一种根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法与流程

本发明涉及振动试验，具体地，涉及一种根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法。

背景技术：

三轴多激励振动试验技术是一种在X、Y、Z三个方向同时施加振动的振动试验技术。由于试验条件的改变，如果将X、Y、Z每个轴向振动条件同时施加到三轴振动上，会造成试验产品上应力过大，引起过试验甚至会造成产品的破坏，需要重新制定三轴振动试验条件。

由于振动试验中引起破坏的主要参数是关键点的最大应力，即产品上关键部位的最大应力。为保证三轴振动时关键点应力与X、Y、Z每个轴向振动时最大等效应力相同，以单轴振动试验条件为基准，设计了一种根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法，本发明适用于单轴振动试验条件已知的情况下，根据最大应力等效情况下三轴振动试验条件的制定。

根据本发明提供的根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法，包括如下步骤：

步骤S1：将单轴振动中每个方向上试验条件施加到三轴振动对应方向上，根据裁剪原则，改变三轴振动每个方向上的试验条件，得到三轴振动时的试验条件；

步骤S2：保持振动控制谱为梯形谱不变的裁剪原则，改变三轴振动每个方向上的振动均方根值大小；

步骤S3：确定关键点，提取所述关键点在每个单轴振动时对应方向的最大等效应力与三轴同时振动时该所述关键点处的等效应力值，根据试验件，计算三轴同时振动时每个方向的梯形控制谱裁减系数，分别按照求解出的梯形控制谱裁减系数进行裁减，得到根据最大应力等效的新控制谱。

优选地，所述裁剪原则，具体为保持振动控制谱的扫频范围和各拐点的频率值不变，同时保持对数功率谱密度曲线中斜线段的斜率不变。

优选地，所述步骤S3包括如下步骤：

步骤S301：确定关键点，提取所述关键点在三个单轴振动时最大等效应力σ＇与三轴同时振动时该关键点处的等效应力σ；

步骤S302：根据公式1，计算剪裁系数t

步骤S303：根据公式2，计算得到X方向剪裁后控制谱G_RMSX，Y方向剪裁后控制谱G_RMSY，Z方向剪裁后控制谱G_RMSZ。

G_RMSi＝t·G_RMSi’(i＝X，Y，Z) (2)

式中G_RMSi(i＝X，Y，Z)分别为剪裁前X方向、Y方向、Z方向的控制谱。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在保持输出梯形谱扫频范围以及各拐点的频率值不变，同时保持对数功率谱密度曲线中斜线段的斜率也不变，改变输出梯形谱的直线段的值，从而实现对控制谱整体的缩减；

2、本发明在三轴同时振动情况下将振动控制谱进行等效裁剪，避免因三轴同时施加载荷引起试件应力过大的现象，避免过试验的发生，保证了试验的顺利完成。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明三轴振动与单轴振动试验条件等效制定方法对应的一种梯形谱；

图2为梯形谱加速度均方根值计算图；

图3为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，其中，ω_a为频率f＝20Hz处对应的加速度功率谱密度值，ω_b为f＝80Hz处对应的加速度功率谱密度值，ω₁为频率f＝350Hz处对应的加速度功率谱密度值，ω₂为频率f＝2000Hz处对应的加速度功率谱密度值。

其中，关键点为试验产品上所关心的关键部位，如结构连接部位等。三轴振动时关键点等效应力大于每个对应单轴单独振动时的等效应力。

最大应力等效要求任一关键点在三轴振动时等效应力等于单轴单独振动时的最大应力值且保证剪裁后三轴振动控制点输出谱均保持梯形谱，因此需要对三轴振动的输出梯形谱做剪裁。

在本发明中，保持所述输出梯形谱扫频范围以及各拐点的频率值不变，即保持20Hz，80Hz，350Hz，2000Hz四个频率点不变，同时保持对数功率谱密度曲线中斜线段的斜率N也不变，即保持“+3”和“-3”不变，改变输出梯形谱的直线段的值，即改变ω_b的值，则ω_a和ω₂的值也是随之改变。

在本实施例中，本发明提供的一种根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法，具体裁剪过程如下：

步骤301：确定关键点，提取所述关键点在三个单轴振动时等效应力最大值σ＇与三轴同时振动时该关键点处的等效应力值σ；

其中，X轴单轴振动时X向的控制谱加速度均方根值为G_RMSX’，Y轴单轴振动时Y向的控制谱加速度均方根值为G_RMSY’，Z轴单轴振动时Z向的控制谱加速度均方根值为G_RMSZ’，三轴同时振动时X向的控制谱加速度均方根值为G_RMSX，三轴同时振动时Y向的控制谱加速度均方根值为G_RMSY，三轴同时振动时控制谱加速度均方根值为G_RMSZ。

步骤302：设三轴振动时三个方向的加速度梯形控制谱剪裁系数分别t，则t＝σ＇/σ。

步骤303：将三轴振动时三个方向的振动控制谱分别按照求解出的系数进行剪裁，得到根据最大应力等效的新控制谱。

根据梯形谱均方根值计算公式可计算出梯形谱对应参数值，得到相应方向的裁剪后的谱型。

梯形随机振动加速度功率谱密度函数均方根值计算：

对于图2所示的加速度功率谱密度曲线，利用升谱和降谱以及平直谱计算公式平直谱计算公式：

A₂＝ω×(f₁-f_b) (3)

升谱计算公式

降谱计算公式

式中：m＝N/3，N为谱线的斜率(dB/octive)

若N＝-3则m＝-1时，应用罗比达法则可得

加速度总均方根值：

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。