振動試驗

振動試驗是指評定產品在預期的使用環境中抗振能力而對受振動的實物或模型進行的試驗。根據施加的振動載荷的類型把振動試驗分為正弦振動試驗和隨機振動試驗兩種。正弦振動試驗包括定額振動試驗和掃描正弦振動試驗。掃描振動試驗要求振動頻率按一定規律變化，如線性變化或指數規律變化。振動試驗設備分為加載設備和控制設備兩部分。加載設備有機械式振動台、電磁式振動台和電液式振動台。電磁式振動台是目前使用最廣泛的一種加載設備。振動控制試驗用來產生振動信號和控制振動量級的大小。振動控制設備應具備正弦振動控制功能和隨機振動控制功能。振動試驗主要是環境模擬，試驗參數為頻率範圍、振動幅值和試驗持續時間。振動對產品的影響有：結構損壞，如結構變形、產品裂紋或斷裂；產品功能失效或性能超差，如接觸不良、繼電器誤動作等，這種破壞不屬於永久性破壞，因為一旦振動減小或停止，工作就能恢復正常；工藝性破壞，如螺釘或連接件鬆動、脱焊。從振動試驗技術發展趨勢看，將採用多點控制技術、多台聯合激動技術。圖為飛機振動試驗情況。 ^[1] 

振動試驗是仿真產品在運輸(Transportation)、安裝(Installation)及使用(Use)環境中所遭遇到的各種振動環境影響，本試驗是模擬產品在運輸、安裝及使用環境下所遭遇到的各種振動環境影響，用來確定產品是否能承受各種環境振動的能力。振動試驗是評定元器件、零部件及整機在預期的運輸及使用環境中的抵抗能力.

一通檢測認為最常使用振動方式可分為正弦振動及隨機振動兩種。正弦振動是實驗室中經常採用的試驗方法，以模擬旋轉、脈動、震盪（在船舶、飛機、車輛、空間飛行器上所出現的）所產生的振動以及產品結構共振頻率分析和共振點駐留驗證為主，其又分為掃頻振動和定頻振動兩種，其嚴苛程度取決於頻率範圍、振幅值、試驗持續時間。隨機振動則以模擬產品整體性結構耐震強度評估以及在包裝狀態下的運送環境，其嚴苛程度取決於頻率範圍、GRMS、試驗持續時間和軸向。 ^[2] 

物體或質點相對於平衡位置所作的往復運動叫振動。振動又分為正弦振動、隨機振動、複合振動、掃

描振動、定頻振動。描述振動的主要參數有：振幅、速度、加速度。單頻正弦振動頻率為f時，振幅單

峯值為D，則其速度單峯值為 ，加速度單峯值為。

振動試驗標準：

GJB 150.25-86

GB-T 4857.23-2003

GBT4857.10-2005

WJ231-77

目前可以進行該試驗的試驗室有北京華航無線電測量研究所環境實驗中心、一通檢測實驗室、測量控制設備及系統實驗室、環境可靠性與電磁兼容試驗中心、蘇州電器科學研究所。

在現場或實驗室對振動系統的實物或模型進行的試驗。振動系統是受振動源激勵的質量彈性系統，如機器、結構或其零部件、生物體等。振動試驗是從航空航天部門發展起來的， 現在已被推廣到動力機械、 交通運輸、建築等各個工業部門及環境保護、勞動保護方面，其應用日益廣泛。振動試驗包括響應測量、動態特性參量測定、載荷識別以及振動環境試驗等內容。

主要是振級的測量。為了檢驗機器、結構或其零部件的運行品質、安全可靠性以及確定環境振動條件，必須在各種實際工況下，對振動系統的各個選定點和選定方向進行振動量級的測定，並記錄振動量值同時間變化的關係（稱為時間歷程）。對週期振動，主要測定振級（位移、速度、加速度或應變的幅值或有效值）和振動週期；對瞬態振動和衝擊，主要測定位移或加速度的最大峯值和響應持續時間;對平穩隨機振動,主要測定力和響應的時間歷程的均值和方差等；對非平穩隨機振動，可把時間劃分為許多小段，測定各小段內時間歷程的均值和方差，找出它們同時間的關係，並以此作為振級的度量。

許多機器的振動速度在很寬頻率範圍內幾乎為常數，所以可用在機器上選定點測得的振動速度的最大有效值作為機器振動強烈程度（稱為振動烈度）的指標。

為了設計和試製新機器或在改造舊機器時解決減振問題，以及為了提高振動機械的效率，必須瞭解系統的動態特性參量。動態特性參量很多，對於線性系統，最常用的為模態參量，包括各階固有頻率、振型、模態質量或模態剛度、模態阻尼比。模態參量可以換算出物理座標（即幾何座標）中的力學參量，包括集中質量、剛度和阻尼矩陣。

在工程設計中，有時只需知道低階（如一、二階）固有頻率、振型以及阻尼係數，可用簡易方法測定這些參量：

①固有頻率測定　用敲擊或突然卸載使系統產生自由振動,記錄其衰減波形並與儀器中的時標信號比較,或將信號發生器產生的固定頻率正弦波和衰減波形輸入射線示波器，由示波器顯示的利薩如圖形求得一、二階固有頻率。如果有激振器或振動台，則可對系統進行步進頻率激振或低速掃頻激振以尋找共振頻率，在小阻尼時共振頻率近似等於固有頻率。

②振型測定　手持木質或鋁質探針接觸被測系統各點，由撞擊聲音（或憑手感）測定所有不振動點的位置，即節線位置。對水平放置的平板型系統，可在平板上撒上砂粒，振動時砂粒將聚集到節線上，由節線分佈情況即可大致判斷振型。

③阻尼測定　可採用衰減振動法、共振法和相位法。衰減振動法是用記錄儀記錄自由振動的衰減波形，由相鄰同向的兩次或數次的振幅的衰減率算出阻尼值；共振法是由共振時振幅和共振區頻率帶寬算出阻尼值；相位法是由共振區相位隨頻率變化關係算出阻尼值。

機械導納是系統頻域的特徵參量(見機械阻抗)。大型複雜結構的固有頻率多而密集,振型很複雜，無法用簡易方法測定。然而可以先測試系統對激振力的響應，得到機械導納，再用圖解識別（即機械導納的幅頻、相頻、實頻、虛頻或矢端圖等圖形識別）或計算機識別來確定模態參量或物理參量。

直接利用振動的時間歷程來求系統的模態參量。對自由振動，可以通過自由振動和脈衝響應函數(系統的時域特性參量之一,其傅里葉變換即機械導納)的關係直接計算模態參量。對受迫振動,可以用數字時間序列分析方法或其他方法（如隨機減量法、濾波法等）來計算模態參量。時域識別方法的優點是能利用運行狀態下機器的振動信號，適用於不能在實驗室測試的大型結構；缺點是天然振源的激振力往往無法測定和控制，而僅能由響應值來識別，故精度較低。

指分析和確定振源的性質（是有規律的還是隨機的？是定力還是定運動？……）、傳播途徑及振源施加在系統上的載荷譜（即載荷的時間歷程）。載荷識別也叫環境預測，它可為分析系統的動力響應和振動原因等提供數據。大型結構承受的載荷非常複雜，很難直接測定，但可以通過結構的響應信號和系統已知的數學模型來反推系統承受的載荷，再根據各種工況下得出的數據進行統計和綜合，最終得到載荷譜。振源的性質和傳播途徑可以用功率譜分析或相關分析方法得出。

為了瞭解產品的耐振壽命和性能指標的穩定性，錄找可能引起破壞或失效的薄弱環節，對系統在模擬實際環境的振動、衝擊條件下進行的考核試驗。定型產品的試驗規範通常已經標準化，新產品要制定合適的試驗方法。試驗方法分兩大類:①標準試驗,包括耐預定頻率試驗、耐共振試驗、正弦掃描試驗、寬帶隨機振動試驗、衝擊試驗、聲振試驗和運輸試驗等；②非標準試驗，包括瞬態波形振動試驗、窄帶隨機振動試驗、隨機波再現試驗、正弦波和隨機波混合試驗等。(見振動環境試驗)

振動試驗數據處理和分析 　試驗得到的大量原始數據必須經過各種處理，才能作為工程設計計算的依據資料。試驗的原始記錄數據是參量的時間歷程（位移、速度或加速度等量值同時間的關係），通過直觀分析可將數據分為瞬態的、週期的、隨機或非隨機持續非週期的三種，進而在時域（包括時差域，即自變量為兩信號的時間差）、頻域和幅值域三大域中進行統計分析、相關分析和譜分析，從而得到表徵時間歷程特徵的各種函數。處理方法可分為模擬量處理法和數字量處理法。前者設備簡單，但精度較差，處理時間長；後者需將原始記錄的模擬量變換為數字量後用數字計算機處理，由於精度很高，速度極快，所以隨着各種功能齊全的專用數據處理機（如快速傅里葉分析儀）的出現，數字量處理法已逐漸取代了模擬量處理法。

試驗得到的大量原始數據必須經過各種處理，才能作為工程設計計算的依據資料，試驗的原始記錄數據是參量的時間歷程（位移、速度或加速度等量值同時間的關係），通過直觀分析可將數據分為瞬態的，週期的、隨機或非隨機持續非週期的三種，進而在時域（包括時差域，即自變量為兩信號的時間差）、頻域和幅值域三大域中進行統計分析、相關分析和譜分析，從而得到表徵時間歷程特徵的各種函數（圖1）。處理方法可分為模擬量處理法和數字量處理法。前者設備簡單，但精度較差，處理時間長；後者需將原始記錄的模擬量變換為數字量後用數字計算機處理，由於精度很高，速度極快，所以隨着各種功能齊全的專用數據處理機（如快速傅里葉分析儀）的出現，數字量處理法已逐漸取代了模擬量處理法。

大致可分為激振設備、測振設備和分析設備,它們分別對應於圖2中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分。圖中單線箭頭表示電信號的傳遞途徑，雙線箭頭表示機械量（力、速度、加速度等）的傳遞途徑。圖中某些設備或裝置説明如下:①激振設備:可分為激振器和振動台兩類，目前已逐步採用帶振動控制儀的激振設備，它可按要求的波形或譜形激振。②傳感器：可分為測力、測運動和測阻抗（同時測量一點的力和運動）三種。③濾波器：可以起抗干擾，去噪聲，提取有用信號等作用。用數字計算機進行處理前必須使信號經過低通濾波器（稱為抗混濾波器）以避免信號離散化成數字量後可能出現的迭混現象。

在運輸過程產生的振動中，貨運箱受到複雜的動態的壓力。要求貨運箱受到運輸中可能受到振動，從而模擬產生近似真實的損壞或沒有損壞。

運輸過程的共振響應是劇烈的，可能會導致包裝或產品失效。確認臨界頻率和包裝受到的壓力種類，會令到這種失效減到最低程度。

振動測試要基於典型測試場地數據。可能的話，實驗數據與實際場地的相比較一下，以提高我們對實驗的信心。

振動擺放方位會影響到貨運箱、它的內包裝、封裝和內在產品。測試允許分析這些部件的相互作用。更改其中一個或多個部件的設計，使貨運箱性能符合運輸環境的要求。

A1重複振動(垂直運動)測試

A2重複振動(旋轉運動)測試

B單個貨運箱共振(垂直運動)測試

C水平負載、複合負載、垂直負載共振測試

這個標準並不會列出所有安全關係，除非，是關聯到標準的使用。標準使用者的責任是：確保適當安全和健康操作及監測標準使用前預先調整界限的適用性。這些方法符合ISO8318和ISO2247。

方法A1和方法A2，重複振動測試，適合放在運輸車裏沒有受到任何限制的單個貨運箱及因單個負載或堆放負載的放大振動而受到重複振動的貨運箱。

備註1：方法A1和方法A2產生不同的振動運動，從而產生不同的力導致不同的損壞類型和強度。兩種測試方法的測試結果不能相互關聯。

B方法B，單個貨運箱共振測試，測試或評估單個貨運箱承受振動能力和它的內包裝在運輸中保護產品的能力，尤其是貨運箱和產品有表現出共振響應時。

備註2：單個的碼垛堆集的產品最好用方法C來測試。

方法C，碼垛堆集，複合堆放或垂直堆放的共振測試，包括評估負載平行堆放或複合堆放時共振的存在和影響，以及貨運箱的強度是否足夠承受動態負載的堆放。

4.8這些測試方法的使用，由適當的操作要求(包括測試強度、頻率範圍、測試周期)來確定。雖然這些測試沒有模擬到運輸環境，它們是用來創造運輸環境損壞產生潛在能力。這些測試的結果是相互不同的。

本標準規定了運輸包裝件、集裝單元進行隨機振動試驗時所用試驗設備的主要性能要求，試驗程序

及試驗報告的內容。

本標準適用於評定運輸包裝件、集裝單元經受隨機振動時，內外包裝的強度、包裝箱的封合強度和

包裝對內裝物的保護能力。它既可以作為單項試驗，也可以作為一系列試驗的組成部分。

5.6.1記錄試驗場所的温濕度。

5.6.2按預定的狀態將試驗樣品置於振動台台面上。

5.6.2.1 試驗樣品的重心要儘量接近枱面的中心，保證預期的振動（水平或垂直）能夠傳送到外包裝上。

5.6.2.2集裝貨載、堆碼振動或單獨的包裝件都應使用不固定方式放置，包裝件用圍框圍住，以免它在振動過程中從台上墜落。調整保護設施的位置，使試驗樣品在任意水平方向上有大約10 mm的活動空間。

5.6.2.3只有當包裝件在真實的運輸條件下需要固定時（如平板貨車），試驗時才將樣品固定放置。

5.6.3剛開始試驗時，必須保證其強度不能超過選擇的PSD曲線強度。

5.6.4按下列兩種方法進行試驗：

5.6.4.1 方法A：試驗應以至少低於預定PSD6 dB開始起動，然後分一步或幾步增加強度直到達到預

定值，使閉環控制系統在較低的試驗強度下完成均衡。

5.6.4.2方法B：應逐步遞增控制系統的驅動信號，使試驗強度逐漸增加到預定強度值。

注1：對於一個全新的試驗過程，隨機振動會產生一個相對振幅較大的低頻的位移。

注2：在試驗過程中試驗樣品可能產生強烈的機械反應。因此柵欄，保護物等都要有足夠的強度和安全性。在操作時應始終警惕潛在的危險並事先採取安全措施。如有危險發生請立刻停止試驗。

5.6.5時間

5.6.5.1繼續振動直至完成預定時間的隨機振動，或者直到包裝件出現損傷時停止試驗。這段時間的

振動完全是在預定強度下完成的，調節振動強度時間不計在內。

5.6.5.2可以增加試驗強度來縮短試驗時間。

5.6.5.3在能夠得到實際流通過程反饋信息的情況下，允許根據實際破損率來調整試驗時間和PSD。

例如：實驗室的試驗沒有產生實際的運輸損害水平，就可以調整。

這個測試方法會在測試樣辦上產生劇烈的機械反應。因比，測試設備的護欄必須足夠牢固和安全。操作者要對潛在的危險保持警惕和自身的安全有足夠的保護意識。如果測試出現危險情況，馬上停止測試

測試樣辦為實際用於運輸的貨運箱(實際填裝的內包裝和產品)，可以用次品和不合格產品來測試(但要測試前記錄下次品問題)。模擬樣辦可以用發展階段的測試，但不可以用在最後的接受性測試。

備註：當測試時不能使用實際產品(例如危險產品)時，可用代用品來測試。

傳感器要能感應到樣辦在測試中儘可能小的變更，獲得數據。如果有需要觀察測試過程中樣辦產品的變化，可在貨運箱的臨界位置開孔。

當有足夠的貨運箱和產品時，要求測試5次或更多次數來提高統計數據的可靠性。

在測試前或測試過程中使樣辦測試環境達到要求。如果沒有環境要求，而貨運箱材料容易受到環境影響，則推薦使用空調。

方法A1和方法A2-重複振動測試：

將測試樣辦按正常運輸放置位置放在測試平台上，附加裝置以限制樣辦從測試平面上掉下來和防止樣辦的過分擺動，但不能限制樣辦垂直方向的移動。調整限制裝置，使得測試樣辦的水平周邊有且只有大約10mm(0.4in)的空間。

用大概2Hz的頻率啓動平台振動，穩定的增加測試頻率，直測試樣辦的某些位置重複跳離測試平台。為了確保測試樣辦是受到連續的重複振動，當樣辦跳離測試平台時，用一塊厚1.6mm(1/26 in)，寬50mm (2.0in)的墊片塞到樣辦下，最少可以塞入100 mm(4.0 in和)長，墊片並能間隙地沿着某個樣辦的底面長度移動。使用足夠長的墊片以確保操作者的安全，並注意保持墊片平直地放在測試枱面上。

在這個振動頻率下，連續測試達到標準要求的時間或預定的週期或觀察到預定數目的損壞出現。即時停止測試，檢查損壞。

如果貨運箱在運輸過程可能會以其它方向擺放，則每個可能方向最少測試一箱。

備註：如果測試周期沒有要求，推薦測試一個小時。

檢查貨運箱和內在產品，並記錄測試中出現的損壞或變差結果。

方法B-單個貨運箱的共振測試：

按樣辦正常運輸放置位置將樣辦安全地固定在測試枱面上，以便要求的振動條件可以傳到測試樣辦的外部。將加速計放在台面的頂部或底部，儘可能靠近測試樣辦(但要確保不會被樣辦碰壞)，或者某個能夠產生具有代表意義數據的枱面的位置。監測枱面達到的振幅和頻率以確保要求的條件已經產生。

用其中一個方法可以測定共振頻率：正弦掃蕩輸入或任意輸入。

用正弦掃蕩進行共振搜索-調節振動測試儀器以達到要求的常量加速度振幅(0到峯值)，直到達到要求的頻率範圍。在一個連續的每分鐘為0.5到1.0信頻程的對數比率下，從最低頻率開始，掃蕩到頻率上限，再回到頻率下限。重複這個循環兩次，記錄樣辦的共振響應。這些共振頻率可以用不同的方法監測到，包括聽覺(聽響應)，視覺(一個頻閃觀測儀或視頻系統)，或一個加速度計。

備註：響應頻率在掃蕩上限和掃蕩下限是不同的，而測試樣辦的實際響應頻率會是在兩個頻率(上限共振頻率和下限共振頻率)的中間。

備註：如果測試精度沒有要求，則一個加速度為0.25g’s 到0.5g’s(2.45m/s2到4.9m/s2)的振幅(由0到峯值)，使頻率範圍達到3到100HZ，已經足夠刺激到產生響應。

用任意輸入進行共振搜索-和用正弦掃蕩比較，用任意輸入確認產品的共振頻率會更快(用寬頻輸入同步刺激測試樣辦的真實頻率)。見測試方法D3580。要用這個方法，則需要在測試樣辦上裝加速計來監測最大的響應頻率。同時測試枱面上也要裝加速計，以確保枱面的運動是要求的PSD的輸入頻譜。在振台運動方向設置傳感器以確認產品的共振頻率。

在最小的功率譜密度為0.005g2/Hz(0.049(m/s2)2/Hz)或公認的適當的頻譜下，最小頻率範圍為3到100Hz。注意，這個範圍並不代表任何特別的真實環境，僅僅是用來確認在運輸過程中經常出現的強制頻率範圍下樣辦的的自然頻率。啓動振動系統，啓動過程中PSD水平不能超過要求的範圍。在低於整個水平的最少6dB時開始測試，然後慢慢增加一個或多個併發的步驟來達到整個測試範圍。允許控制系統足夠穩定可以描述到一個穩定的頻譜形狀和水平。比較輸入和響應。記錄測試樣辦的共振響應。

備註：眾所周知，現有的一些振動測試設備只有有限的頻率範圍，必需附加設備以滿足推薦的頻率範圍要求。

在每次的共振頻率測定中要保持要求的時間長度(限於4個最強共振響應的最大值)，或直到貨運箱出現損壞。如有需要，調整振動頻率以保持共振。

備註：如沒有保持時間長度要求，則一般最小保持15分鐘。

模擬運輸過程中樣辦可能會被放置的方向，重複步驟。

檢查貨運箱和內在產品，並記錄測試中出現的損壞或變差結果。

方法C-碼垛堆集，複合負載或垂直堆放的共振測試：

將帶有標準尺寸的複合或碼垛堆集的測試樣辦放在測試枱面上，堆放高度等同實際高度。最好能測試真實用於正常運輸的負載，如伸縮膜，條帶，堆放結構，等等。如果運輸過程中會用到垂直堆放，要測試貨運箱的單獨垂直列負載時的共振。附加限制裝置以限制樣辦水平方向離開測試枱面，防止樣辦傾倒和過分擺動。調整限制裝置，使得測試樣辦的水平周邊有且只有大約10mm(0.4in)的空間。將加速計放在測試枱面儘可能靠近測試樣辦的位置(但要確保不會被接觸)

用其中一個方法可以測定共振點：正弦掃蕩輸入或任意輸入。

用正弦掃蕩進行共振搜索-調節振動測試儀器，產生達到要求常量加速度振幅(0到峯值)，直到達到要求的頻率範圍。在一個連續的每分鐘為0.5到1.0信頻程的對數比率下，從最低頻率開始，掃蕩到頻率上限，再回到頻率下限。重複這個循環兩次，記錄樣辦的所有的共振響應。這些共振頻率可以用不同的方法監測到，包括聽覺(聽響應)，視覺(一個頻閃觀測儀或視頻系統)，或裝一個加速度計在樣辦堆放負載的最高處。

備註：有多個單負載的樣辦會出現劇烈的響應。

備註：響應頻率在掃蕩上限和掃蕩下限是不同的，而測試樣辦的實際頻率會是在兩個頻率(上限共振頻率和下限共振頻率)的中間。

備註：如果測試精度沒有要求，推薦用一個加速度為0.25g(2.5m/s 2)的振幅(由0到峯值)，使頻率範圍達到2到100HZ。

用任意輸入進行共振搜索-和用正弦掃蕩比較，用任意輸入確認帶有碼垛堆集，複合負載或垂直堆放負載的產品的共振頻率會更快(用寬頻輸入同步地刺激測試樣辦所有的真實頻率)。見測試方法D3580。要用這個方法，則需要在測試樣辦最高負載的頂部上裝加速計來監測最大的響應頻率。這個傳感器要設置在樣辦外部，相對於內在的獨立的包裝的共振信息，來捕獲負載的共振頻率，同時測試枱面上也要裝加速計，以確保枱面的運動是代表要求的PSD的輸入頻譜。

在最小的功率譜密度為0.005g2/Hz(0.049(m/s2)2/Hz)或公認的適當的頻譜下，最小頻率範圍為3到100Hz。注意，這個範圍並不代表任何特別的真實環境，僅僅是用來確認在運輸過程中經常出現的強制頻率範圍下有堆放負載樣辦的自然頻率。啓動振動系統，啓動過程中PSD水平不能超過要求的範圍。在低於整個水平下的最少6dB時開始測試，然後慢慢增加一個或多個併發的步驟來達到整個測試範圍。允許控制系統足夠穩定可以描述到一個穩定的頻譜形狀和水平。比較輸入和響應。記錄測試樣辦的共振響應。

在步驟中，每次的共振頻率測定中要保持要求的時間長度(限於4個最強共振響應的最大值)，或直到貨運箱出現損壞。如有需要，調整振動頻率以保持共振。

備註：如沒有保持時間長度要求，則一般最少保持15分鐘。

檢查貨運箱和內在產品，並記錄測試中出現的損壞或變差結果。