隨機振動是隔振器在選型時經常會遇到的一種振動類型。現實中隨機振動到處可見，如車輛在路面上行駛時，路面產生的振動就是一種很典型的隨機振動；除此之外，還有高鐵在軌道上行駛時的振動，高層建筑在陣風或地震作用下發生的振動;飛機在飛行時的振動；船舶在波浪中的振動都是隨機振動。很多國際標準和國家標準對設備以及隔振器的可靠性和疲勞壽命的驗證也是通過隨機振動來實現。

    隨機振動是指任意時刻的振動大小不能預先確定，其波形隨時間的變化沒有規律的振動，無法用確定性函數表示。隨機振動的單次試驗結果有不確定性和不重復性，但相同條件下的多次試驗卻有內在的統計規律。一般要用概率統計的方法進行描述。 

圖1 隨機振動波形

   隨機振動也可以認為是由無數個正弦振動組成的，但是這些正弦振動的頻率不是離散的，而是在一定范圍內連續分布，通常用功率譜密度（PSD）、均方根值（或稱有效值）來表達。

   在隨機振動試驗標準中常給出加速度譜密度曲線（PSD曲線）或頻譜，并以此為輸入進行隨機振動控制試驗，如圖2所示。加速度密度譜PSD表示隨機信號通過中心頻率的均方值，并無實際現實意義。總的加速度均方值表示總振級，既總能量。

圖2  PSD曲線及頻譜

   在實際的隨機振動試驗中，通常根據產品的使用環境來選擇相應的振動量級進行試驗，但是對于兩個不同的隨機振動，哪個振動量級更高，對產品來說振動更嚴苛，可以通過計算總的加速度均方根值（有效值）來比較。

 

影響振動臺的幾個關鍵指標

    隨機振動臺是進行隨機振動試驗的必要載體，振動臺的一些關鍵指標決定了能否實現預定試驗的能力：

試驗推力：試驗推力對試驗起著決定性的作用，所需推力超過額定推力則試驗不能進行，但是推力遠遠小于額定推力，容易造成資源浪費。

最大位移：隨機振動試驗時，從振動條件上看不出隨機振動的最大位移，而其值也是不確定的，因此有必要在實驗前估算最大位移，避免因超過行程而損壞振動臺。 

加速度均方根值：它是表征隨機振動總能量的統計參數。

頻率范圍：目前電磁振動臺的頻率多數可以達到3000HZ~5000HZ，基本可以滿足絕大部分試驗要求。

 圖3  常用的隨機振動臺

隨機振動試驗參數的估算

    目前隨機振動試驗采用最多的是寬帶隨機振動，根據試驗樣品給出的振動要求計算試驗量值，通過與振動臺的極限值進行對比，估算試驗能否進行。隨機振動一般給出功率譜密度與頻率之間的關系曲線，如圖2所示，根據該曲線及相關計算公式即可計算出加速度均方根值。

    加速度均方根值，也稱為有效值或RMS值，由曲線下總面積的和經過開根號運算得到，用以下公式表示：

 

式中，A1為升譜線所含面積，A2為平直譜曲線所含面積，A3為降譜曲線所含面積，圖譜曲線所含面積通過譜密度函數在頻率上進行積分算出。

 

試驗推力計算公式：

式中，F為推力(N)，m0為振動臺運動部分有效質量(KG)；m1為輔助臺面質量(KG)；m2為試樣(包括夾具、安裝螺釘)質量(KG)；G為試驗加速度。

 

位移的計算公式：

    準確的方法應該找出位移譜密度曲線，計算出均方根位移值，再用均方根位移算出最大峰值位移，在工程上往往只要估計一個大概的值，這里介紹一個簡單的估算公式，通過估算的值比實際要大。

式中，Xp-p為最大峰峰位移(mm)，f0為下限頻率(Hz)；W0為下限頻率(f0)處的功率譜密度值(g^2/Hz)。

 

隔振器在隨機振動中的作用

車輛上的一些電子元件或對振動比較敏感的部件，一般都要使用隔振器，而隨機振動通常是這類應用中必不可少的振動考核標準，通常是用來評價隔振器的耐久和抗振性能，同時對設備起到隔振保護的作用。橡膠隔振器本質上是阻尼器和彈簧的結合體，橡膠的阻尼通常可以達到鋼結構阻尼的10倍以上，使用隔振器可以明顯降低傳遞到設備上的振動加速度幅值。另一方面橡膠隔振器的彈性好，剛度低，可以降低系統的固有頻率，使得大部分頻率下的振動都能被隔離，從而降低傳遞到設備上的振動能量，起到保護設備的目的。

圖4  隔振器典型的隨機振動響應曲線

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