振動、沖擊環(huán)境與試驗

第1章 緒 論 ………………………………………………………………………………… 1
1.1 振動、沖擊環(huán)境與試驗的目的……………………………………………………… 1
1.2 振動、沖擊環(huán)境與試驗的內(nèi)容……………………………………………………… 1
1.3 發(fā)展與展望………………………………………………………………………… 4
第2章 振動環(huán)境描述………………………………………………………………………… 5
2.1 概 述……………………………………………………………………………… 5
2.2 周期振動…………………………………………………………………………… 6
2.2.1 正弦振動……………………………………………………………………… 6
2.2.2 復雜周期振動………………………………………………………………… 7
2.3 非周期振動………………………………………………………………………… 10
2.3.1 準周期振動…………………………………………………………………… 10
2.3.2 瞬態(tài)振動……………………………………………………………………… 11
2.4 隨機振動的基本特性……………………………………………………………… 12
2.4.1 平穩(wěn)的隨機振動……………………………………………………………… 13
2.4.2 隨機振動基本統(tǒng)計特性描述………………………………………………… 14
2.5 自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)………………………………………………………… 17
2.5.1 相關(guān)的概念…………………………………………………………………… 17
2.5.2 自相關(guān)函數(shù)…………………………………………………………………… 18
2.5.3 互相關(guān)函數(shù)…………………………………………………………………… 20
2.6 自功率譜密度與互功率譜密度…………………………………………………… 22
2.6.1 自功率譜密度的定義與性質(zhì)………………………………………………… 22
2.6.2 自功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系………………………………………… 23
2.6.3 互功率譜密度………………………………………………………………… 25
2.6.4 相干函數(shù)……………………………………………………………………… 27
2.7 自功率譜密度的統(tǒng)計誤差及概率分布…………………………………………… 27
2.7.1 自功率譜密度的統(tǒng)計誤差…………………………………………………… 27
2.7.2 自功率譜密度的概率分布…………………………………………………… 29
習 題………………………………………………………………………………… 33
第3章 振動系統(tǒng)響應……………………………………………………………………… 34
3.1 振動系統(tǒng)分類及描述……………………………………………………………… 34
3.1.1 振動系統(tǒng)分類……………………………………………………………… 34
3.1.2 振動形式分類………………………………………………………………… 35
3.1.3 研究方法……………………………………………………………………… 36
3.2 單自由度線性系統(tǒng)振動…………………………………………………………… 37
3.2.1 單自由度系統(tǒng)振動方程……………………………………………………… 37
3.2.2 單自由度無阻尼系統(tǒng)的自由振動…………………………………………… 37
3.2.3 單自由度有阻尼系統(tǒng)的自由振動…………………………………………… 39
3.2.4 單自由度系統(tǒng)定常強迫振動………………………………………………… 43
3.2.5 單自由度系統(tǒng)頻率響應函數(shù)………………………………………………… 45
3.3 集中參數(shù)系統(tǒng)的振動……………………………………………………………… 46
3.3.1 二自由度系統(tǒng)微分方程……………………………………………………… 47
3.3.2 實模態(tài)分析…………………………………………………………………… 48
3.3.3 固有振型的正交性、展開定理……………………………………………… 50
3.3.4 自由振動分析………………………………………………………………… 51
3.3.5 受迫振動分析………………………………………………………………… 52
習 題………………………………………………………………………………… 53
第4章 振動環(huán)境數(shù)據(jù)采集與分析………………………………………………………… 54
4.1 概 述……………………………………………………………………………… 54
4.2 振動傳感器………………………………………………………………………… 55
4.2.1 慣性式傳感器接收原理……………………………………………………… 55
4.2.2 壓電式加速度傳感器………………………………………………………… 59
4.2.3 壓阻式加速度傳感器………………………………………………………… 60
4.2.4 伺服式加速度傳感器………………………………………………………… 62
4.2.5 相對式傳感器………………………………………………………………… 63
4.3 傳感器的選擇和使用……………………………………………………………… 64
4.3.1 傳感器的主要性能參數(shù)……………………………………………………… 64
4.3.2 傳感器的安裝………………………………………………………………… 65
4.4 放大器……………………………………………………………………………… 66
4.4.1 電壓放大器…………………………………………………………………… 66
4.4.2 電荷放大器…………………………………………………………………… 69
4.5 濾波器……………………………………………………………………………… 70
4.5.1 低通濾波器…………………………………………………………………… 70
4.5.2 高通濾波器…………………………………………………………………… 71
4.5.3 帶通濾波器和帶阻濾波器…………………………………………………… 71
4.6 離散與量化………………………………………………………………………… 72
4.7 測量規(guī)劃…………………………………………………………………………… 73
4.8 數(shù)據(jù)預處理………………………………………………………………………… 75
4.8.1 不合理點辨識及剔除………………………………………………………… 75
4.8.2 虛假趨勢辨識及處理………………………………………………………… 76
4.8.3 信號削波辨識及處理………………………………………………………… 78
4.8.4 過大噪聲辨識及處理………………………………………………………… 78
4.8.5 信號丟失辨識及處理………………………………………………………… 78
4.9 數(shù)據(jù)分離和檢驗…………………………………………………………………… 79
4.9.1 周期性檢驗與分離…………………………………………………………… 79
4.9.2 平穩(wěn)性檢驗…………………………………………………………………… 81
4.9.3 正態(tài)性檢驗…………………………………………………………………… 83
4.10 數(shù)字分析基礎(chǔ)…………………………………………………………………… 84
4.10.1 采樣和頻率混疊…………………………………………………………… 84
4.10.2 有限長度的影響…………………………………………………………… 86
4.11 隨機振動統(tǒng)計量的數(shù)字分析…………………………………………………… 89
4.11.1 均值、方差和均方值分析…………………………………………………… 89
4.11.2 概率密度函數(shù)分析………………………………………………………… 89
4.11.3 自相關(guān)函數(shù)分析…………………………………………………………… 90
4.11.4 離散傅里葉變換…………………………………………………………… 90
4.11.5 自功率譜密度分析………………………………………………………… 91
習 題………………………………………………………………………………… 92
第5章 振動破壞與試驗條件……………………………………………………………… 93
5.1 概 述……………………………………………………………………………… 93
5.2 峰值破壞…………………………………………………………………………… 94
5.2.1 穿越分析……………………………………………………………………… 94
5.2.2 窄帶響應的峰值概率密度…………………………………………………… 95
5.2.3 峰值破壞模型………………………………………………………………… 98
5.2.4 隨機振動與正弦振動的峰值等效關(guān)系……………………………………… 99
5.3 疲勞破壞………………………………………………………………………… 100
5.3.1 敏納線性累積損傷模型…………………………………………………… 100
5.3.2 應力與壽命的關(guān)系………………………………………………………… 101
5.3.3 振動疲勞破壞……………………………………………………………… 102
5.3.4 正弦振動與隨機振動的疲勞等效關(guān)系…………………………………… 102
5.4 功能試驗條件編制……………………………………………………………… 104
5.4.1 作圖包線法………………………………………………………………… 104
5.4.2 區(qū)間估計包線法…………………………………………………………… 105
5.4.3 正態(tài)單邊容差上限法……………………………………………………… 106
5.5 耐久試驗條件…………………………………………………………………… 109
5.5.1 狀態(tài)包線法………………………………………………………………… 110
5.5.2 狀態(tài)區(qū)域數(shù)據(jù)歸納法……………………………………………………… 110
5.6 振動環(huán)境預估…………………………………………………………………… 111
5.6.1 經(jīng)驗回歸公式法…………………………………………………………… 112
5.6.2 相似型號外推法…………………………………………………………… 115
5.6.3 有限元法…………………………………………………………………… 116
5.6.4 統(tǒng)計能量法………………………………………………………………… 116
習 題………………………………………………………………………………… 117
第6章 振動環(huán)境試驗……………………………………………………………………… 118
6.1 概 述…………………………………………………………………………… 118
6.2 振動環(huán)境模擬…………………………………………………………………… 118
6.3 正弦振動試驗…………………………………………………………………… 121
6.3.1 定頻試驗…………………………………………………………………… 121
6.3.2 掃頻試驗…………………………………………………………………… 122
6.4 隨機振動試驗…………………………………………………………………… 125
6.4.1 隨機振動均方根值計算…………………………………………………… 125
6.4.2 隨機振動控制……………………………………………………………… 127
6.5 試驗設(shè)備………………………………………………………………………… 129
6.5.1 電動振動臺………………………………………………………………… 130
6.5.2 功率放大器………………………………………………………………… 133
6.5.3 夾 具……………………………………………………………………… 135
6.6 振動環(huán)境試驗實施……………………………………………………………… 137
習 題………………………………………………………………………………… 139
第7章 模態(tài)試驗分析……………………………………………………………………… 141
7.1 概 述…………………………………………………………………………… 141
7.2 模態(tài)測試技術(shù)…………………………………………………………………… 142
7.2.1 測試系統(tǒng)的組成…………………………………………………………… 142
7.2.2 試件安裝方法……………………………………………………………… 144
7.2.3 激勵方式…………………………………………………………………… 145
7.2.4 激勵點與測試點的選擇…………………………………………………… 150
7.2.5 測試精度的保證…………………………………………………………… 153
7.3 模態(tài)參數(shù)識別技術(shù)……………………………………………………………… 154
7.3.1 分量分析法………………………………………………………………… 156
7.3.2 導納圓辨識法……………………………………………………………… 158
習 題………………………………………………………………………………… 162
第8章 振動環(huán)境適應性設(shè)計……………………………………………………………… 163
8.1 振動的危害及有關(guān)標準………………………………………………………… 163
8.1.1 振動對人員舒適性與健康的危害及相關(guān)標準…………………………… 163
8.1.2 振動對儀器設(shè)備的危害及相關(guān)標準……………………………………… 164
8.1.3 振動對結(jié)構(gòu)的振動強度與振動耐久性的危害及相關(guān)標準……………… 165
8.1.4 振動對設(shè)備及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性的危害及相關(guān)標準…………………… 165
8.2 振動控制技術(shù)的主要類型……………………………………………………… 165
8.2.1 隔振與減振………………………………………………………………… 165
8.2.2 阻尼材料附加減振和阻尼結(jié)構(gòu)…………………………………………… 170
8.2.3 動力吸振…………………………………………………………………… 172
8.2.4 結(jié)構(gòu)動力學設(shè)計和主動振動控制技術(shù)…………………………………… 176
8.3 航空、軍工產(chǎn)品對減振的特殊要求……………………………………………… 178
8.3.1 引 言……………………………………………………………………… 178
8.3.2 航空產(chǎn)品對減振器的特殊要求…………………………………………… 178
8.3.3 航炮的振動分析…………………………………………………………… 179
習 題………………………………………………………………………………… 180
第9章 沖擊響應譜與沖擊試驗…………………………………………………………… 181
9.1 沖擊環(huán)境………………………………………………………………………… 181
9.1.1 半正弦沖擊波形…………………………………………………………… 182
9.1.2 后峰鋸齒沖擊波形………………………………………………………… 183
9.2 沖擊環(huán)境測量…………………………………………………………………… 184
9.3 經(jīng)典沖擊波形試驗……………………………………………………………… 187
9.4 沖擊響應譜……………………………………………………………………… 190
9.4.1 沖擊失效機理……………………………………………………………… 190
9.4.2 沖擊響應譜………………………………………………………………… 191
9.4.3 沖擊響應譜與傅里葉譜的關(guān)系…………………………………………… 194
9.4.4 沖擊響應譜的數(shù)字計算法………………………………………………… 194
9.5 沖擊響應譜應用與試驗………………………………………………………… 196
9.5.1 沖擊波形的等效…………………………………………………………… 196
9.5.2 沖擊響應譜匹配…………………………………………………………… 198
習 題………………………………………………………………………………… 199
參考文獻……………………………………………………………………………………… 201