寬帶振動的案例
定頻正弦振動與寬帶隨機振動疊加計算的思路
最近看文獻的過程中發現一種將定頻正弦振動與寬帶隨機振動疊加計算考察架構疲勞強度的方式，供大家參考。
主要思路是按照能量相等的原則，將定頻的正弦振動轉化為窄帶的隨機振動分量，再與寬帶隨機振動分量進行疊加就得到了窄帶+寬帶的隨機振動功率譜密度函數，這樣就可以直接輸入CAE軟件進行基于PSD的隨機振動分析了，對結果也無需再進行處理。
下面給出了轉換前后的載荷示意：
轉換的公式如下：
以上供大家參考，所有內容皆引用自文獻：李兵強等: 直升機振動譜線在仿真分析中的轉化方法研究 ，如有侵權請聯系我刪除，多謝。
展開 科研分享 | 分布振子梁模態阻尼比的計算方法及其寬頻減振應用
背景
寬帶振動涉及很多領域，如車輛工程、航空工程、土木工程等。如圖1所示在相關領域中需要控制1~80Hz的全身振動舒適度，以及20~500Hz的結構固體噪聲（structural-borne noise）。當頻率較高時振動模態更為密集、波長更短，采用分布式振子是相關控制技術的一個基本特征。相關研究包括包括多調諧質量阻尼器（MTMD）、分布式多調諧質量阻尼器（DMTMD），局域共振超材料或超結構等。
『分享』空空導彈可靠性試驗振動應力研究
摘要空空導彈的掛飛振動應力是影響其可靠性的重要因素，導彈的掛飛振動主要由導彈周圍的氣動擾流引起。
通過分析導彈周圍的氣動擾流特性，并引用國內外空空導彈的掛飛振動實測數據，指出了GJB899中對整彈掛飛振
動要求的不合理之處。并建議整彈可靠性試驗中的掛飛振動應采用2O～2 000 Hz的寬帶隨機振動．且導彈頭部振
動量級應比導彈尾部的振動量級低3～6 dB．這樣才能真實地模擬氣動擾流引起的振動效應。實踐表明，采用該研
究成果的實驗室試驗結果與空中掛飛試驗結果相近。
關鍵詞 可靠性振動 功率譜密度掛飛參考應力
空空導彈可靠性試驗振動應力研究.pdf
展開 時域沖擊特征在機械故障診斷中的意義01
從振動信號的高頻段，使用包絡檢波的方法，很容易能夠提取到軸承的故障特征頻率，目前也是業內最常用的方法，準確性也非常高，完全滿足工業界的需求。
第三階段：中低頻階段
隨著軸承損傷的進一步加劇，沖擊能量更高，足以激發軸承座，甚至是主結構的固有振動，該頻率分布可能為幾百赫茲，甚至可以達到幾十赫茲。所以在中低頻段，使用包絡檢波的方法，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能明顯的提取到軸承故障頻率，說明軸承損傷已經到了第三階段，算是比較嚴重的階段了，這個時候，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，沖擊發生時間很密集，沖擊能量分布在全頻帶范圍內，時域信號上完全看不出明顯的沖擊特性，表現為寬帶隨機振動。此時已經無法從頻域內提取到軸承故障特征，振動量級很大，在此階段耽誤了軸承更換，可能會釀成更大的事故。
可以發現，經典的視角是從頻域看軸承失效的四個階段。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，第三階段是強烈沖擊階段，第四階段為全面沖擊階段。其實，不同階段的不同頻域表現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更深入的角度，所以也蘊含了更多的可能性，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，因為從沖擊角度看待故障是更本質的。所以既可以從頻域來研究沖擊特性，也可以從時域來研究沖擊特性。在頻域研究沖擊特性的局限在于，當沖擊來源比較豐富，工況比較復雜（比如變負載變轉速），尤其是轉速很低的情況下，頻域方法（一般是指包絡法）往往無法有效識別故障，更加不能指示故障位置。
展開 
關于隨機振動試驗的探討 附隨機振動試驗應用技術胡志強下載
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)。
展開 頻域振動疲勞計算的最新技術（二）
頻域振動疲勞計算的最新技術（二）
MSC Nastran的頻域振動疲勞壽命預測(NEVF)的工程應用
概述
在《振動疲勞計算的最新技術（一）》里，我們比較了準靜態、時域振動和頻域振動三種疲勞損傷計算方法以及它們的適用范圍， 并介紹了MSC
Nastran最新推出的頻域振動疲勞壽命預測(NEVF)的功能及其技術突破與優勢。本文介紹MSC
Nastran的頻域振動疲勞壽命預測(NEVF)的實際工程應用。
北美商用車發動機生產巨頭納威司達（Navistar）公司利用NEVF對某裝在冷卻模塊頂部的散熱器托架進行了疲勞損傷和壽命計算，該托架承受載荷是正弦掃描和振動臺隨機的組合載荷。納威司達公司在2017年6月瑞典斯德歌爾摩召開的
NAFEMS 國際會議上發表了其研究結果。這個應用案例具有普遍性，其它行業可以借鑒和參考。
正弦掃描 + 隨機振動的疲勞分析（納威司達（Navistar），Ramesh Gannamani）[1]
20世紀80年代已經出現有效計算寬帶隨機振動的方法，而且商業軟件（比如MSC Nastran）中提供了應力響應的功率普密度計算功能，也有了時間歷程的雨流計數法以及疲勞損傷的預測手段。但是在日常的開發設計中，仍然存在一些問題和局限。
首先，對于大型計算模型，為了進行疲勞分析，必須生成和儲存應力傳遞函數，這些文件非常龐大。作為一種后處理的疲勞壽命計算，對于大型計算模型來說很困難。另外，不能實現隨機載荷與確定載荷的組合也是一個實際的瓶頸，而類似MILHDBK-810G的標準環境測試普遍需要該項功能（圖1）。幸運的是MSC
Nastran最新推出的頻域振動疲勞壽命預測(NEVF)能夠很好地克服這個瓶頸。
展開 可靠性工程師應該了解的振動試驗基礎知識 附工程振動基礎下載
載荷識別也叫環境預測，它可為分析系統的動力響應和振動原因等提供數據。大型結構承受的載荷非常復雜，很難直接測定，但可以通過結構的響應信號和系統已知的數學模型來反推系統承受的載荷，再根據各種工況下得出的數據進行統計和綜合，最終得到載荷譜。振源的性質和傳播途徑可以用功率譜分析或相關分析方法得出。
振動環境試驗
為了了解產品的耐振壽命和性能指標的穩定性，錄找可能引起破壞或失效的薄弱環節，對系統在模擬實際環境的振動、沖擊條件下進行的考核試驗。定型產品的試驗規范通常已經標準化，新產品要制定合適的試驗方法。
試驗方法分兩大類：
①標準試驗,包括耐預定頻率試驗、耐共振試驗、正弦掃描試驗、寬帶隨機振動試驗、沖擊試驗、聲振試驗和運輸試驗等；
②非標準試驗，包括瞬態波形振動試驗、窄帶隨機振動試驗、隨機波再現試驗、正弦波和隨機波混合試驗等。
振動試驗數據處理和分析
試驗得到的大量原始數據必須經過各種處理，才能作為工程設計計算的依據資料。試驗的原始記錄數據是參量的時間歷程（位移、速度或加速度等量值同時間的關系），通過直觀分析可將數據分為瞬態的、周期的、隨機或非隨機持續非周期的三種，進而在時域（包括時差域，即自變量為兩信號的時間差）、頻域和幅值域三大域中進行統計分析、相關分析和譜分析，從而得到表征時間歷程特征的各種函數。處理方法可分為模擬量處理法和數字量處理法。前者設備簡單，但精度較差，處理時間長；后者需將原始記錄的模擬量變換為數字量后用數字計算機處理，由于精度很高，速度極快，所以隨著各種功能齊全的專用數據處理機（如快速傅里葉分析儀）的出現，數字量處理法已逐漸取代了模擬量處理法。
下載地址：工程振動基礎
展開 【OptiStruct要領】掃頻/定頻疲勞以及隨機振動疲勞
而所有循環次數NT定義為：
當隨機過程為寬帶隨機過程時，
當隨機過程為窄帶隨機過程時，也可以用下方公式來表征：
E(0+)：單位時間內零點正穿越次數
E(P)：單位時間內的應力峰值次數
在?Si 范圍內我們可以通過SN曲線得到其壽命 ,記為那么易知，結構在隨機振動的作用下，其壽命為
然而時域法對信號要求較高.需要信號有據夠長的歷程,計算量也較大，所以通常計算隨機振動疲勞都是用的頻域法(OptiStruct中用的也是頻域法),即通過應力的功率譜密度函數（PSD）的統計學特性直接構建應力分布概率密度函數(PDF)（紅線）。
從PSD曲線構建PDF曲線的方法有很多種,包括，包括Rice模型、Bendat模型、Wirsching和Lisht修正模型、Dirlik模型、Zhao和Baker模型等。多數模型都有其適用范圍.比如通常認為最優的Dirlik模型適用于寬帶隨機過程。
在OptiStruct中,主要提供了4種模型: DIRLIK, LALANNE, NARROW, and THREE
1.DIRILIK
其中S是應力范圍;?是不規則因子(下同),是描述不同譜型的常用參數,研究發現這些統計參數可以用功率譜的n階慣性矩函數
(下同)描述.不規則因子是指時域信號零點正穿越均值次數(E(0+))和樣本峰值次數(E(P))的比值。
Dirlik方法是寬帶隨機振動壽命估計種應用最多和最準確的,通過蒙特卡洛技術做了大量的計算機模擬，得出頻域信號疲勞分析法的經驗閉合解。
2.LALANNE
適用于寬度隨機過程。
3.NARROW
適用于窄帶隨機過程。
展開 【機械】| 機械振動的分類及工程中的振動問題
自激振動
振動控制
自激振動中有機床切削過程的自振、低速運動部件的爬行、滑動軸承油膜振蕩、傳動帶的橫向振動、液壓隨振系統的自振。這些對各類機械及生產過程都是一種危害，應加以控制。
振動利用
蒸汽機、液壓氣動碎石機均為自激振動運用實例。
3.不平衡慣性力
振動控制
旋轉機械和往復機械產生振動的原因，都是由于不平衡慣性力所引起的。為減小機械振動。
振動利用
慣性振動機械就是依靠偏心質量回轉時所產生的離心力為振源。
4.振動的傳遞
振動控制
為減小外部振動對機械設備的影響或機械設備的振動對周圍環境的影響，可配置各類減震器進行隔振、減振和消振。
振動利用
彈性連桿式激振器就是將曲柄連桿形成的往復運動，通過連桿彈簧傳遞給振動體。
5. 非線性振動
振動控制
在減振器設計中設計的摩擦阻尼器粘彈性阻尼器均為非線性阻尼器。自激振動系統和沖擊振動系統也都是非線性振動系統。實際上客觀存在的振動系統都是非線性振動問題，只是某些系統的非線性較弱，作為線性問題處理罷了。
振動利用
振動利用類問題都是利用振動系統的非線性特性工作的，例如振動傳輸類振動機。
6. 沖擊振動
振動控制
當機械設備和基礎受到沖擊作用時，常常需要校核系統對沖擊的相應，必要時采取隔振措施。
振動利用
沖擊類振動機實際上可以轉化為非線性振動問題加以處理。
7. 隨機振動(振動利用)
隨機振動的隔振和減振與確定性振動的隔離和消振有兩點重要區別：一是隨機振動的隔振和減振只能用數理統計的方法；二是對寬帶隨機振動的隔離措施已經失效，只能采取阻尼減振。
8.
展開 振動控制試驗
圖13 正弦拍波試驗
6 總結
振動控制儀廣泛應用于航空航天、兵器、船舶、汽車、家電、電子等眾多領域，用于鑒定考核產品的耐振及使用壽命情況。漢航H18高精度控制儀可用于從4到數百個輸入通道的振動控制試驗，其緊湊、堅固、低功耗設計，使得漢航H18具有良好的環境適應性，可在惡劣的環境下使用，確保試驗的安全性和可靠性！
漢航高精度的硬件匹配功能強大的振動控制軟件，將會使測試效果更臻完美！漢航NTS.LAB VCS振動控制模塊，可提供共振搜索與駐留、正弦掃頻、正弦拍波、寬帶隨機、經典沖擊、沖擊響應譜、混合模式（寬帶隨機+窄帶隨機、寬帶隨機+正弦、寬帶隨機+窄帶隨機+正弦）等試驗模塊，涵蓋了環境可靠性試驗的各個標準，此外，漢航NTS.LAB振動控制軟件操作界面從工程應用和工程師視角出發，界面力求簡潔、專業，操作簡便快捷。
展開 飛機結構振動疲勞問題 附結構疲勞壽命分析姚衛星下載
王明珠等人提出了一種結構隨機振動疲勞壽命估算的樣本法，通過該樣本法能夠處理在頻域內利用譜密度描述的寬帶隨機振動載荷的情況。張積亭等人提出了一種隨機振動疲勞壽命預計的簡便數據處理方法，該方法將隨機響應功率譜密度求出的特征頻率作為平均頻率進行數據處理。安剛等人根據自相關函數的極限性獲得結構響應應力的統計特性，然后進行疲勞壽命分析。吳啟鶴等人根據給出的方法從隨機載荷歷程的功率譜密度 (PSD) 中求得載荷幅值的概率分布函數，然后應用累積損傷理論估算結構振動疲勞壽命。王長武等對機載設備進行了隨機振動疲勞壽命的仿真分析。
周敏亮等人對國內外幾十年來形成的主要的振動疲勞分析方法進行了歸納整理，為飛機設計和維修提供振動疲勞的設計與分析技術支持文獻。黃超廣等人提出了一種正弦激振載荷作用下結構的疲勞壽命估算方法，并應用Visual Fortran6.5程序平臺開發出相應的振動疲勞分析程序。王榮乾在學位論文中基于模態分析理論、隨機振動理論和隨機疲勞理論，利用有限元對新舊機柜上電子設備的動態性能和機柜的疲勞性能分別進行了計算分析。
除此之外，還對振動疲勞強度問題開展了大量的其它相關研究。陸榕海等人針對發動機渦輪葉片的振動及振動疲勞破壞進行了理論分析，結果表明葉片的抗振動疲勞的能力主要取決于材料性質及葉片的形式、表面狀態，與靜強度無關。研究了裝備中的小口徑管道的振動疲勞問題。利用有限元法，基于功率譜密度函數，在頻域內分析了隨機振動載荷作用下的疲勞破壞。另外，還有很多研究人員分別從不同的角度研究了振動疲勞強度各個方面的問題。
2. 立項依據與研究意義
疲勞 (Fatigue) 是指結構的材料、零件和構件在循環載荷作用下，在某點或某些點產生局部的永久性損傷，并在一定循環次數后形成裂紋，并使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現象。
展開 
新品速遞|漢航發布小型振動控制儀H18
憑藉扎實的理論基礎和豐富的工程實踐，漢航推出業界最小的手掌大小尺寸高精度振動控制儀--漢航H18，下一步漢航將推出火柴盒尺寸控制儀，使得振動控制儀的使用不再局限于試驗室內的電磁或液壓振動臺閉環控制，同時使得系統某些關鍵部位的在線式主動振動控制和隨動姿態控制成為可能。
精度與可靠性并舉
控制電磁振動臺、液壓臺、壓電激振器
從實驗室到現場，控制無處不在
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什么是振動控制試驗
振動控制試驗，一般也被稱為環境試驗或者環境模擬試驗，旨在通過模擬產品真實環境中的振動，來對產品的可靠性進行評估。藉由該測試，工程師能夠對產品的耐振壽命和性能指標有一個全面的認識，找出有可能導致損壞或失效的薄弱環節，從而進行升級、改進，使得產品綜合性能指標更為突出。現如今，環境可靠性試驗作為產品質量認證過程中不可或缺的環節，且隨著振動控制試驗的廣泛應用，其試驗規范也愈加標準化。當前應用最為廣泛的是GJB150或MIL810H等試驗標準，這些標準對共振定頻、正弦掃頻、正弦拍波、寬帶隨機、經典沖擊、沖擊響應譜、聲學控制、混合模式（寬帶隨機+窄帶隨機、寬帶隨機+正弦、寬帶隨機+窄帶隨機+正弦）等試驗進行了規定。
展開 滾動軸承故障振動處理方法
軸承在不同的階段所表現出來的振動特性是不相同的，對于最早期的超聲階段，由于振動能量不高，特征不明顯，而在故障后期軸承失效接近尾聲時，軸承的故障特征頻率和固有頻率會被隨機寬帶高頻“振動噪聲”所淹沒。因此，滾動軸承故障振動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。
對于普通的振動信號，我們主要從時域和頻域來進行相應的處理。對于軸承故障振動信號的處理而言，也離不開時域與頻域的處理方法。但除此之外，還有高級的信號處理方法，如包絡分析。
對滾動軸承振動信號進行分析的第一步是要獲得能提取到有用信息的時域數據，因此，這涉及到兩個方面：數據的采樣頻率與測量位置。
滾動軸承表面局部缺陷所產生的沖擊性振動，是從接觸點出發呈半球形波面向外傳遞的。在信號傳遞路徑上，如果遇到材料的轉折、尖角或兩個配合面時，由于波的折射和反射將引起很大的能量損耗。因此，通常為了減少能量損耗，測量位置通常是軸承座的垂直與水平方向。
由于滾動軸承沖擊作用時間極短，以及沖擊的時間間隔也短，因此，要表征這些極短時間內的信號，需要極高的采樣頻率。另一方面，故障早期激勵起的軸承固有頻率也位于高頻區。故，對于軸承故障振動信號而言，通常采樣頻率可能要達到100kHz。
對于軸承的故障判斷而言，通常不是一次檢測就可以判斷故障的，而更多的是定期檢測或長期監測，對比各類信號，以便對故障做出正確的預報。
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頻率范圍選擇
滾動軸承故障發生要經歷四個階段，第一階段屬于超聲階段，頻率非常高，頻譜圖中除了轉頻及其倍頻，并無明顯的故障頻率。第二階段主要是時間極短的脈沖激勵起滾動軸承各部件的固有頻率階段，這個階段對應的頻率也高，但低于第一階段。第三階段是出現少量局部缺陷，頻譜圖中存在明顯的故障特征頻率。
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