用数控电子─液压振动台模拟整体大件产品的公路运输试验

侧想，子液压振动台棂拟整体大件产品的公路运输试验王保乾中国，王物理研凡院结构力学研究所，句阳6219，足取如明心髹有蝴拿咖，邮心娜；1前言公路运输试验是研制产品定型试验之，因此，在新产品的研制讦发过枵中都极为重视运输试验。随着试验技术的不断发展，运输试验由室外转入室内，并撄逐步逼近真实环境的模拟以这样说，今天的大型产品的运输试验技术己达到相，高的水扎本文试对这方面的工作作概括简述。

2运输环境大量实测数据衣明。汽车在运输过枵中经受的是随机振动和离散冲击的作用振动引起产品疲劳损伤，而冲击引起的极限应力使产品损伤。，把运输的幅值大，重3频率低尸车辆传动装置和产品整体*低阻尼固，频率的振动称为冲击。从车辆运输过程的总时间上看，这种冲击不占重要比例，在振动加速度的有效值占的分量也很小。即本质受有改变运输过程中的平稳性假设。然而它的幅值钻级较大。可在午。辆及其运输的产品产生个超过它允许的应力，致使车辆或产品产生暂时或永久性损坏。*明显的例子是车辆穿越道路1的陷坑。过铁路或搬运的跌落引起的冲击。

测量明，决定冲击损伤势能的因素是持纹时间长，幅值，大的冲山，乜就说，冲占脉冲上升的速度在某种程度上决定冲击损坏由于车辆和其上紧固的产品构成个复杂的振动系统，当和道路谐振时引起强迫振动，车辆或产品也会产生高应力，在定条件下可超过车辆或产品的允许应力致使损坏。

这种情况应和冲击别。

但运输过种更客的为连纯低过载平稳随机振动。因此，产品的运输试验也足。种低过载长时间的随机振动试验，由此引起的损伤为疲劳破坏对于上述种环境，在整个运输过程是同时存在的。但对不同要求的产品，由于着眼点不样，也就存在不同的处理方法。对尸民品，由于其通用性和广泛性，在运输过程中总是不可避免的要受到瞬时大过载冲击，通常被认为是在运输过程中造成产品损坏的主要因素。因此，把冲击响应时间曲线作为运输模拟的原始依据。对于军品，由于其特殊和专用性，在运输过程中要采取种种有效措施，尽量避免产生大过载的冲击环境，通常认为低过我氐时间的随机振动是运输过利中造成产品损坏的主要因素。因此，把随机振动响应时间历程曲线作为运输模拟的原始依据。

间力程及宁，1面小意。从大量实测振动数据的分析结果来看，运输中的振动在性质1基本属于窄带随机振动相对气动噪声引起的振动，其幅值域分布不满足瑞利分布，与高斯分布也有偏差，但在小幅值范围内与断分布相接近，加速度功，卞谱密投巧1曲线。由此打到，人部分振动能啁集中在低频范2002以的能量相当微弱的。大约有70的能量集中在150出，在120迅范围内尤为突出。

引起运输低频振动环境的因素要有屯悬挂系统弹簧承受的重量和非悬挂没加在底盘弹簧上的，坎仿痔ヌ，⒎⒍，传动车身固有频率谐波及局部振动。

振动试值空间曲面意3模拟运输试验条件由于车辆在运输时作用在试件上的振动环境是很夂杂的过程，受各种随机因素支配，理论上预决产品对这种加载方式的响应，还没有开发出令人满意的方法。因此，试验研究仍被广泛用于评估被试产品的动力学行为和耐磨性。然而，在真实有代性条件下的实地试验是非常昂贵费时的，同时仅可对整体车辆进行试验。因而，大多数试验要求在试验室内的振动设备上进行。这种方法要求控制系统能正确模拟外场激励。

依照研制任务书的要求，产品的累积运输距离通常要求数千公里，如果在室内采用等时模拟，则需很长的时间。因此，室内模拟都采用强化试验条件的办法以缩短时间。国军标，阳130军用设备环境试验方法。美军标，581环境试验方法和工程导则中对基本公路运输规定为，按所给试验条件进行试验，每60分钟代由于运输是随机振动，因而必须运用概率论和数理统计的方法，在线性疲劳累积损伤假设的基础上，以产品失效概率相致作为加速模拟的等效准则，作为制订试验条件付于以1实测各点随机振动响应种方法是保持振动特性不变，而改变随机振动的频率特性。由厂产在随机交变应力作以否伤而导致破坏取决破坏面的状态，破坏血是振动砧值振动频率和戌环次数为座标轴构成的空间曲面，曲面产品在交变应力作用下是否破坏的分界面。破坏面是振动频率的函数。改变频率特性，会导致实际该破坏的产品在试验中不破坏，而不该破坏的产品在试验中破坏了。因而，改变频率特性的方法不能达到加速运输模拟等效行的。但过度的提高振动量值讨能会导致破坏机理的改变。因此，把振动量值的提高必须控制在定的范围内。

订试验右件时。迪常把实测的振动加速度处，成2加，度功率谱密役曲线该曲线可能是许多数据的集合或统计处理值。留有定的裕度，把它规格外，就成为强化幅值试验条件了，3中折线②加速试验条件加速度功率谱密度曲线意依据线性疲，累积损伤说理，加速运输g=模拟试骀的关系为TTa加违校拟试验需要的时间Grms实际运输试验测得的*大均方根加速度值3中曲细的面积；舰加加速式验条件的总均根加速度值3中折线，下K，疲劳曲线的斜率，它的变化范围为2.通常取偏于保守的值。

4模拟公路运输试验方法回顾如何在试验室内模拟3中折线所确定的试验条件，十多年来我们几乎使用了大家所熟知的备种方法4.1丁和野外运输，是我1早期从俄国引进的种运输试验设备它的*大优点是操作方便维护简氓可对小嗔件进行试验胃胃它的*大+足是仅以固定频率对试件激振产生的时间历程与实际情况相差太远模拟的真实性受到怀疑。

因缺少试验设备，早期的大型整体产品是采用野外运输的方法进行试验。它的优点是从环境看返近讧实环境。其接近程度令人信服，能对产品达到预期考核的目的；设备简单易于实现。但野外运输试验也存在许多问不利保密保卫；用次试验说明产品在将来遇到的全部情况不够全此研宄性差，不便设计试验，不便缩短试验时间。

4.2低频正弦振动试验1肓了弦扫频控制的电十液压振动台。依照美军标祖51810提供的条件，对产品进行室内模拟运输试验。它是在没有随机振动控制设济的情况下提出的种方法。该方法的理论基础是峰值等效随机化正弦。该方法是50年代末60年代初提出的种方法，争议甚多。

4.3机械式汽车模拟试验台厂7来又研1柬机械式汽车梭拟试验。对整体产品进行试验。4是该设备的意。

采用齿轮1链条传动。把轮鼓园周等距离分成六个区，每个区域上都有可能放置瓦片，瓦片的形状也较复杂。轮鼓上放置的是托个或轴汽个，阁4机，式汽车模拟运输试验台5加速度时间历程的均方根加速度值，试验与实测相当。这条说明模拟台给试件的总功率与实测相致。

由于上述个指标与调试参数之间缺少应，的数学描述。因此，调试凑的过程存6；不少的盲目性，工作量大。往往会出现这个指标满足了，而另个指标不满足的现象。

5数控电子液1振动台校拟整体公路运输试验5前述可，不论用上述柯种法，无论如何是不能在试验室再现运输环境，它们只能某种程度上或依据某种观点近似模拟运输环境，有数控设备，它+仅模拟3给的用加速功率谱密度描述的试验条件，而且它与实际情况还圮相当接近的。因此。用目前有很大的进步。

测量方框。在，550振动控制器的控制下，使之在控制点处产生规定的试验条件。

4个加速度计正确模拟1振动，不但要模拟台产生个在幅1域分布上与实际相致的随机振动，而且加速度功率谱密度也与试验条件3，相符，这简单的机械模拟广1是根本不可能的。对于4设备，试通过调整旋转速度轮鼓上瓦片的形状和配置位置，拖车上的负载等因素，使之在下述个指标上与实测相致，则认为野外运输试验环境被搬到试验室模拟了。这个指标是模拟台振动记录的峰值或谷值随机变量的平均值数学期望与实测相当。

峰值的阶矩方差试验与实测相当。

量与实测属同分布。

加速度功率谱上主频率2上主频率处的功率谱密度值2上1和12分别对应1和02们，试验与实测相怙况相致，该设备的主要技术指标如下1作频率沿0.5500出；允许*大偏心距50负载。

；限频率对应的柬1值，1下限频率，压。

通常根据式2的计算结果，再根据液压台实际能力，*后确定模拟条件的下限频率。

体大构件进的悬臂状态的运输振动试验。这是种全新的试验，在国内做的单位也不多。

1试件2夹具3振动台6试件夹具振动台安装6需要改进的地方前面提到，运输当中会产生大的加速度峰值，致使幅值概率密度分布不符合高斯分布。作为例子，7是取自祖3108标准中给的拖车振动的加速度功率谱密度加速度时间历程和加速度的幅值概率分布。

概率密度分布有个个是概率密度的中区，另个是概率密度的尾部。中虚线为正态分布。由看到，当离散的大峰值小时，其加速度幅值概率密度分布与正态分布相符7中3峰态是3.波峰因数等于4；当离散大峰值多且幅值大时，则者相差较多，存在较长的尾部，其中区也较正态分布尖突7中和为正态分布的随机信号即7.对于非高斯分布，唯可做的是削去与高斯分布比较分布的尾部，而+改变分布的中1因此，要想模拟像7.。的运输环境，现有的数控设备上还要补充1适3的幅位概率密度分布控制。这就需要开发出具有频域和时域现有数控设备具有很好的频域控制能力。1面谈谈如何把它改变成也具有时域控制力。国外已研制出具有实用价值的设备，这里只谈谈它的数学基础。

峰态值是描述非高斯随机振动的个特征量，用。是随机振动时间历程的第与第中心矩的比位。通过记录数据的瞬概密度中区，5率密度尾部时间历程功率谐密度如果用时间历程的峰值这种现象，则使用波峰因数，它是振动的*大峰值与振动的有效位相比。

目前的数控设备数字模拟时间历程的惯用方法是使用具有大量欠谐波的富氏展开式然后，把这个时序变成模拟信号，加至振动台测量加违度功率谱密度相角祉随机选取。

因此，产生的伪随机多谐波激励保证功率谱能变化。并。总是接近高斯定律。H；为了实现由式3确定的峰态值大小的附加控制，计算式3.令了在人工模拟酸雨的环境下铜的腐蚀情况。

使，以4或10和心1模拟酸雨，分，就，位和邙浓役付腐蚀本及其机理进分析研结果显，腐蚀率随！值降低，浓度的增大而升高。在低于3时，可观察到产生于溶解氧化的分散过程的如塔。斤发现位幻，的成膜人分故过程，而2.9时则是溶解氧化的分散过程。当02浓度很高时，腐蚀率可通过12q电气学会论文志9985，5508曰9电气学会放电研究会资料995，上接第8页具体做法如下首先利用式确定幅值人壬选相角其次，在固定幅值下变化相角，增加峰态值，从开始的任意值直至获得正确的使用式6和式7完成该过程。

在上述计算过程中，*后得到的0，是不变的，因为从式5看到它仅依赖于幅值，与相角无关。在该方法中，可获得大量的伪随机时间历程算显。从不初始相角开始计算，对应相同的给定峰态值可产生不同的时间历程，因此，带有高峰值的多谐波过程不是唯的。