试验简介｜随机振动（Random Vibration）苏试试验重庆广博实验室

一、基本观点

在自然界和工程实际中存在一种征象，其变革是高度不规则，无规律的，不可预估也不可重复，物理征象的这种变革规律称为随机的。

例如，海浪，地震，阵风（湍流），火箭的喷气噪声以及不平路面。
在随机征象浸染下，系统产生的振动规律也同样有随机的特色，振动过程是不愿定的，这样振动称为随机振动。
工程中有很多这样的实际例子：

在海浪浸染下，海洋平台构造、水面舰船、出入水的导弹的振动；

在湍流浸染下，翱翔器构造的振动；

在阵风浸染下，高耸建筑物、桥梁的振动；

在地震浸染下，所有地面建筑构造的振动；

在发动机喷气噪声以及大气气动噪声的浸染下，火箭、导弹等翱翔器构造的振动；

在不平路面的浸染下，各种车辆的振动。

（图为巨浪Ⅱ潜射洲际弹道导弹出水瞬间）

这些振动都是确定的工程构造在随机的外勉励力或运动勉励浸染下产生的，都是随机振动。
上述例子共同的特色是：

勉励和相应都不能用韶光的确定函数来描述；

对付某一特定时刻取值不愿定；

对付单个试验记录，从当前时候的值无法预估之后时候的值；

两次相同条件的试验结果不可能重复，但多次的试验结果放在一起却可以创造征象的某些统计规律。

便是说振动运动是随机的，以是在任一给定时刻t=t0时x的精确值不可能精确估量，我们最多只能求出在时候t0，x取值于某一区间的可能性或概率，给出在某一时候的统计规律。

（图为某型汽车行驶过程中产生的气动噪声）

二、随机振动试验

为了研究随机振动，我们采取统计学的方法来研究，如果随机过程的统计特性不随韶光变革，称之为平稳随机过程，当全体平稳随机过程的统计特性与每个样本的统计特性相同时，称这种平稳随机过程为各态历经的过程。
即韶光均匀即是集均匀。
随机振动试验也便是仿照一种各态历经的平稳随机振动过程。

随机振动掌握系统最基本的打算是快速傅里叶正变换(FFT)及逆变换(IFFT)，由于这是随机振动旗子暗记从时域变为频域，又从频域变换为时域的根本。

工程中，一样平常利用勉励的均方值与频率带宽的比值来评估，即PSD，其值=(均方)/(f1-f2)；可以得出，PSD的单位为units2/Hz；对付振动，常用的单位：

加速度随机勉励 (m/s2)2/Hz或G2/Hz；

速率随机勉励 (m/s)2/Hz；

位移随机勉励 (mm)2/Hz。

PSD被描述为带宽频率的函数；每一个带宽的取个中心肠位的频率值。
利用一条包络线来描述全体变革过程。
在实际利用中一样平常用双对数坐标系进行描述，虽然全体过程是随机的，但是PSD曲线只有限的遵守其随机性。

（图为将时域旗子暗记转换为频域内的PSD曲线的过程）

随机振动量值一样平常用加速度总均方根值Grms表示，其值即是在频率上对加速度谱密度积分后开根号。

（图为加速度总均方根值Grms示例）

三、试验履行

在随机测试中，振动台是由一个宽带随机旗子暗记驱动。
反馈掌握旗子暗记调度该驱动旗子暗记来产生一个与测试目标谱同等的相应。
掌握算法打算出输出驱动和输入掌握通道之间的逆通报函数，是放大器，振动台，和被测试件（UUT）相应的综合。
通过逆通报函数和相应谱打算得出一个输出驱动谱。
再根据相位随机发生器和逆FFT产生一个随机驱动输出韶光流。

随机振动试验的掌握，主要的问题是实现振动试验过程的均衡。
当给系统输入一个勉励旗子暗记，系统会产生一个相应旗子暗记。
其相应取决于系统的动态特性，振动试验系统的通报函数H()(或称传输比)紧张是由振动台和试件的动态特性所决定,其输入、输出之间的关系为

Y(f)=H（f)X(f) (1)

由于在频谱再现式宽带随机振动掌握过程中，我们只关心频域的幅值特性，故公式(1)可以变换为输入、输出旗子暗记自功率谱函数的关系式，即

Sy()=|H() |2Sx() （2)

要使振动台上掌握点知足试验规范中所哀求的参考谱Sr()，即哀求Sy()=Sr（)，则必须使输给系统的驱动谱(即振动台输入旗子暗记的自功率谱)Sx()知足下式的哀求。

(3)

公式(3)是随机振动试验中实现频谱均衡的基本公式，均衡的详细过程如图1所示。

（图为均衡过程示意图）

在掌握试验之前，要根据试验规范规定的试验条件设置参考PSD(Sr)，掌握的目的是要使掌握点的PSD(Sr)与参考PSD(Sr)相符合，由公式(3)可得Sy()=Sr（)=Sx（)|H()|２。
上式表明，参考PSD（Sr)被设定后，驱动PSD(Sr)与被控系统的传输比|H()|2的乘积应即是参考PSD(Sr)。
由此我们可以将随机振动掌握的过程概述为：修正驱动谱PSD(Sr),以补偿被控系统的传输比H，并终极使它们的乘积与参考PSD(Sr)相同等(许可有一定的偏差)。

在试验掌握之前，一样平常不会预先知道被控系统的传输比H。
为求出被控系统的传输比H，可以首先假设被控系统的传输比即是1。
这样，就可以先将参考PSD(Sr)作为驱动PSD(Sr)去驱动振动台产生振动(为了避免超限振动对试件的影响，均衡过程新开始的振级要比试验振级小得多，待振动掌握达到均衡状态后再升至试验哀求振级进行试验，这个过程称为预均衡)。
然后，测试掌握点的振动旗子暗记的PSD(Sy)。
这时，我们再利用已知的被控系统的输入(Sr)和测试的输出(Sy1)求出它的传输比H1，即

(4)

求得被控系统的传输比H1后，就可以改动新的驱动PSD(Sr1)，即

(5)

将新的驱动PSD(Sr1)勉励振动台产生振动后，又可测得新的Sy2，求出新的传输比H2。
由于被控系统的非线性和时变形，每次求得的传输比不可能完备相同。
因此必须通过反复叠代的过程才能达到哀求并保持均衡状态。
反复叠代不断改动，终极使掌握谱落入参考谱的容差带内。

（图为20T振动台，台面尺寸20002000mm）

苏试试验重庆实验室现行采取苏试集团自主研发生产的推力1T至20T各型振动台及RC-3000试验掌握系统，可实现最大加速度总均方根值100Grms、最大p-p位移100mm随机振动试验，并确保试验履行过程中各项参数掌握精准，偏差知足标准方法哀求。

（图为8T高加速度振动台，可实现最大加速度总均方根值100Grms随机振动）

（图为5.4T振动台，可实现最大p-p位移100mm随机振动）

四、试验标准

苏试试验重庆实验室目前已通过CNAS、CMA等机构认可多项随机振动试验标准方法，现列举一些常用的干系试验方法如下。

GB/T 2423.56-2018《环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动和导则》；

GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法》方法214；

GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2026.1；

MIL-STD-202G：2002《电子电器部件测试标准》方法214A；

GJB150.16A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验》；

MIL-STD-810H-2019《环境工程考虑和实验室试验 第二部分 实验室试验方法》514.8

RTCA DO160G：2010《机载设备环境条件和测试程序》第8章 振动。

五、小结

随机振动作为一种最普遍的振动试验方法，能靠近真实的还原实际振动环境，越来越多的运用于仿照产品实际利用环境中受到的振动。
苏试试验重庆实验室已积累丰富的工程履历，能根据不同形状尺寸、材质构造的产品或分外哀求，针对性的设计专用工装及制订专项试验方案，以达到精准有效的将振动应力施加到产品上，担保试验的合理与有效。