有源安裝板振動試驗研究

王 梅，張姍姍

(1.中國電子科技集團公司第38研究所 工程技術(shù)部，安徽 合肥230031;2.合肥工業(yè)大學 機械與汽車工程學院，安徽 合肥230009)

振動試驗是指在實驗室內(nèi)利用激振設(shè)備使試件經(jīng)受預先規(guī)定的振動，并達到預期目的的過程。在第二次世界大戰(zhàn)中，許多戰(zhàn)斗機和多種軍用設(shè)備因受振動造成損壞，這一現(xiàn)象引起了各國的重視，為更好地模擬產(chǎn)品真實的振動環(huán)境，對產(chǎn)品進行可靠性檢驗，20世紀40年代，便引入了振動試驗［1－2］。

有源安裝板在工作時處于振動狀態(tài)。加速減速、磨損以及環(huán)境等因素使得有源安裝板在縱向、垂向和橫向都有振動發(fā)生。安裝在有源安裝板上的部件不可避免地受到了振動的影響，但是必須承受振動而不致破損，并發(fā)揮其性能，達到預定壽命。振動試驗可模擬實際運用時的振動環(huán)境，分析部件在不同振動狀態(tài)下的振動模態(tài)，測試產(chǎn)品的極限強度。通過試驗可以發(fā)現(xiàn)諸如固定件松脫、裂紋和斷裂、非正常磨損及功能異常失效等由振動而引起的故障，從而幫助工程師在設(shè)計、制造、定型過程中進行失效分析與改善。因此對有源安裝板進行振動試驗研究具有重要的意義。

隨著對產(chǎn)品或設(shè)備，特別是一些軍用產(chǎn)品的安全性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性要求的不斷提高［3］，振動試驗也顯得尤為重要。

1 有源安裝板及振動控制方法

1.1 有源安裝板

某有源安裝板由鋁合金面板、透氣鋁蜂窩、鋁合金預埋件和熱管等組成，外形尺寸為600 mm×400 mm×20 mm。

1.2 振動控制方法

試驗控制利用振動控制系統(tǒng)，采用平均控制方法，控制點位置在夾具和產(chǎn)品連接面上。試驗時，計算機控制系統(tǒng)輸出驅(qū)動信號，經(jīng)功率放大器放大后輸入振動臺，在臺面上產(chǎn)生振動，振動臺作用力由夾具傳到產(chǎn)品。振動控制點上的響應(yīng)由加速度傳感器反饋到計算機，控制系統(tǒng)進行比較和修正，使驅(qū)動信號在控制點上產(chǎn)生的加速度響應(yīng)符合試驗條件的要求。振動試驗控制原理如圖1所示。

圖1 振動試驗控制原理示意圖

2 有源安裝板振動試驗

2.1 試驗允差

試驗誤差是試驗觀測值與觀測對象真值間之差。在試驗的設(shè)計階段、準備階段以及實施階段均會出現(xiàn)各種產(chǎn)生誤差的原因，只有了解了試驗誤差的范圍，才有可能正確評價試驗所得到的結(jié)果［4］。

表1 試驗條件允差

2.2 試驗實施

(1)試驗采用多點平均控制，控制點選在夾具和產(chǎn)品的連接點附近。振動試驗X、Y、Z向的安裝圖分別如圖2～圖4所示。

圖2 振動試驗X向安裝圖

圖3 振動試驗Y向安裝圖

圖4 振動試驗Z向安裝圖

(2)在正式試驗前先進行預振，預振條件取為正式試驗條件的1/3。試驗條件如表2和表3所示。

表2 隨機振動試驗條件

表3 正弦振動試驗條件

預試驗是指在正式試驗前，用標準產(chǎn)品或只用少量樣品進行試驗，以便模擬出最佳的試驗條件，為正式試驗打下基礎(chǔ)［5］。通過預試驗，可為正式試驗選擇最佳試驗材料，也能準確地控制無關(guān)變量。這樣可為進一步的試驗摸索條件，也可檢驗試驗設(shè)計的科學性和可行性，以避免因設(shè)計不周，盲目開展試驗而造成人力、物力、財力的浪費。

(3)預振結(jié)果確認后，開始正式振動試驗。設(shè)計振動試驗順序如下:X向正弦振動試驗(驗收級)—X向正弦振動試驗(鑒定級)—Y向正弦振動試驗(驗收級)—Y向正弦振動試驗(鑒定級)—Z向正弦振動試驗(驗收級)—Z向正弦振動試驗(鑒定級)—X向隨機振動試驗—Y向隨機振動試驗—Z向隨機振動試驗。

3 試驗結(jié)果及分析

試驗分別得到X、Y、Z 3向第一次試驗后與最后一次試驗后的特征級曲線對比圖，如圖5～圖7所示。其中橫坐標代表頻率，單位Hz，縱坐標代表加速度，單位是g(m/s2);A代表第一次試驗后的特征級曲線;B代表最后一次試驗后的特征級曲線。

圖5 X向前后特征級對比

圖6 Y向前后特征級對比

圖7 Z向前后特征級對比

分析以上3圖可知，在X向和Y向，前后試驗特征級曲線的基礎(chǔ)頻率基本吻合，說明產(chǎn)品的動態(tài)特性并未發(fā)生變化，而在Z向，前后特征級試驗曲線對比，頻率移動了7 Hz，但并沒有超出試驗條件允許的偏差±2%。經(jīng)試驗驗證，該有源安裝板的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理。

4 結(jié)束語

有源安裝板作為主承力結(jié)構(gòu)件，在雷達上的應(yīng)用非常重要。文中通過設(shè)計試驗方法及步驟，對某型號有源安裝板進行了振動試驗，得到了3方向第一次與最后一次試驗后特征級曲線對比圖。根據(jù)試驗結(jié)果分析表明，該雷達有源安裝板的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。與此同時，該方法也給予同類型產(chǎn)品的振動試驗研究提供了參考。

［1］ 陳章位，于慧軍.振動控制技術(shù)現(xiàn)狀與進展［J］.振動與沖擊，2009，28(3):73－77.

［2］MCCONNELL K G.Vibration testing:theory and practice［M］.Newyork:Wiley－Interscience，1995.

［3］ 朱銀龍，陳懷海，賀旭東，等.多輸入多輸出正弦振動試驗控制系統(tǒng)算法研究及實現(xiàn)［J］.振動工程學報，2008(1):62－65.

［4］ 周莉樺.混凝土柱試驗誤差綜合分析［D］.上海:同濟大學，2009.

［5］ 陳維，高勍.談預實驗與探索能力的培養(yǎng)［J］.生物學教學，2012(2):35－36.