于工作環(huán)境的振動(dòng),飛機(jī)和飛機(jī)外掛的設(shè)備用的比較多,并且這類振動(dòng)都是復(fù)合型的振動(dòng)試驗(yàn),一般有寬帶+窄帶隨機(jī)試驗(yàn),振動(dòng)方向通常也是相互垂直的三個(gè)方向,測試時(shí)長通常為幾小時(shí)根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境而定。
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