前文介紹了電子設備振動環(huán)境試驗概念,以及幾種主要試驗類型、試驗條件的修正、試驗過程中一些注意事項和試驗方法等。
電子設備振動環(huán)境試驗(2) —— 振動環(huán)境試驗類型
電子設備振動環(huán)境試驗(3) ——振動臺試驗系統(tǒng)
電子設備振動環(huán)境試驗(4) ——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
電子設備振動環(huán)境試驗(9) —— 主要試驗參數(shù)計算
電子設備振動環(huán)境試驗(10) —— 試驗條件修正
電子設備振動環(huán)境試驗(11) —— 試驗中相關注意事項
電子設備振動環(huán)境試驗(12) —— 振動試驗方法
本文將對振動試驗的邊界和界面等問題開展相關探討。
試驗邊界條件
在仿真分析中,誤差和錯誤的來源主要包括數(shù)學模型(及其算法)、幾何模型、參數(shù)、載荷和邊界條件等。
仿真分析中的誤差
在真實的試驗中,數(shù)學模型(及其算法)、幾何模型、參數(shù)一般不作為誤差來源(不考慮替代模型的等效試驗);載荷帶來的誤差系列文章中多次提到,主要和加載規(guī)范以及試驗目的有關;邊界條件引起的誤差前文較少涉及,只討論過邊界引起的過試驗。
電子設備振動環(huán)境試驗(10) —— 試驗條件修正
本文主要討論振動試驗的邊界和界面對試驗的影響。
系統(tǒng)與分系統(tǒng)
振動試驗中的邊界和界面問題,很大一部分是源于系統(tǒng)與分系統(tǒng)的界面問題。
在系統(tǒng)工程中,我們會將一個復雜系統(tǒng)分解為類似系統(tǒng)-分系統(tǒng)-組件-元器件等層級;各個層級對自己的產(chǎn)品負責;總體單位負責系統(tǒng)拆分和集成。在這個過程中,根據(jù)經(jīng)驗,盡可能將各個層級間解耦;然而對于動力學系統(tǒng)而言,解耦往往是非常困難的。
由于設備的真實邊界,通常都是有限剛度的;而在振動試驗中,其邊界大多采用剛度近似無窮的固定邊界;當激勵頻率與被測設備達到共振時,往往會帶來極大的過試驗?,F(xiàn)實中,設備達到共振時,會出現(xiàn)動力吸振效應,輸入能量會下降;而振動臺上,由于邊界剛度近似無窮大,設備輸入的能量被放大很多,引起過試驗。
對于這類問題,通常有以下幾種處理方法:
在一些標準里,會推薦采用接近實際連接剛度的夾具去模擬連接關系;不過這種方式實現(xiàn)很困難,同時也會帶來其他問題;相反,在大多數(shù)標準里,要求夾具的剛度盡可能的高,條件允許情況下要求系統(tǒng)基頻高于加載的1.5倍,至少也需要達到被測設備基頻的1.5倍以上;在這種情況下,試驗邊界的問題可能會非常突出;
通過對輸入條件修正,在共振點進行下凹處理,系列文章中多次提到這種方法;
通過對被測設備關鍵部位進行限幅;這類處理方法實際上并未解決試驗過程中的邊界或者加載問題,更大程度上屬于對設備保護的一種控制方式;
通過力限控制實現(xiàn)更真實的加載;受限于設備的能力和相關規(guī)范發(fā)展,這類處理方法目前應用較少,未來可能在一些行業(yè)中會得到進一步推廣;
對于平臺-組合-器件系統(tǒng),理想的系統(tǒng)層級關系包括:
平臺相對于組合質量較大,組合相對于器件質量較大;
組合基頻是平臺系統(tǒng)的2倍以上,器件基頻是組合系統(tǒng)的2倍以上;
對于這類系統(tǒng),振動試驗在低頻段幾乎不存在邊界和界面問題。然而,對于大多數(shù)系統(tǒng),要滿足上述條件,在技術和代價等因素條件下,幾乎是不可能的。
尤其對于分系統(tǒng)質量相對較大的系統(tǒng),界面問題給設計和試驗帶來了巨大的困難,目前也沒有統(tǒng)一的解決方法。
系統(tǒng)與分系統(tǒng)中邊界和界面問題,不僅僅是技術上的困難,底層邏輯難點在于分工和研制生產(chǎn)模式,這里不進一步展開討論。
當被測設備帶有減震器時,理想條件下帶減震器參與振動試驗。
如果由于各種原因減震器無法參與試驗,則需要對試驗條件進行修正和評估:
評估減震器引起的頻率變化、阻尼影響,以及在不同頻段的試驗量級;
尤其要關注減震器的非線性問題;
減震器本身的抗振動能力;
最后
本文對振動試驗的邊界和界面等問題進行了簡單的探討。
振動試驗有非常多的內涵,是現(xiàn)代工業(yè)的重要環(huán)節(jié)。作者水平有限,系列文章只能介紹一些簡單理論和基礎經(jīng)驗;設計師還需要通過結合不同行業(yè)的經(jīng)驗、案例和標準提升對振動試驗的認知。