振动试验技术疑难解析

本书主要介绍振动环境试验技术的相关知识。全书分上下两篇，上篇简要介绍振动和振动环境、振动试验的基础知识，包括振动及振动试验概述、振动试验控制、振动测量与分析、传感器类型和原理、振动试验设备原理、夹具设计与安装常识等，方便初学者学习了解。下篇为疑难问题解析部分，是本书的重点，主要针对振动试验的一些疑难问题，以及行业内人员普遍存在困惑的问题，进行解析。包括振动控制、振动测量、试验安全、试验设计、冲击试验等相关内容。

杨蔚原，生于1973年1月，本科毕业于上海交通大学，研究生毕业于中国科学院研究生院，获工程热物理专业硕士学位。高级工程师，长期从事环境试验技术尤其动力学环境试验技术研究，现工作于北京机电工程研究所。发表论文20余篇。

孙建亮，研究员，生于1977年6月24日，毕业于哈尔滨工业大学，获工程力学博士学位，长期从事动力学环境相关工作，承担多项国家重点课题研究工作。现工作于北京机电工程研究所。

任杰安，西北工业大学水声专业振动与噪声控制方向，获硕士学位。一直从事环境试验与研究工作。1985年2月生人，北京机电工程研究所高级工程师。

上篇振动试验基础

 

第1章振动试验概述3

1.1振动试验的专业范畴3

1.2振动试验的目的及发展历程3

1.3振动、振动环境和振动试验的类型4

1.4振动导致的常见失效模式和类型6

 

第2章振动试验技术基础8

2.1振动试验控制基础8

2.2振动传感器的类型和基本原理11

2.3振动试验设备原理、组成和系统类型15

2.4振动测量基础18

2.5振动试验夹具设计与安装22

 

下篇
疑难问题解析
第3章试验控制相关29

3.1振动试验的核心问题之一——如何才算达到试验条件29

3.2无法起振有哪些原因 33

3.3非线性系统振动响应的几个特征35

3 4振动控制点响应为什么会越来越大 36

3.5干扰和接地问题对振动试验的重要影响46

3.6控制点出现峰值超差（控制不住）的几种原因 52

3.7振动时声音忽大忽小、大幅波动的原因55

3.8双台振动试验相干系数应如何设置62

3.9细长体试验件，控制点在同一截面的不同位置结果是否相近70

3.10振动控制自由度对试验有何影响72

3.11大型试验件本身的模态共振峰是否应抑制74

3.12为什么有时限制点会不起作用74

3.13双台控制器输出是否要与两个振动台一一对应76

3.14什么情况可安排限制点参与控制77

 

第4章试验安全及事故相关78

4.1导致安全事故的9个常见错误78

4.2需要重点关注的参数和提示80

4.3传感器脱落是否都能被识别81

4.4警惕振动量级爬升时的过冲82

4.5传感器电缆固定带来的意外风险84

4.6警惕振动夹具与试验件的相对位移风险87

4.7双台振动特有的安全风险88

4.8相干系数报警的原因有哪些89

4.9振动试验安全事故预防金六条90

 

第5章测量相关92

5.1振动曲线异常的甄别方法及典型异常曲线与成因92

5.2传感器量程的选择方法及3σ原则的合理性问题100

5.3经常被误解的dB以及常被混淆的换算关系102

5.4振动传感器超量程数据是否还可用103

5.5爆炸冲击测量的零漂现象原因有哪些107

5.6功率谱密度曲线低频上翘的机理和几类原因114

5.7大量程传感器测量低量级振动的适用性119

5.8传感器倾斜测量结果是否只需除个cos（α）121

5.9扫频试验上行和下行为什么共振频率会有不同123

5.10高低温环境对振动试验有哪些影响125

5.11如何判断传感器灵敏度错误127

5.12压电振动传感器电缆长度对测量的影响129

5.13压电传感器可测的上下限频率以及和滤波截止频率的关系 130

5.14传感器及安装块附加质量对测量的影响132

 

第6章试验设计相关135

6.1振动冲击试验所需推力用F=ma估算是否合理135

6.2大型试验件测点应如何安排138

6.3正弦推力与随机推力是2倍的关系吗139

6.4何时需要考虑偏载/倾覆力矩问题140

6.5振动试验夹具固有频率设计的辩证分析与共振的处理141

6.6150.16A与美军标810F中挂飞振动的解读与试验实施143

 

第7章冲击试验相关152

7.1对冲击响应谱本质的理解152

7.2冲击响应谱试验的局限性156

7.3冲击谱试验中阻尼比应如何设定157

7.4冲击响应谱的Te对冲击试验的影响158

7.5易被忽略的风险——经典冲击试验波形补偿带来的低频放大161

7.6大型冲击试验的控制点选择与试验实施164

 

第8章振动试验技术未来发展展望165

8.1概述165

8.2分布式激励系统166

8.3大型试验件基于全部测量点自动分析的智能振动控制技术166

8.4智能安全保障技术166

8.5基于振动特性变化的破坏预警技术167

8.6振动与冲击试验控制算法的优化167

8.7虚拟振动试验实用化与实际试验的无缝衔接168
参考文献169

振动试验是大部分军用产品和一部分民用产品都要做的一项试验，其应用非常广泛。然而，目前市面上振动试验类书籍较少，而且主要是讲解振动试验经典理论知识、设备知识和技术方法，这些较为成熟的知识和方法对试验人员和产品设计人员是合适的入门参考，但在工程实际中，相关人员会碰到很多具体问题，这些问题在一般的书籍中常常找不到答案。笔者在近20年振动试验专业技术的研究和实践中，遇到了很多行业内的工程技术疑难问题，在解决这些问题的过程中积累了丰富的实践经验，本书是笔者这些经验与知识成果的系统总结。 

本书分上下两篇，上篇为基础知识部分，简要介绍振动、振动环境、振动试验的基础知识，方便初学者学习了解。下篇为疑难解析部分，是本书的主体，主要讲解振动与冲击试验的疑难问题。

本书力求简化理论，注重实用，下篇疑难解析部分主要以行业内人员普遍存在困惑的问题为导向，形成一个个专题，在专题讲解分析中融入各种试验知识，避免系统性论述的冗长枯燥。同时尽可能以通俗易懂的语言揭示问题的物理本质，方便各层次人员学习参考。

本书初稿本来还有一些章节、专题，但由于尚需进行一些实际验证和确认等工作，需要时间较长，限于精力，定稿时不得不将这些章节删去，比较遗憾。

孙建亮研究员和任杰安高级工程师审校了本书的全部书稿，提出了很多中肯的意见。胡俊奇、高贵福参与了少数章节的计算分析与仿真等工作；高贵福、张青虎、孙兰、王晓飞参与了部分书稿的审校。还有一些朋友、同事也参与了部分工作，在此不一一列举。作者所在单位北京机电工程研究所的领导及相关部门、环境与可靠性试验中心领导，对本书出版工作也给予了大力支持，在此一并表示感谢。

限于时间和编者水平，书中错漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

 

杨蔚原

2023年5月