振動(dòng)、沖擊環(huán)境與試驗(yàn)

第1章 緒 論 ………………………………………………………………………………… 1
1.1 振動(dòng)、沖擊環(huán)境與試驗(yàn)的目的……………………………………………………… 1
1.2 振動(dòng)、沖擊環(huán)境與試驗(yàn)的內(nèi)容……………………………………………………… 1
1.3 發(fā)展與展望………………………………………………………………………… 4
第2章 振動(dòng)環(huán)境描述………………………………………………………………………… 5
2.1 概 述……………………………………………………………………………… 5
2.2 周期振動(dòng)…………………………………………………………………………… 6
2.2.1 正弦振動(dòng)……………………………………………………………………… 6
2.2.2 復(fù)雜周期振動(dòng)………………………………………………………………… 7
2.3 非周期振動(dòng)………………………………………………………………………… 10
2.3.1 準(zhǔn)周期振動(dòng)…………………………………………………………………… 10
2.3.2 瞬態(tài)振動(dòng)……………………………………………………………………… 11
2.4 隨機(jī)振動(dòng)的基本特性……………………………………………………………… 12
2.4.1 平穩(wěn)的隨機(jī)振動(dòng)……………………………………………………………… 13
2.4.2 隨機(jī)振動(dòng)基本統(tǒng)計(jì)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(jì)誤差及概率分布…………………………………………… 27
2.7.1 自功率譜密度的統(tǒng)計(jì)誤差…………………………………………………… 27
2.7.2 自功率譜密度的概率分布…………………………………………………… 29
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 33
第3章 振動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)……………………………………………………………………… 34
3.1 振動(dòng)系統(tǒng)分類(lèi)及描述……………………………………………………………… 34
3.1.1 振動(dòng)系統(tǒng)分類(lèi)……………………………………………………………… 34
3.1.2 振動(dòng)形式分類(lèi)………………………………………………………………… 35
3.1.3 研究方法……………………………………………………………………… 36
3.2 單自由度線性系統(tǒng)振動(dòng)…………………………………………………………… 37
3.2.1 單自由度系統(tǒng)振動(dòng)方程……………………………………………………… 37
3.2.2 單自由度無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)…………………………………………… 37
3.2.3 單自由度有阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)…………………………………………… 39
3.2.4 單自由度系統(tǒng)定常強(qiáng)迫振動(dòng)………………………………………………… 43
3.2.5 單自由度系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)………………………………………………… 45
3.3 集中參數(shù)系統(tǒng)的振動(dòng)……………………………………………………………… 46
3.3.1 二自由度系統(tǒng)微分方程……………………………………………………… 47
3.3.2 實(shí)模態(tài)分析…………………………………………………………………… 48
3.3.3 固有振型的正交性、展開(kāi)定理……………………………………………… 50
3.3.4 自由振動(dòng)分析………………………………………………………………… 51
3.3.5 受迫振動(dòng)分析………………………………………………………………… 52
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 53
第4章 振動(dòng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集與分析………………………………………………………… 54
4.1 概 述……………………………………………………………………………… 54
4.2 振動(dòng)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(duì)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(cè)量規(guī)劃…………………………………………………………………………… 73
4.8 數(shù)據(jù)預(yù)處理………………………………………………………………………… 75
4.8.1 不合理點(diǎn)辨識(shí)及剔除………………………………………………………… 75
4.8.2 虛假趨勢(shì)辨識(shí)及處理………………………………………………………… 76
4.8.3 信號(hào)削波辨識(shí)及處理………………………………………………………… 78
4.8.4 過(guò)大噪聲辨識(shí)及處理………………………………………………………… 78
4.8.5 信號(hào)丟失辨識(shí)及處理………………………………………………………… 78
4.9 數(shù)據(jù)分離和檢驗(yàn)…………………………………………………………………… 79
4.9.1 周期性檢驗(yàn)與分離…………………………………………………………… 79
4.9.2 平穩(wěn)性檢驗(yàn)…………………………………………………………………… 81
4.9.3 正態(tài)性檢驗(yàn)…………………………………………………………………… 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(zhǎng)度的影響…………………………………………………………… 86
4.11 隨機(jī)振動(dòng)統(tǒng)計(jì)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(xí) 題………………………………………………………………………………… 92
第5章 振動(dòng)破壞與試驗(yàn)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(yīng)的峰值概率密度…………………………………………………… 95
5.2.3 峰值破壞模型………………………………………………………………… 98
5.2.4 隨機(jī)振動(dòng)與正弦振動(dòng)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(yīng)力與壽命的關(guān)系………………………………………………………… 101
5.3.3 振動(dòng)疲勞破壞……………………………………………………………… 102
5.3.4 正弦振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)的疲勞等效關(guān)系…………………………………… 102
5.4 功能試驗(yàn)條件編制……………………………………………………………… 104
5.4.1 作圖包線法………………………………………………………………… 104
5.4.2 區(qū)間估計(jì)包線法…………………………………………………………… 105
5.4.3 正態(tài)單邊容差上限法……………………………………………………… 106
5.5 耐久試驗(yàn)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(dòng)環(huán)境預(yù)估…………………………………………………………………… 111
5.6.1 經(jīng)驗(yàn)回歸公式法…………………………………………………………… 112
5.6.2 相似型號(hào)外推法…………………………………………………………… 115
5.6.3 有限元法…………………………………………………………………… 116
5.6.4 統(tǒng)計(jì)能量法………………………………………………………………… 116
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 117
第6章 振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)……………………………………………………………………… 118
6.1 概 述…………………………………………………………………………… 118
6.2 振動(dòng)環(huán)境模擬…………………………………………………………………… 118
6.3 正弦振動(dòng)試驗(yàn)…………………………………………………………………… 121
6.3.1 定頻試驗(yàn)…………………………………………………………………… 121
6.3.2 掃頻試驗(yàn)…………………………………………………………………… 122
6.4 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)…………………………………………………………………… 125
6.4.1 隨機(jī)振動(dòng)均方根值計(jì)算…………………………………………………… 125
6.4.2 隨機(jī)振動(dòng)控制……………………………………………………………… 127
6.5 試驗(yàn)設(shè)備………………………………………………………………………… 129
6.5.1 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)………………………………………………………………… 130
6.5.2 功率放大器………………………………………………………………… 133
6.5.3 夾 具……………………………………………………………………… 135
6.6 振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)實(shí)施……………………………………………………………… 137
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 139
第7章 模態(tài)試驗(yàn)分析……………………………………………………………………… 141
7.1 概 述…………………………………………………………………………… 141
7.2 模態(tài)測(cè)試技術(shù)…………………………………………………………………… 142
7.2.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成…………………………………………………………… 142
7.2.2 試件安裝方法……………………………………………………………… 144
7.2.3 激勵(lì)方式…………………………………………………………………… 145
7.2.4 激勵(lì)點(diǎn)與測(cè)試點(diǎn)的選擇…………………………………………………… 150
7.2.5 測(cè)試精度的保證…………………………………………………………… 153
7.3 模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)……………………………………………………………… 154
7.3.1 分量分析法………………………………………………………………… 156
7.3.2 導(dǎo)納圓辨識(shí)法……………………………………………………………… 158
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 162
第8章 振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 163
8.1 振動(dòng)的危害及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)………………………………………………………… 163
8.1.1 振動(dòng)對(duì)人員舒適性與健康的危害及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)…………………………… 163
8.1.2 振動(dòng)對(duì)儀器設(shè)備的危害及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)……………………………………… 164
8.1.3 振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)強(qiáng)度與振動(dòng)耐久性的危害及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)……………… 165
8.1.4 振動(dòng)對(duì)設(shè)備及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性的危害及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)…………………… 165
8.2 振動(dòng)控制技術(shù)的主要類(lèi)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(dòng)力吸振…………………………………………………………………… 172
8.2.4 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)…………………………………… 176
8.3 航空、軍工產(chǎn)品對(duì)減振的特殊要求……………………………………………… 178
8.3.1 引 言……………………………………………………………………… 178
8.3.2 航空產(chǎn)品對(duì)減振器的特殊要求…………………………………………… 178
8.3.3 航炮的振動(dòng)分析…………………………………………………………… 179
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 180
第9章 沖擊響應(yīng)譜與沖擊試驗(yàn)…………………………………………………………… 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(cè)量…………………………………………………………………… 184
9.3 經(jīng)典沖擊波形試驗(yàn)……………………………………………………………… 187
9.4 沖擊響應(yīng)譜……………………………………………………………………… 190
9.4.1 沖擊失效機(jī)理……………………………………………………………… 190
9.4.2 沖擊響應(yīng)譜………………………………………………………………… 191
9.4.3 沖擊響應(yīng)譜與傅里葉譜的關(guān)系…………………………………………… 194
9.4.4 沖擊響應(yīng)譜的數(shù)字計(jì)算法………………………………………………… 194
9.5 沖擊響應(yīng)譜應(yīng)用與試驗(yàn)………………………………………………………… 196
9.5.1 沖擊波形的等效…………………………………………………………… 196
9.5.2 沖擊響應(yīng)譜匹配…………………………………………………………… 198
習(xí) 題………………………………………………………………………………… 199
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 201