寬帶振動(dòng)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-04-11
寬帶振動(dòng)的實(shí)例教程
最近看文獻(xiàn)的過程中發(fā)現(xiàn)一種將定頻正弦振動(dòng)與寬帶隨機(jī)振動(dòng)疊加計(jì)算考察架構(gòu)疲勞強(qiáng)度的方式，供大家參考。
主要思路是按照能量相等的原則，將定頻的正弦振動(dòng)轉(zhuǎn)化為窄帶的隨機(jī)振動(dòng)分量，再與寬帶隨機(jī)振動(dòng)分量進(jìn)行疊加就得到了窄帶+寬帶的隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度函數(shù)，這樣就可以直接輸入CAE軟件進(jìn)行基于PSD的隨機(jī)振動(dòng)分析了，對(duì)結(jié)果也無需再進(jìn)行處理。
下面給出了轉(zhuǎn)換前后的載荷示意：
轉(zhuǎn)換的公式如下：
以上供大家參考，所有內(nèi)容皆引用自文獻(xiàn)：李兵強(qiáng)等: 直升機(jī)振動(dòng)譜線在仿真分析中的轉(zhuǎn)化方法研究 ，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我刪除，多謝。
展開 背景
寬帶振動(dòng)涉及很多領(lǐng)域，如車輛工程、航空工程、土木工程等。如圖1所示在相關(guān)領(lǐng)域中需要控制1~80Hz的全身振動(dòng)舒適度，以及20~500Hz的結(jié)構(gòu)固體噪聲（structural-borne noise）。當(dāng)頻率較高時(shí)振動(dòng)模態(tài)更為密集、波長(zhǎng)更短，采用分布式振子是相關(guān)控制技術(shù)的一個(gè)基本特征。相關(guān)研究包括包括多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（MTMD）、分布式多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（DMTMD），局域共振超材料或超結(jié)構(gòu)等。
摘要空空導(dǎo)彈的掛飛振動(dòng)應(yīng)力是影響其可靠性的重要因素，導(dǎo)彈的掛飛振動(dòng)主要由導(dǎo)彈周圍的氣動(dòng)擾流引起。
通過分析導(dǎo)彈周圍的氣動(dòng)擾流特性，并引用國(guó)內(nèi)外空空導(dǎo)彈的掛飛振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，指出了GJB899中對(duì)整彈掛飛振
動(dòng)要求的不合理之處。并建議整彈可靠性試驗(yàn)中的掛飛振動(dòng)應(yīng)采用2O～2 000 Hz的寬帶隨機(jī)振動(dòng)．且導(dǎo)彈頭部振
動(dòng)量級(jí)應(yīng)比導(dǎo)彈尾部的振動(dòng)量級(jí)低3～6 dB．這樣才能真實(shí)地模擬氣動(dòng)擾流引起的振動(dòng)效應(yīng)。實(shí)踐表明，采用該研
究成果的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果與空中掛飛試驗(yàn)結(jié)果相近。
關(guān)鍵詞 可靠性振動(dòng) 功率譜密度掛飛參考應(yīng)力
空空導(dǎo)彈可靠性試驗(yàn)振動(dòng)應(yīng)力研究.pdf
展開 從振動(dòng)信號(hào)的高頻段，使用包絡(luò)檢波的方法，很容易能夠提取到軸承的故障特征頻率，目前也是業(yè)內(nèi)最常用的方法，準(zhǔn)確性也非常高，完全滿足工業(yè)界的需求。
第三階段：中低頻階段
隨著軸承損傷的進(jìn)一步加劇，沖擊能量更高，足以激發(fā)軸承座，甚至是主結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)，該頻率分布可能為幾百赫茲，甚至可以達(dá)到幾十赫茲。所以在中低頻段，使用包絡(luò)檢波的方法，也能夠提取到明顯的軸承故障特征頻率。換句話說，如果從中低頻范圍內(nèi)能明顯的提取到軸承故障頻率，說明軸承損傷已經(jīng)到了第三階段，算是比較嚴(yán)重的階段了，這個(gè)時(shí)候，可以安排軸承的更換了。
第四階段：全頻階段
還是隨著軸承損傷的更一步加劇，沖擊能量更大，沖擊發(fā)生時(shí)間很密集，沖擊能量分布在全頻帶范圍內(nèi)，時(shí)域信號(hào)上完全看不出明顯的沖擊特性，表現(xiàn)為寬帶隨機(jī)振動(dòng)。此時(shí)已經(jīng)無法從頻域內(nèi)提取到軸承故障特征，振動(dòng)量級(jí)很大，在此階段耽誤了軸承更換，可能會(huì)釀成更大的事故。
可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典的視角是從頻域看軸承失效的四個(gè)階段。但從筆者的敘述中，也可以從沖擊的視角看，第一階段是微弱沖擊階段，第二階段是中等沖擊階段，第三階段是強(qiáng)烈沖擊階段，第四階段為全面沖擊階段。其實(shí)，不同階段的不同頻域表現(xiàn)正是不同程度的沖擊決定的，從沖擊角度看軸承失效是更本質(zhì)更深入的角度，所以也蘊(yùn)含了更多的可能性，更多的方法以及更多的自由度！
02從沖擊角度診斷故障的局限
如上文所述，因?yàn)閺臎_擊角度看待故障是更本質(zhì)的。所以既可以從頻域來研究沖擊特性，也可以從時(shí)域來研究沖擊特性。在頻域研究沖擊特性的局限在于，當(dāng)沖擊來源比較豐富，工況比較復(fù)雜（比如變負(fù)載變轉(zhuǎn)速），尤其是轉(zhuǎn)速很低的情況下，頻域方法（一般是指包絡(luò)法）往往無法有效識(shí)別故障，更加不能指示故障位置。
展開 最大位移：隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，從振動(dòng)條件上看不出隨機(jī)振動(dòng)的最大位移，而其值也是不確定的，因此有必要在實(shí)驗(yàn)前估算最大位移，避免因超過行程而損壞振動(dòng)臺(tái)。
加速度均方根值：它是表征隨機(jī)振動(dòng)總能量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。
頻率范圍：目前電磁振動(dòng)臺(tái)的頻率多數(shù)可以達(dá)到3000HZ~5000HZ，基本可以滿足絕大部分試驗(yàn)要求。
圖3 常用的隨機(jī)振動(dòng)臺(tái)
隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)的估算
目前隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)采用最多的是寬帶隨機(jī)振動(dòng)，根據(jù)試驗(yàn)樣品給出的振動(dòng)要求計(jì)算試驗(yàn)量值，通過與振動(dòng)臺(tái)的極限值進(jìn)行對(duì)比，估算試驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行。隨機(jī)振動(dòng)一般給出功率譜密度與頻率之間的關(guān)系曲線，如圖2所示，根據(jù)該曲線及相關(guān)計(jì)算公式即可計(jì)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(jīng)過開根號(hào)運(yùn)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(shù)在頻率上進(jìn)行積分算出。
試驗(yàn)推力計(jì)算公式：
式中，F(xiàn)為推力(N)，m0為振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分有效質(zhì)量(KG)；m1為輔助臺(tái)面質(zhì)量(KG)；m2為試樣(包括夾具、安裝螺釘)質(zhì)量(KG)；G為試驗(yàn)加速度。
位移的計(jì)算公式：
準(zhǔn)確的方法應(yīng)該找出位移譜密度曲線，計(jì)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(jì)一個(gè)大概的值，這里介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的估算公式，通過估算的值比實(shí)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)。
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寬帶振動(dòng)的最新內(nèi)容
混合模式振動(dòng)的特征是寬帶隨機(jī)振動(dòng)與高量級(jí)窄帶隨機(jī)振動(dòng)或正弦振動(dòng)的疊加。
寬帶隨機(jī)+正弦：模擬如發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)環(huán)境，可以同時(shí)具有正弦周期激勵(lì)和隨機(jī)激勵(lì)。
混合模式振動(dòng)的特征是寬帶隨機(jī)振動(dòng)與高量級(jí)窄帶隨機(jī)振動(dòng)或正弦振動(dòng)的疊加。
寬帶隨機(jī)+正弦：模擬如發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)環(huán)境，可以同時(shí)具有正弦周期激勵(lì)和隨機(jī)激勵(lì)。
試驗(yàn)方法分兩大類：
①標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn),包括耐預(yù)定頻率試驗(yàn)、耐共振試驗(yàn)、正弦掃描試驗(yàn)、寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、聲振試驗(yàn)和運(yùn)輸試驗(yàn)等；
②非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，包括瞬態(tài)波形振動(dòng)試驗(yàn)、窄帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、隨機(jī)波再現(xiàn)試驗(yàn)、正弦波和隨機(jī)波混合試驗(yàn)等。
振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析
試驗(yàn)得到的大量原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過各種處理，才能作為工程設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)資料。
圖3 常用的隨機(jī)振動(dòng)臺(tái)
隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)的估算
目前隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)采用最多的是寬帶隨機(jī)振動(dòng)，根據(jù)試驗(yàn)樣品給出的振動(dòng)要求計(jì)算試驗(yàn)量值，通過與振動(dòng)臺(tái)的極限值進(jìn)行對(duì)比，估算試驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行。隨機(jī)振動(dòng)一般給出功率譜密度與頻率之間的關(guān)系曲線，如圖2所示，根據(jù)該曲線及相關(guān)計(jì)算公式即可計(jì)算出加速度均方根值。
王明珠等人提出了一種結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命估算的樣本法，通過該樣本法能夠處理在頻域內(nèi)利用譜密度描述的寬帶隨機(jī)振動(dòng)載荷的情況。張積亭等人提出了一種隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命預(yù)計(jì)的簡(jiǎn)便數(shù)據(jù)處理方法，該方法將隨機(jī)響應(yīng)功率譜密度求出的特征頻率作為平均頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。安剛等人根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的極限性獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)特性，然后進(jìn)行疲勞壽命分析。
背景
寬帶振動(dòng)涉及很多領(lǐng)域
最近看文獻(xiàn)的過程中發(fā)現(xiàn)一種將定頻正弦振動(dòng)與寬帶隨機(jī)振動(dòng)疊加計(jì)算考察架構(gòu)疲勞強(qiáng)度的方式，供大家參考。
主要思路是按照能量相等的原則，將定頻的正弦振動(dòng)轉(zhuǎn)化為窄帶的隨機(jī)振動(dòng)分量，再與寬帶隨機(jī)振動(dòng)分量進(jìn)行疊加就得到了窄帶+寬帶的隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度函數(shù)，這樣就可以直接輸入CAE軟件進(jìn)行基于PSD的隨機(jī)振動(dòng)分析了，對(duì)結(jié)果也無需再進(jìn)行處理。
第四階段：全頻階段
還是隨著軸承損傷的更一步加劇，沖擊能量更大，沖擊發(fā)生時(shí)間很密集，沖擊能量分布在全頻帶范圍內(nèi)，時(shí)域信號(hào)上完全看不出明顯的沖擊特性，表現(xiàn)為寬帶隨機(jī)振動(dòng)。此時(shí)已經(jīng)無法從頻域內(nèi)提取到軸承故障特征，振動(dòng)量級(jí)很大，在此階段耽誤了軸承更換，可能會(huì)釀成更大的事故。
可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典的視角是從頻域看軸承失效的四個(gè)階段。
Dirlik方法是寬帶隨機(jī)振動(dòng)壽命估計(jì)種應(yīng)用最多和最準(zhǔn)確的,通過蒙特卡洛技術(shù)做了大量的計(jì)算機(jī)模擬，得出頻域信號(hào)疲勞分析法的經(jīng)驗(yàn)閉合解。
2.LALANNE
適用于寬度隨機(jī)過程。
3.NARROW
適用于窄帶隨機(jī)過程。
軸承在不同的階段所表現(xiàn)出來的振動(dòng)特性是不相同的，對(duì)于最早期的超聲階段，由于振動(dòng)能量不高，特征不明顯，而在故障后期軸承失效接近尾聲時(shí)，軸承的故障特征頻率和固有頻率會(huì)被隨機(jī)寬帶高頻“振動(dòng)噪聲”所淹沒。因此，滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)處理方法更多集中在第二和第三階段，即固有頻率階段和故障特征頻率階段。
對(duì)于普通的振動(dòng)信號(hào)，我們主要從時(shí)域和頻域來進(jìn)行相應(yīng)的處理。
