GB∕T 2423.62-2018 环境试验 第2部分:试验方法试验Fx和导则:多输入多输出振动.pdf

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即将于2019年7月1日实施的环境试验标准, GB∕T 2423.52-2018
GB/T2423.62-2018 前言 GB/T2423《环境试验第2部分》按试验方法分为若干部分 本部分为GB/T2423的第62部分。 本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本部分由全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会(SAC/TC8)提出并归口 本部分起草单位:工业和信息化部电子第五研究所、杭州亿恒科技有限公司、北京航空航天大学、中 國航天科技集团公司第一研究院第七零二研究所、北京卫星环境工程研究所、屮国航空综合技术研究 所,浙江大学。 本部分主要起草人:解禾、纪春阳、陈章位、吴飒、韦冰峰、向树红、孙建勇、徐琦 GB/T2423.62-2018 环境试验第2部分:试验方法 试验Fx和导则:多输入多输出振动 范围 GB/T2423的本部分规定了多输入多输出振动(以下简称:MIMO)试验方法的术语和定义、试验 设备、试验方法与条件、信息要求、试验实施及结果分析的要求 夲部分适用于确定或验证在经受多激振器激励后样品的机槭薄屴环节和/或特性降低情况。本试 验方法也可用于验证样品的机械结构和功能完好性以及研究它们的动态特性。 2术语和定义 2 多输入单输出 multi input single output;MISO 多自由度结构中多驱动信号输入到激振系统,以及单自由度结构中从固定装置或样品上得到单参 量测量输出。 注:这个专业术语多应用于多输人測量合成单输出情况下的测量数据处理 2.2 多输入多输出 multi input multi output;MIMO 多自由度结构中多驱动信号输入到激振系统,以及多自由度结构中从固定装置或样品上得到多测 量输出。 注:一般输入和输出之间没有一一对应的关系,输入的编号乜和输出編号不同。 2.3 多激励单轴 multi exciter single axis;MESA 应用多个激振器在单矢量方向提供动态输入至样品。 注:如扩展的设备可能在单矢量轴的前面和后面需要激励。对于两激振器关于其幅值和相位按照共同条件激励, 其输岀基本可以由单轴激励猫述ε对亍两激振器按照独立幅值或相位条件激励时,其输岀可能需要按照前轴 后轴以及(可能)样品重心的旋转轴来描述。 2.4 多激励多轴 multi exciter multi axis;MEMA 用多个向量对激励和测量进行完整描述时,应用多个激振器提供动态输入至样品。 注:在本部分中,只使用了多激励单轴和多激励多轴,然而,对于测量数据处理来说,单输入单输出、单输入多输出 多激励单轴和多激励多轴都是可适用的 2.5 机械解耦装置 mechanical decoupling device 多激振器振动试验中,安装在激振器与样品、夹具或整体台面之间.用于消除或减小多个激振器耦 合运动影吭的机械装置 3试验设备 般要求 多激励振动试验设备要求根据试验类型、样品的状态,选择适当配置构成的试验平台、安装样品的 GB/I242362-2018 夹具、控制器以及用于记录样品在指定控制和监测位置响应的仪器 本部分利用多激励振动试验平台(激振器、解耦装置或台面)、安装夹具、振动控制器、振动测量和分 析仪、传感器及其调理放人器、辅助装置。总体应能达到4.3规定的试验方案、4.4规定的试验条件和 4,6规定的试验容差要求。 3.2多激励振动试验系统 3.2.1激振器 根据所要求的试验类型、试验频率范围、低频位移、试验量级以及样品和夹具的尺寸、质量来确定激 振器配置并选定激振器,激振器可以是电动式的或液压式的 多激励系统主要由三个部分组成:激振器、夹具和控制器。激励器根据需要在同一平而内运行,也 可相互独立,提供足够的位移,以便能进行相应样品质量和加速度量值的试验。在使用多激励系统时 重点考虑对每个激振器使用增益搾制,这样可以对控制回路的差异进行限制,以得到满足给定限制范闱 的控制效果。缩短控制回路更新时间,延长记录长度,提高控制精度。以自由度定义的统计精度对讨算 结果非常重要。自由度的值取决于达到满量值前的预试验量值(-6dB、-3dB、0dB等)。随着试验量 值越来越趋近于满量值,自由度的数值越来越大。自由度的数值应满足在99%置信水平下,能得到规 定值5%偏差范围内的结果,或在一3dB量值达到95%置信水平。采用实时闭环控制方法,统计精度 会随着试验的进行持续提高。 3.2.2试验夹具 夹具设计应符合振动标准的要求,夹具设计在实际中还要考虑到频率响应和承受反作用力的能力, 要考虑在多点多轴试验时潸在将产生大负载导致在多个自由度上同时产生加速度。试验夹具要求 如下: 除通用的试验夹具设计要求外,多轴试验夹具设计参照附录A。 规定多激励器试验要求时,试验夹具非常关键。夹具尽可能模拟产品使用期结构攴撑,以便复现产 品使用时的动力学载荷和结构动态响应特性 根据产品和试验方法的不同,夹具的形状和尺寸会有很大不同。可以考虑采用刚性的和柔性的连 接装置,如下 a)用联接器(俗称“牛头”)连接或与结构直接连接; b)用柔性驱动杆和刃型支撑直接连接; c)使用根据需要限定的运动自由度的转轴、球形节等连接; d)使用具有上述装置的滑台。 为助夹具和控制策略的选择与评估,应考虑下列广品不同的动态响应特性。应根据广品的动力 学复杂性和尺寸,合理确定振动试验夹具、试验谱和控制策略.如下 a)不同长径比的柔性对称动力学结构; b)带有柔性末端的刚性动力学结构 c)动力学和几何形状上非对称结构 d)大型刚性结构,此时推力是主要问题 e)所有采用上述类别的运输和贮存的容器。 应考虑被试样品的主支撑的布局。惊则上,夹具本身应具有足够的刚度以支承样品,同时尽可能减 小正交轴耦合影响和激振器的轴外影响。非预期的正交轴运动应尽可能小。在进行夹具设计时葜特 捌关注刚体模态,不过随着控制算法的改进,这个问题有可能冋以解决。同时也应考虑在产品内部冇在 位移的差异,并且这种差异会怎样影响激振器。控制系统并不能在任何情况下都可以适应不合理的夹 2 GB/T2423.62-2018 具设计。 32.3试验装置 多激励振动试验要求试验配置能约東不被激振器控制的自由度,而使受控的自由度无约束東。应在 完成试验平台安装后进行运动评估,确定合适的联接器和解耦装置等,以确保不当的载荷和运动不会传 递到样品上。 测试与控制部分测量精度很大程度上取决于试验的夹貝、固定裝置、测量系统以及激振器控制策 略。为了符合4.6提出的容差要求,应心设计试验的设置,合理安装夹具与传感器,以使控制器具有 较高的控制能力和控制稳定性 3.3振动控制系统 3.3.1概述 振动控制系统应具备多个试验日标谱的控制能力。控制通道与监测通道应满足试验要求 振动控制系统应为具有控制多个激振器激励的振动试验系统.既可控制多激振器单轴振动试验系 统,也可控制多激振器多轴施加不同试验日标谱的振动试验系统。控制系统应能实现闭环控制,在试验 期间持续修正驱动信号,提髙试验精度。控制器应具有同时进行控制和分析、测试通道与控制通道同步 采样以及连续数据记录等功能。以下是多激励振动试验控制系统的其他要求: a)从样品、试验系统或运行数据得到相位、相干、互谱密度和其他控制参数; b)实现规定运动和抑制多余的交叉耦合运动,这包括交叉耦合补偿的物理方法或控制算法,及用 臼适应特征分析技术处理非线性效果时的预试验。 3.3.2控制谱 多激振器振动试验系统的控制一般通过控制矩阵形式(规定自谱密度、相位、偏相干和规定互谱密 度)达到的。矩阵的对角线元素是控制信号的自谱密度,非对角线元素是互谱密度。控制系统既可使用 预存的互谱数据,也可使用实验室得到的互谱数据, 33.3控制位置 多激励振动试验控制点的位置通常取在连接部位、某些重要部件所处的位置、提供现场试验数据的 测点位置、需要施加限制的端部位詈或者结构的承载点。必要时.窳规定其他位詈的限制谱。为了满足 试验目的,根据所获取的信息来选择试验规范中的控制策略。最优的控制策略取决于已有的现场振动 数据,或者将被采集的符合试验大纲要求的振动数据。试验和控制策略、控制点和交叉耦合信息的需求 将会影响外场数据采集要求。 3.3.4控制限制 振动控制限制用谱型、幅值、偏相干和相位的形式或互谱密度来设置。振动控制采用谱型和幅值控 制限制来实现。 除了试验轴向的规定以外,也要求规定正交轴控制限制。当规定用偏相干与相位和互谱密度时,就 需要确定试验的最佳控制限制。 3.3.5互谱数据 柑位、偏相干和谱密度规范化对试验和分析有重要意义。如果不能提供产品使用的数据,互相关 系数应通过实验室试验得到。如果缺乏产品的使用数据,实验室得到的数据就会和产品的使用数据存 GB/I242362-2018 在差异。因而制定试验规范时,要比较两套数据,若差别很人,应作详细分析」 推荐将两种不同配置的结构之间的相、相位和互谱密度进行比较,并据此作岀判断是否要规定偏 相干和相位,或者将该项分别定义为1和0。显然,需要对产品的使用数据和前期试验数据进行比较。 另一种方法是使用实验室试验配置的相干、相位和互谱密度,这再一次表明前期试验的重要性。 在交又耦合矩阵求逆时,般宜进行优化。如果试验工程师有能力做到这一点,那么在规定重嬃参 数和优化所采取的控制策略时,能提高作出判断的能力 3.4振动测量系统 3.4.1概述 股情况下,需要测量样品上确定点的加速度以满足试验规范。需要确保试验所测得的加速庋信 息与现场測得的加速度信息相对应,并用于确定多输入多输出试验的需求。这就要求安装在样昻上的 加速度传感器位置应和现场测量样品上的位置相同。在多自由度的情况下,仪器通道问的相位和吸性 成为关键钓试验参数,为了保持相位精庋要求,建议使用相同的采样A/D转换器。建议实验室和现场 的薮据采集仪器与控制器采用相同数据格式,否则在开始试验之前可能需要对参考数据进行预处理。 3.4.2振动测量仪 振动测量仪应能满足测量、记录、处理和分析振动测量点振动响应的要求,还应满足以下条件: a)测量通道数量应能满足测量要求; b)连续记录数据; c)同步采样,通道间相位差不大于0.5°; d)使用与控制器相同的采样麵率,能实现与控制器的同步采样 e)一般应包含时域、FFT、自谱密度、互谱密度、相干、相位、颎率响应等分析功能 34.3加速度传感器 加速度传感器应满足以下要求 a)横向灵敏度不大于5% b)幅值的线性度在3%以内; c)在测量频率范围内,频率响应嗝值精度在±5%以内; d)有足够的灵敏度以确保控制响应间的相对相位准确可靠; e)若需叟,为传感器配备合理的诮理放大器。 4试验方法与条件 4.1选择振动试验方法 通常,与单激励试验方法相比,多激励振动试验方法可以将激振能量更好地分布到样品上,并能最 大限度降低边界条件的影响。下面列出的虽不是所有的情况,但在所列情况下,多激励振动试验方法能 够更好实现再现效果。 a)疲劳、裂纹和断裂对多轴激励更加敏感; b)零件的部件变形,尤其是凸出零件; c)密封与连接处的松动; d)部件的移位; 表面的磨损 GB/T2423.62-2018 f)电气元件的接触、短路或者老化; g)设备组件错位(比如光学组件) 4.2选择试验方法 多激励振动试验可使用不同的设备配置,以适用于许多实际应用过程。试验过程一般可分成以下 四种类型。这仅提供了试验过程的基本选择。这一列表不能覆盖所有设备或试验配置。在6.2试验程 序中较详细地描述所有试验类型。 方法1:多输入单输出(MISO)振动试验; 方法2:多输入多输出(MIMO)振动试验; 方法3:多激励单轴(MESA)振动试验; 方法4:多激励多轴(MEMA振动试验。 4.3确定试验方案 4.3.1控制定义 振动试验控制策略,取决于所能提洪的振动测试数据,以达到振动试验的目的。当能够提供独立的 自谱密度、偏相干、相位和互谱密度时,就可能采用多激振器控制策略。当能不够提供偏相干、相位和互 谱密度时,振动试验时有必要首先采用单轴目标谱控制策略。在某些情况下,需要在其正交轴施加界限 控制,以便保护激振器。限制控制也需要外场谱包络。典型的试验和控制策略包括: a)单一谱:根据运行数据或规范确定; b)多个自谱密度:根据运行数据或相关规范确定; c)多个自谱密度和偏相干:根据运行数据或实验室试验配置数据确定 d)多个自谱密度和相位:根据运行数据或实验室配晋数据确定; e)多个自谱密度、偏向干和相位:根据运行数据或实验室配置数据确定; f)多个自谱密度、偏相干、相位和其他位置的自谐密度:根椐运行数据或实验室配置数据硝定 g)多个自谱密度、互谱密度和其他相关参数:根据运行数据或实验室配置数据确定; h)控制限制同时采用基于运行数据的量级与包络。 3.2控制方法 试验方法的选择受控于许多因素,包括外场振动环境和产品类型。多激振器试验的控制功能包括: a)正弦:同一正弦和量级;多个正弦分量和相位,可变方向的量級和相位 b)随机:多激振器、单轴和单个控制日标谱;多激振器、多轴和多个控制目标谱;可控制相干和相 位差 4.3.3试验方案 较复杂结构或新产品的第一次试验应编写试验方案,试验方案一般包括: a)试验设备的选取,根据样品基本参数和试验要求合理选择试验设备; b)试验夹具方案,根据样品基本参数和试验要求和已选取的试验设备进行设计,试验夹具应满足 试验要求; c)控制方案,根据的结构特点及夹具方案初步确定控制方式; d)试验安装,根据试验情况、试验场所的大小和试验设备的具体情况制定完整的试验安装方案 4确定试验条件 4.4.1概述 通常,多激励振动试验需要根据样品工作现场振动响应的测量效据来确定试验条件。因此,需要荻 GB/I242362-2018 得充分的现场数据来描述多激励振动试验的试验条件和工作状态。这些数据一般为时间历程,如需功 率谱需要将测量数据进行自功率谱和互功率谱密度估计以确定试驗条件。当然,当现场数据不充分时 爹激励试验过程可能通过对样品的理论分析和实验室测量数据来确定试验条件 对于时域再现多激励试验需要现场测试数据,没有现场测试欻据无法确定实验控制与现场数据的 相关性。 般情况下,由于阻抗和边界条件的影响.总会存在现场环境和实验室环境的差异。这种差异可能 需要进一步分析,以确定该差异是否显著到影响了试验的结果 4.4.2现场数据充分 当进行多激励振动试验时,试验规范需要规定的基本参数如下 a)频率范围、采样频率、容差、功率谱密度(谱型和频率值)、交叉耦合与误差最小化、偏相干、 相位; b)温度、湿度、气压、电磁场等; c)夹具性能、阻抗、模态数据、刚体的模态、现场数据与实验室数据的差异。 当进行多激励振动试验时,一般需要预试验。在正式试验之前,有必要通过迭代获得一个可接受的 控訇解决方案,以优化控制谱。这需要通过模态分析,对样品和夹具结构响应有一个基本的了解。可以 进行必要的在线试验模态测试与分析,评估在试验量级条件下的非线性效应,以准确评估夹具动态 特性。 4.4.3现场数据不充分 如果无法获得充分的现场数据,则涌过诵用试验标准数椐、模态分析数据、样品安装在试验夹具卜 的实验测试数据综合确定。实验室测试可以用来估计响应点间的相位和相关关系。模态测试可用来验 证实际安装条件下和试验夹具安装条件下动态响应的相似性。也可从相似的产品估计,或根据样品的 特性和参考相关环境条件标准中确定数据。 4.5样品安装 样品可以是部件、组件和设备,因此安装过程需考虑以下因素 a)样品的连接件应尽可能与实际情况一致,包括减振器、紧固件、扭矩等; b)所有连接,如电缆、管道等,应合理安装,使其产生的应力与应变类似于现场条件; C)可用低频支撑、悬挂方式可避免复杂的共振; d)需通过补偿或适当的模拟来减小重力与负载和方向的影响。 4.6试验容差 4.6.1正常试验容差 除非在环境试验规范中另有说明,否则控制信号应满足以下规定的容差要求 )正弦振动时试验容差如下 1)振幅ε在指定频率范围时,参考点处的容差要求为规定值的±10%。当控制策略为多点 控制时,每个控制点的响应值应在规定值的5dB以内。应尽量减少指定频率范围外的 激励 2)频率:规定值的0.5%或0.5Hz,取较大值。 3)扫蜘速率:不超过规定扫频速率的士10%,如果未指定扫频速率,灲按1oct/πi违行 扫频。 3

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