一種聯(lián)合振動試驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動試驗領(lǐng)域，該裝置及方法將低頻振動設(shè)備與高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，用于振動環(huán)境模擬試驗。
【背景技術(shù)】
[0002]振動試驗的目的是在實驗室條件下對產(chǎn)品或設(shè)備在運輸、使用等過程中所處的振動環(huán)境進(jìn)行模擬，以檢驗其可靠性、穩(wěn)定性等指標(biāo)。目前振動試驗被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶、核工業(yè)等國防領(lǐng)域以及汽車、建筑等民用工業(yè)部門。振動試驗在國防領(lǐng)域不僅為新型武器系統(tǒng)和裝備提供重要的設(shè)計依據(jù)，而且作為武器裝備的主要測試手段，常用于裝備性能、可靠性、臨戰(zhàn)狀態(tài)的考核與驗收:如判斷各部件及整機(jī)的動力強(qiáng)度，模擬導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星的環(huán)境試驗，測試飛機(jī)飛行的振動特性等。作為現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域的一項基本試驗，振動試驗也是工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的重要手段，廣泛應(yīng)用于許多重要的工程領(lǐng)域:如工業(yè)生產(chǎn)中的各種材料、零部件、構(gòu)件乃至整機(jī)或建筑物的力學(xué)性能試驗，工程材料高頻疲勞試驗，汽車、行走機(jī)械的道路模擬試驗，水壩、高層建筑等大型工程的抗震試驗等。通過振動試驗可以使設(shè)計更加合理，使用更加可靠。
[0003]振動臺是一個集激振系統(tǒng)、測試系統(tǒng)和軟件分析系統(tǒng)于一體的完整的現(xiàn)代振動測試系統(tǒng)，是振動環(huán)境模擬的物理基礎(chǔ)和實現(xiàn)載體。按照驅(qū)動方式的不同，可以分為機(jī)械振動臺、電動振動臺、液壓振動臺、電磁式振動臺、壓電式振動臺和磁致伸縮振動臺。相對而言，機(jī)械式振動臺具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低等優(yōu)點，但也存在出力小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可控性差等缺點。電動振動臺由恒定磁場和位于磁場中的通電線圈的相互作用產(chǎn)生電動力來驅(qū)動。具有頻率范圍寬、系統(tǒng)線性好、容易控制、波形失真小等優(yōu)點，但一般而言電動臺臺面負(fù)載小、位移小、系統(tǒng)龐大及造價較高。液壓振動試驗系統(tǒng)具有功率重量比和力質(zhì)量比大，響應(yīng)快速，剛度大，抗干擾能力強(qiáng)，誤差小，精度高等優(yōu)點。同樣，電液振動系統(tǒng)也存在如下缺點:工作頻率范圍小于電動振動臺，在高頻率范圍內(nèi)工作相對困難，多數(shù)情況下適用于在低頻區(qū)及中頻區(qū)振動試驗。另外由于采用的是液壓系統(tǒng)，受工作環(huán)境、油液溫度、液壓密封件的摩擦的影響較大，容易產(chǎn)生壓力脈動和產(chǎn)生共振等。壓電式振動臺驅(qū)動頻率更高，但激勵較小，適用于小型零件試驗。可見，目前一般根據(jù)試驗條件選擇不同類型的振動臺，可以由單臺及多臺同種類型振動臺組成試驗系統(tǒng)。
[0004]然而，對船舶、航空航天飛行器等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，外形復(fù)雜，內(nèi)部機(jī)械設(shè)備較多，種類各不相同，且往往同時運行工作，常導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)實際是多個機(jī)械設(shè)備振源共同作用的結(jié)果。此外，在設(shè)備運行階段，還受擾動氣流、附面層脈動氣流產(chǎn)生的啟動噪聲等多種分布振動激勵。
[0005]現(xiàn)有的振動試驗系統(tǒng)因設(shè)備特性的區(qū)別往往只能實現(xiàn)設(shè)備允許的振動量級，如寬頻小振幅，低頻大振幅等，而對于低頻高窄帶加隨機(jī)、寬頻較大量級、非高斯等特殊振動環(huán)境存在局限性。
[0006]目前，對于需要同時進(jìn)行高頻和低頻振動試驗的試件來說，還沒有一種完全適用的振動試驗系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種聯(lián)合振動試驗裝置及方法，該裝置將低頻振動設(shè)備與高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，用于振動環(huán)境模擬試驗。
[0008]本發(fā)明是如此實現(xiàn)的:
[0009]一種聯(lián)合振動試驗裝置，用于對包含試件低頻段和試件高頻段的試件進(jìn)行振動實驗，對試件低頻段進(jìn)行低頻振動，對于試件高頻段進(jìn)行高頻振動；其中:包括液壓油源、伺服閥、液壓作動器、擴(kuò)展臺、平臺傳感器、試件傳感器、連接塊、導(dǎo)桿、高頻激振器、彈性單元、磁流變液阻尼器和功放組；
[0010]液壓油源、伺服閥、液壓作動器、擴(kuò)展臺和平臺傳感器組成低頻振動系統(tǒng)；液壓油源是動力源，為液壓作動器提供液壓；伺服閥聯(lián)接液壓油源和液壓作動器，將小功率的輸入電信號精確而快速地轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β实囊簤盒盘?，輸出的液壓信號去?qū)動液壓作動器，帶動擴(kuò)展臺運動；
[0011]擴(kuò)展臺為平臺結(jié)構(gòu)，試件低頻段直接安裝于擴(kuò)展臺臺面；平臺傳感器固定布置于擴(kuò)展臺臺面；
[0012]連接塊、導(dǎo)桿、高頻激振器、功放組及試件傳感器構(gòu)成高頻振動系統(tǒng)；功放組用于驅(qū)動高頻激振器；高頻激振器一端與彈性單元及磁流變液阻尼器固定連接，一端通過導(dǎo)桿與連接塊固定連接；連接塊連接導(dǎo)桿及試件高頻段；
[0013]彈性單元及磁流變液阻尼器設(shè)置于擴(kuò)展臺臺面和高頻激振器之間，彈性單元及磁流變液阻尼器組成的結(jié)構(gòu)傳遞特性與試件低頻段到試件高頻段的傳遞特性相同；
[0014]試件傳感器安裝于試件高頻段。
[0015]如上所述的一種聯(lián)合振動試驗裝置，其中，在所述彈性單元及磁流變液阻尼器與擴(kuò)展臺臺面之間，設(shè)置轉(zhuǎn)接板，轉(zhuǎn)接板包括:柱體、連接螺栓和螺母；柱體下側(cè)與擴(kuò)展臺臺面固定連接，螺母上端與彈性單元及磁流變液阻尼器固定連接；柱體底部外側(cè)為外螺紋結(jié)構(gòu)，與螺母的內(nèi)螺紋配合；連接螺栓固定柱體和螺母。
[0016]一種聯(lián)合振動試驗方法，其中，使用如上所述的聯(lián)合振動試驗裝置，包括如下步驟:
[0017]步驟1、安裝試件于擴(kuò)展臺，且斷開試件高頻段與連接塊；
[0018]步驟2、發(fā)送預(yù)設(shè)定信號至伺服閥，并采集平臺傳感器及試件傳感器響應(yīng)信號；
[0019]步驟3、計算伺服閥至擴(kuò)展臺的傳遞特性，以及擴(kuò)展臺與試件低頻段的連接界面至試件高頻段的傳遞特性；
[0020]步驟4、根據(jù)擴(kuò)展臺與試件低頻段的連接界面至試件高頻段的傳遞特性，選擇彈性單元及磁流變液阻尼器；
[0021]步驟5、連接試件高頻段與連接塊；
[0022]步驟6、發(fā)送預(yù)設(shè)定信號至高頻激振器，并采集試件傳感器響應(yīng)信號，計算高頻激振器至試件高頻段的傳遞特性；
[0023]步驟7、對于指定的試件實驗信號，根據(jù)伺服閥至擴(kuò)展臺的傳遞特性、擴(kuò)展臺與試件低頻段的連接界面至試件高頻段的傳遞特性、高頻激振器至試件高頻段的傳遞特性，計算得到伺服閥和高頻激振器的輸入信號，對于伺服閥和高頻激振器進(jìn)行控制，開展實驗。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點在于:根據(jù)上述結(jié)構(gòu)和方法，本發(fā)明將低頻振動設(shè)備與高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，綜合設(shè)備的優(yōu)勢，擴(kuò)展振動試驗系統(tǒng)的使用范圍，提高了試驗效率，并且更好地模擬被試對象的使用環(huán)境，得到更可靠的試驗數(shù)據(jù)；由于能夠有針對性地同時提供低頻和高頻振動，獲得最真實的數(shù)據(jù)，所以其試驗效果遠(yuǎn)優(yōu)于分別進(jìn)行低頻和高頻試驗，對被試對象的設(shè)計具有很高的參考性。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明一種聯(lián)合振動試驗裝置；
[0026]圖2為磁流變液阻尼器主視圖；
[0027]圖3為轉(zhuǎn)接板主視圖；
[0028]圖4為轉(zhuǎn)接板俯視圖。
[0029]I液壓油源；2伺服閥；3液壓作動器；4擴(kuò)展臺；5平臺傳感器；6試件低頻段；7試件高頻段；8試件傳感器；9連接塊；10導(dǎo)桿；11高頻激振器；12彈性單元；13磁流變液阻尼器；14轉(zhuǎn)接板；15功放組；131線圈；132封閉殼體；133磁流變液；134阻尼器連接板；135阻尼桿；136線圈電極；141柱體；142連接螺栓；143螺母。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0031]如圖1所示，一種聯(lián)合振動試驗裝置，包括液壓油源I ;伺服閥2 ;液壓作動器3 ;擴(kuò)展臺4 ;平臺傳感器5 ;試件傳感器8 ;連接塊9 ;導(dǎo)桿10 ;高頻激振器11 ;彈性單元12 ;磁流變液阻尼器13 ;轉(zhuǎn)接板14 ;功放組15。
[0032]磁流變液阻尼器13包括:線圈131、封閉殼體132、磁流變液133、阻尼器連接板134、阻尼桿135、線圈電極136。轉(zhuǎn)接板14包括:柱體141、連接螺栓142、螺母143。
[0033]所述聯(lián)合振動試驗裝置對于試件進(jìn)行試驗，所述試件包括試件低頻段6和試件高頻段7。
[0034]液壓油源1、伺服閥2、液壓作動器3、擴(kuò)展臺4和平臺傳感器5共同組成低頻振動系統(tǒng)。
[0035]在本申請中，是指一般200Hz以內(nèi)為低頻，200Hz以上為高頻。當(dāng)然，上述數(shù)據(jù)并沒有限定本申請所述發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0036]其中，液壓油源I是動力源，為液壓作動器3提供具有恒定壓力和流量的液壓油，使液壓作動器3給試件低頻段6及轉(zhuǎn)接板14加載，達(dá)到動態(tài)疲勞試驗的目的。伺服閥2是液壓油源I和液壓作動器3的聯(lián)接橋梁，其功能是將小功率的輸入電信號精確而快速地轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β实囊簤盒盘栞敵觯敵龅囊簤盒盘柸ヲ?qū)動液壓作動器3，而帶動負(fù)載運動。液壓作動器3是低頻振動系統(tǒng)主要執(zhí)行元件，一端與伺服閥2連接，接收伺服閥2的控制信號，并在液壓油源I提供的高壓油作用下推動另一端的擴(kuò)展臺4運動。擴(kuò)展臺4的作用主要包括:按照試驗要求，可靠地裝夾試件低頻段6及轉(zhuǎn)接板14 ;實現(xiàn)與液壓作動器3的連接；將液壓作動器3的運動和能量不失真地傳遞到試件低頻段6上，避免出現(xiàn)共振和隔振現(xiàn)象。
[0037]液壓油源I與伺服閥2通過液壓管路連接；伺服閥2與液壓作動器3固定連接并保證密封性；液壓作動器3與擴(kuò)展臺4螺紋固定連接保證不失真?zhèn)鬟f并易于拆卸；擴(kuò)展臺4與試件低頻段6及轉(zhuǎn)接板14固定連接。
[0038]平臺傳感器5固定布置于擴(kuò)展臺4臺面，連接方式可以為螺紋連接、粘結(jié)等。平臺傳感器5采集平臺表面的加速度、速度、位移等信號并傳輸至計算機(jī)，伺服閥2的指令信號同樣發(fā)送至計算機(jī)，將二者進(jìn)行時域或頻域分析，即可得到伺服閥2至擴(kuò)展臺4的傳遞特性。
[0039]試件由試件低頻段6及試件高頻段7共同組成，實現(xiàn)聯(lián)合振動的主要任務(wù)之一即要計算試件低頻段6至試件高頻段7的連接特性，并據(jù)此選擇彈性單元12及磁流變液阻尼器13的量級。從而使用彈性單元12及磁流變液阻尼器13來模擬試件低頻段6至試件高頻段7的結(jié)構(gòu)，保證從試件自身傳遞的信號和從彈性單元12及磁流變液阻尼器13傳遞的信號一致，從而保證試件高頻部分7的安全性和實驗可靠性。
[0040]計算連接特性時，對平臺傳感器5及