浅谈虚拟振动试验技术相关研究问题

黄家骥+银美秀

摘 要：虚拟振动试验技术在我国各项领域都起到了重要的作用，应当引起人们足够的重视。该文从探讨虚拟振动试验技术深入研究的重要意义出发，详细阐述了这项系统研究的重要性和重要地位。而后又深入分析了虚拟振动试验技术的发展现状。最后，针对具体建模策略，笔者提出了自己的看法和观点。

关键词：虚拟振动 试验技术 发展现状 国内现状 建模策略

中图分类号：V416.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（c）-0057-02

1 虚拟振动试验技术深入研究的重要意义

近年来，随着虚拟测试技术的迅速发展，它已广泛应用于航空、航天、国防和军事领域，并取得了举世瞩目的成就。通过国内外大量的实践证明，虚拟试验技术的发展的主要技术方法是克服巨大的投资，不断地缩短开发周期，进而弥补缺乏大型测试设备的能力。基于多年振动测试中的工作经验，笔者侧重于军事产品在可靠性测试的热点问题——虚拟振动试验技术进行探究，侧重介绍有限元数学模型修改技术，介绍了振动台虚拟试验技术研究的基本内容，并对仿真实例分析进行了讲解。

2 虚拟振动实验技术发展现状分析

在20世纪中期以来，为了提高航空航天产品的结构可靠性和优化航空航天产品的测试，美国国家航空航天局（NASA）的结构和环境的实验室提出了航空航天产品的测试。目前，虚拟测试技术已广泛应用于外国武器装备研究和生产、系统演示程序使用的所有阶段的训练，减少技术风险和缩短开发周期，降低成本，实现可观的效益。针对产品的模态测试与振动试验测试，在“KBT”流程中，采用“KBT（Knowledge Based Testing）”方法，将计算仿真技术与试验技术进行了有效结合，软件系统分别提供了虚拟模态测试环境与虚拟振动试验环境。

为了在振动测试前降低测试风险，尽可能多地了解结构特点和良好的振动试验准备，而不是局限于振动测试的一部分，AOES公司与ESA合作建立了虚拟振动试验系统，可以大幅缩短真实振动试验的实施周期，该系统的建立可有效避免振动试验中的过试验情况。（见图1）

总之，针对虚拟机械环境试验研究，在国外研究机构已经研究多年，并已应用于实际工程。

3 我国虚拟振动试验技术研究现状分析

在国内，虚拟振动试验主要存在环境试验系统的研究阶段，如朱Yuanfu使用有限元方法（FEM）模型的振动台动圈，固定装置，建立了产品；其次是使用真实的模态和振动测试修改有限元模型的建立，使用修改后的振动台是虚拟振动试验的产品。40 t的有限元模型振动台使用子结构的建模方法，建立了振动测试的虚拟仿真是基于有限元法进行，以及对风机盘管的电动振动台标本进行有限元建模和虚拟正弦振动试验仿真。总之，虚拟系统环境振动试验主要研究，利用有限元软件建立了振动台动圈、夹具、有限元模型和装配的系统的强迫响应分析的有限元模型。

4 新时期虚拟振动试验建模策略分析

在虚拟振动试验建模的过程中，在振动试验中为了更加准确地描述力学传递过程，由于动圈本身具有振动的模态，台体采用刚体建模并固定于地面之上，将被测试件、夹具和振动台组成的整体结构进行有限元建模，故不可看作质点。此文运用Cosmosworks软件进行有限元计算，运用proe软件进行建模，并针对试验用到的200 kN振动台动圈进行了三维建模，通过模态试验数据对模型参数进行修正，而动圈作为振动台的核心部分，因此动圈仿真是振动台仿真的基础，并根据动态响应分析方法推出力谱，最终求出动圈台面4点平均控制点的响应曲线。

4.1 动圈的三维建模

为了方便地映射，研究者分别测绘的线圈与动圈的骨架，动圈的最大直径约为600 mm， 高度约为500 mm，质量120 kg，使用证明利用框架的一部分，和线圈，由于线圈完全关闭，使其内部结构没有，所以只能作为一个实体，密度和弹性模量的两个最重要的参数校正来模拟实际情况。（见图2）

4.2 模态试验

使用近似自由状态的方法，研究者最大限度地排除了边界条件的影响来开展实验，以期最大限度地对动圈的固有特性进行描述。所谓近似自由状态是使用2台激振器对线圈的底部进行激励，用橡皮绳把动圈吊起，采用2 000 Hz带宽的随机信号。

然后对两个线圈参数弹性模量和密度做修改，拟合120.524 kg的动态质量在容许误差范围内。然后对动圈的自由状态模态使用Cosmosworks进行计算，试验结果与计算结果如表1所示。

从表1可以看到，各主要参数的误差均控制在±1.5%以内，模型的建立是符合精度的。

5 结语

总而言之，虚拟振动技术实验对于我国相关领域研究有着重要帮助，是新时期深入进行研究的关键所在，从这个角度出发，虚拟建模试验就显得有非常重要的现实意义了。然而，系统来说，这个领域的研究在我国起步时间尚短，很多领域当中还存在这样或者那样的问题，特别是与欧美发达国家相比，更是有着非常大的问题和不足之处。未来，如何进一步完善这些具体的问题所在，使其更好地为我国现代化建设增砖添瓦是今后研究者所要面对的一大核心问题。

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