振动环境试验中应注意问题分析

皮桂英（中国电子科技集团公司第49研究所，哈尔滨 150000）



振动环境试验中应注意问题分析

皮桂英
（中国电子科技集团公司第49研究所，哈尔滨 150000）

摘要：为了使振动试验具有高的再现性，试验的结果可信度高，防止因试验设备、人为操作失误而造成试验结果出现偏差。对振动试验中影响试验结果的因素进行了简要的说明，并对试验中应注意的问题进行了描述。

关键词：环境试验；振动试验；试验控制； 夹具安装

1　振动试验目的

振动试验是环境试验的一种，它并不一定是再现实际环境，它是在实验室里通过专用的振动模拟设备来模拟产品在实际使用中所遇到的振动环境，用来确定产品的机械薄弱环节和性能下降情况，提高产品的质量及可靠性，为产品的改进、分析提供依据。

2　振动的影响

振动在产品的生产和使用过程中都会发生，是引起产品故障的一个重要环境因数之一。据国内外不完全统计表明，航空机载设备有52 %左右的故障是由环境因数引起的，其中振动占27 %。

振动的产生会导致产品结构出现位移现象。位移和相应产生的加速度、速度会加剧结构疲劳，机械磨损，有的还会碰撞导致功能的损坏等现象。

3　振动试验中应注意的问题

振动试验作为环境试验的一种，相对其他环境试验来说，是一个比较复杂的项目，对于从事振动环境试验的工程人员，不光要对试验方法、标准等方面要有全面了解，在一定程度上，还需要具有一定的工程判断能力。

判断振动试验结果是否有效，不光只看产品试验后状况，还需注意振动试验施加的应力是否符合要求。在振动试验过程中，影响试验结果的因素很多，如振动试验系统的状态，试验条件、方法的理解，试验中控制系统参数的选择，夹具和样品的安装，人为的操作不当等都可以影响试验结果的判断。如果由于上述的种种原因，导致产品出现故障现象，会误导产品设计人员，从而造成人力、财力上的浪费。那么，怎样避免这些问题的发生，使试验的结果真实有效，是从事振动环境试验的专业实验室必须重视的事情。特别是作为需要进行振动试验的委托方，更应该了解和判别试验的正确性，使通过试验得到的结果可信度高，是应该关注的重点。下面就振动环境试验中为保证试验结果的有效性应该注意的一些问题进行说明。

3.1振动试验系统的状态

振动试验系统包括振动激励系统和控制系统，振动试验系统是振动模拟试验中两个很重要的组成部分，振动试验系统性能是否优良在很大程度上会对试验结果造成直接影响，但是很多从事振动试验的实验室和需要进行振动试验的单位对振动系统的状态是否优良往往不够重视，在试验前都不会去确认振动试验系统的状态。比如振动试验系统有没有通过相关单位的计量校准，计量校准后的指标是否符合国家计量标准对振动试验系统的要求和满足进行振动试验样品相关标准中的规定等等。确认振动试验系统状态是为防止一些实验室由于管理不够到位，使用未检定或检定过期的振动试验系统进行试验，造成试验结果不可靠。在查看检定证书时需要结合设备检定规程和试验标准中的规定对振动试验系统的要求进行。振动试验系统的状态是否优良需要注意以下几项指标，只有确定指标满足相关规范规定的要求时才能开展相应的振动试验：①失真度；②横向运动；③台面均匀度；④频率范围。

3.2试验条件、方法的理解

振动试验条件是试验过程中应力输入的标准，试验方法是保证应力输入正确的保障。

试验条件的确认：振动试验条件一般包括频率范围、量值、试验持续时间和轴向，也是严苛程度的标准。大多数委托方在提供试验条件时，很多时候给出的试验信息量是不足的。如在提供的试验条件信息中，出现需要进行的试验方向不明确等问题，如果振动试验方向不明确结果就会导致负责试验实施的单位工作人员会按一般方式去定义振动试验的方向完成试验，为了保证施加振动应力的正确性，委托试验的单位应提供产品振动试验的方向示意图，保证振动应力施加的正确。

试验方法的确认：在委托单位提供的试验条件中很多时候是不会给出详细的试验步骤或操作规程方面的信息，很多时候只会给出参照某标准。而在很多的专业从事振动试验的实验室工作人员对于委托单位提供的这些方面的信息都非常的不重视，不会去查找标准规定的试验详细步骤。振动试验标准中都针对试验的整个过程和注意事项都有详细的描述。所以振动试验的过程是否规范，试验的结果是否真实有效，所有的委托单位都需要去了解振动试验标准中规定的内容，辨别试验结果。

3.3试验参数的设置

图1　试验中未注意试验施加量级单位，导致过应力出现产品损坏

试验参数的设置，也是一个比较被忽略的问题，很多需要进行振动试验的单位都不会对试验参数是否设置正确和合理进行检查。如在设置试验参数中最大频率的设置，很多从事振动试验的实验室在设置参数通常都不进行任何的修改，尽管最大频率并不影响信号的分辨率，但是它影响到显示分辨率，在设置最大频率值时应尽可能的低或接近试验的最高试验频率，可使得显示频谱有最高的分辨率。试验参数设置中，还应注意到使用传感器灵敏度，试验中每一个传感器的灵敏度都不相同，所以一定不能搞错。

3.4夹具和样品的安装

夹具、样品的安装是振动试验中一个非常重要的环节，也是直接影响试验结果的重要因素之一。很多振动试验的标准规定，试验应具有高再现性，即在振动试验过程中应保证不同的人、在不同的地点和不同的时间所做试验得到的试验结果应相一致。为了保证试验的高再现性，不光试验设备状态、参数设置、控制点选择应符合要求，其次夹具、样品的安装在保证高再现性方面也很重要。

夹具、样品的安装导致试验结果可信度不高，其中人为的操作不当和不规范是主要原因。往往很多从事振动试验的实验室人员对夹具、样品的安装不够重视，在安装过程中总是能简单就简单，这样可能导致在试验中出现严重的后果。

图2　试验中螺钉未紧固好，在试验的高频段出现尖峰

在振动试验过程安装一般分为：夹具与试验设备的安装、夹具与样品的安装两个阶段。这两个安装过程都有严格的规定，在样品与夹具连接的过程中委托单位需要结合产品使用实际状态中产品固定安装螺钉的要求，比如螺钉大小、长度、扭矩等等。安装需要注意以下事项：

1）夹具与试验设备连接时，螺栓承受的最大载荷计算方式如下：

其中：A—正弦或随机振动的峰值，单位为g。

（Wf+Wt）—负载质量。

所以，F除以螺钉数，得到每个螺钉所承受的最大载荷。根据计算得出的每个螺钉的最大载荷与使用的单个螺钉的标准最大载荷进行比较，判断是否超出单个螺钉的最大载荷承受能力，如果在试验中存在超过单个螺钉最大的载荷的问题而出现螺钉损坏现象，就会导致试验失控，损坏试验样品和试验设备。这需要通过增加螺钉数量来减少单个螺钉的最大载荷承受能力。

2）在固定螺钉时，最好使用力矩扳手对螺钉进行紧固，特别是夹具与样品安装时更应该根据委托单位提供的力矩要求进行安装，防止使用过大的扭力造成连接部位变形。

3）安装固定螺钉一般拧进试验设备螺纹衬套的深度至少要等于螺钉直径的1.5～2倍。螺钉过长或过短都不合适，过长的螺钉可能由于太长顶到底，造成拧紧假象；过短的螺钉可能由于螺纹不够，达不到应有的拉力。紧固螺钉时采用对称紧固原则。

以上的所有操作如不规范，都有可能在试验中出现试验失控，造成夹具撞击试验设备，样品承受过大的试验应力，损坏试验设备、夹具、试件等，从而造成时间、人力上的浪费。

综上所述，为了使试验结果准确和达到高的再现性，在实际试验时，应注意上述能够影响试验结果的种种因素，只有将影响试验结果的种种不利因数降到最低，才能保证试验的高再现性。

参考文献:

[1] GJB 150A-2009 ,军用设备环境试验方法 [S].

[1] GB/T 2423.12-1997 idt IEC 68-2-35:1973,电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fda：宽频带随机振动——高再现性[S].

皮桂英（1966.4-），女，传感器工程师，黑龙江大学毕业，本科，49所环境实验室(曾获黑龙江省科学进步三等奖,中电集团三等奖)。研究方向:传感器质量检验检测。

Analysis on the Problems in Vibration Test

PI Gui-ying
(No.49 Institution of CETC, Harbin 150000)

Abstract：For the high reproducility and reliability of vibration test, and the test result not affecting by equipment failure and human error, this paper briefly explains the factors that will influence the test result, and introduces the matters that should be paid attention to in the test.

Key words：environmental test; vibration test; test control; fixture installation

作者简介:

中图分类号：TB123

文献标识码：B

文章编号：1004-7204（2016）01-0022-03