一种联合振动试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及振动试验领域，该装置及方法将低频振动设备与高频振动设备有效结合，用于振动环境模拟试验。
【背景技术】
[0002]振动试验的目的是在实验室条件下对产品或设备在运输、使用等过程中所处的振动环境进行模拟，以检验其可靠性、稳定性等指标。目前振动试验被广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、核工业等国防领域以及汽车、建筑等民用工业部门。振动试验在国防领域不仅为新型武器系统和装备提供重要的设计依据，而且作为武器装备的主要测试手段，常用于装备性能、可靠性、临战状态的考核与验收:如判断各部件及整机的动力强度，模拟导弹、火箭、卫星的环境试验，测试飞机飞行的振动特性等。作为现代工程技术领域的一项基本试验，振动试验也是工业产品研发的重要手段，广泛应用于许多重要的工程领域:如工业生产中的各种材料、零部件、构件乃至整机或建筑物的力学性能试验，工程材料高频疲劳试验，汽车、行走机械的道路模拟试验，水坝、高层建筑等大型工程的抗震试验等。通过振动试验可以使设计更加合理，使用更加可靠。
[0003]振动台是一个集激振系统、测试系统和软件分析系统于一体的完整的现代振动测试系统，是振动环境模拟的物理基础和实现载体。按照驱动方式的不同，可以分为机械振动台、电动振动台、液压振动台、电磁式振动台、压电式振动台和磁致伸缩振动台。相对而言，机械式振动台具有结构简单、安装方便、成本低等优点，但也存在出力小、结构复杂、可控性差等缺点。电动振动台由恒定磁场和位于磁场中的通电线圈的相互作用产生电动力来驱动。具有频率范围宽、系统线性好、容易控制、波形失真小等优点，但一般而言电动台台面负载小、位移小、系统庞大及造价较高。液压振动试验系统具有功率重量比和力质量比大，响应快速，刚度大，抗干扰能力强，误差小，精度高等优点。同样，电液振动系统也存在如下缺点:工作频率范围小于电动振动台，在高频率范围内工作相对困难，多数情况下适用于在低频区及中频区振动试验。另外由于采用的是液压系统，受工作环境、油液温度、液压密封件的摩擦的影响较大，容易产生压力脉动和产生共振等。压电式振动台驱动频率更高，但激励较小，适用于小型零件试验。可见，目前一般根据试验条件选择不同类型的振动台，可以由单台及多台同种类型振动台组成试验系统。
[0004]然而，对船舶、航空航天飞行器等复杂结构，外形复杂，内部机械设备较多，种类各不相同，且往往同时运行工作，常导致其结构的振动响应实际是多个机械设备振源共同作用的结果。此外，在设备运行阶段，还受扰动气流、附面层脉动气流产生的启动噪声等多种分布振动激励。
[0005]现有的振动试验系统因设备特性的区别往往只能实现设备允许的振动量级，如宽频小振幅，低频大振幅等，而对于低频高窄带加随机、宽频较大量级、非高斯等特殊振动环境存在局限性。
[0006]目前，对于需要同时进行高频和低频振动试验的试件来说，还没有一种完全适用的振动试验系统。
【发明内容】
[0007]本发明目的是提供一种联合振动试验装置及方法，该装置将低频振动设备与高频振动设备有效结合，用于振动环境模拟试验。
[0008]本发明是如此实现的:
[0009]一种联合振动试验装置，用于对包含试件低频段和试件高频段的试件进行振动实验，对试件低频段进行低频振动，对于试件高频段进行高频振动；其中:包括液压油源、伺服阀、液压作动器、扩展台、平台传感器、试件传感器、连接块、导杆、高频激振器、弹性单元、磁流变液阻尼器和功放组；
[0010]液压油源、伺服阀、液压作动器、扩展台和平台传感器组成低频振动系统；液压油源是动力源，为液压作动器提供液压；伺服阀联接液压油源和液压作动器，将小功率的输入电信号精确而快速地转变为大功率的液压信号，输出的液压信号去驱动液压作动器，带动扩展台运动；
[0011]扩展台为平台结构，试件低频段直接安装于扩展台台面；平台传感器固定布置于扩展台台面；
[0012]连接块、导杆、高频激振器、功放组及试件传感器构成高频振动系统；功放组用于驱动高频激振器；高频激振器一端与弹性单元及磁流变液阻尼器固定连接，一端通过导杆与连接块固定连接；连接块连接导杆及试件高频段；
[0013]弹性单元及磁流变液阻尼器设置于扩展台台面和高频激振器之间，弹性单元及磁流变液阻尼器组成的结构传递特性与试件低频段到试件高频段的传递特性相同；
[0014]试件传感器安装于试件高频段。
[0015]如上所述的一种联合振动试验装置，其中，在所述弹性单元及磁流变液阻尼器与扩展台台面之间，设置转接板，转接板包括:柱体、连接螺栓和螺母；柱体下侧与扩展台台面固定连接，螺母上端与弹性单元及磁流变液阻尼器固定连接；柱体底部外侧为外螺纹结构，与螺母的内螺纹配合；连接螺栓固定柱体和螺母。
[0016]一种联合振动试验方法，其中，使用如上所述的联合振动试验装置，包括如下步骤:
[0017]步骤1、安装试件于扩展台，且断开试件高频段与连接块；
[0018]步骤2、发送预设定信号至伺服阀，并采集平台传感器及试件传感器响应信号；
[0019]步骤3、计算伺服阀至扩展台的传递特性，以及扩展台与试件低频段的连接界面至试件高频段的传递特性；
[0020]步骤4、根据扩展台与试件低频段的连接界面至试件高频段的传递特性，选择弹性单元及磁流变液阻尼器；
[0021]步骤5、连接试件高频段与连接块；
[0022]步骤6、发送预设定信号至高频激振器，并采集试件传感器响应信号，计算高频激振器至试件高频段的传递特性；
[0023]步骤7、对于指定的试件实验信号，根据伺服阀至扩展台的传递特性、扩展台与试件低频段的连接界面至试件高频段的传递特性、高频激振器至试件高频段的传递特性，计算得到伺服阀和高频激振器的输入信号，对于伺服阀和高频激振器进行控制，开展实验。
[0024]本发明的优点在于:根据上述结构和方法，本发明将低频振动设备与高频振动设备有效结合，综合设备的优势，扩展振动试验系统的使用范围，提高了试验效率，并且更好地模拟被试对象的使用环境，得到更可靠的试验数据；由于能够有针对性地同时提供低频和高频振动，获得最真实的数据，所以其试验效果远优于分别进行低频和高频试验，对被试对象的设计具有很高的参考性。
【附图说明】
[0025]图1为本发明一种联合振动试验装置；
[0026]图2为磁流变液阻尼器主视图；
[0027]图3为转接板主视图；
[0028]图4为转接板俯视图。
[0029]I液压油源；2伺服阀；3液压作动器；4扩展台；5平台传感器；6试件低频段；7试件高频段；8试件传感器；9连接块；10导杆；11高频激振器；12弹性单元；13磁流变液阻尼器；14转接板；15功放组；131线圈；132封闭壳体；133磁流变液；134阻尼器连接板；135阻尼杆；136线圈电极；141柱体；142连接螺栓；143螺母。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
[0031]如图1所示，一种联合振动试验装置，包括液压油源I ;伺服阀2 ;液压作动器3 ;扩展台4 ;平台传感器5 ;试件传感器8 ;连接块9 ;导杆10 ;高频激振器11 ;弹性单元12 ;磁流变液阻尼器13 ;转接板14 ;功放组15。
[0032]磁流变液阻尼器13包括:线圈131、封闭壳体132、磁流变液133、阻尼器连接板134、阻尼杆135、线圈电极136。转接板14包括:柱体141、连接螺栓142、螺母143。
[0033]所述联合振动试验装置对于试件进行试验，所述试件包括试件低频段6和试件高频段7。
[0034]液压油源1、伺服阀2、液压作动器3、扩展台4和平台传感器5共同组成低频振动系统。
[0035]在本申请中，是指一般200Hz以内为低频，200Hz以上为高频。当然，上述数据并没有限定本申请所述发明的应用范围。
[0036]其中，液压油源I是动力源，为液压作动器3提供具有恒定压力和流量的液压油，使液压作动器3给试件低频段6及转接板14加载，达到动态疲劳试验的目的。伺服阀2是液压油源I和液压作动器3的联接桥梁，其功能是将小功率的输入电信号精确而快速地转变为大功率的液压信号输出，输出的液压信号去驱动液压作动器3，而带动负载运动。液压作动器3是低频振动系统主要执行元件，一端与伺服阀2连接，接收伺服阀2的控制信号，并在液压油源I提供的高压油作用下推动另一端的扩展台4运动。扩展台4的作用主要包括:按照试验要求，可靠地装夹试件低频段6及转接板14 ;实现与液压作动器3的连接；将液压作动器3的运动和能量不失真地传递到试件低频段6上，避免出现共振和隔振现象。
[0037]液压油源I与伺服阀2通过液压管路连接；伺服阀2与液压作动器3固定连接并保证密封性；液压作动器3与扩展台4螺纹固定连接保证不失真传递并易于拆卸；扩展台4与试件低频段6及转接板14固定连接。
[0038]平台传感器5固定布置于扩展台4台面，连接方式可以为螺纹连接、粘结等。平台传感器5采集平台表面的加速度、速度、位移等信号并传输至计算机，伺服阀2的指令信号同样发送至计算机，将二者进行时域或频域分析，即可得到伺服阀2至扩展台4的传递特性。
[0039]试件由试件低频段6及试件高频段7共同组成，实现联合振动的主要任务之一即要计算试件低频段6至试件高频段7的连接特性，并据此选择弹性单元12及磁流变液阻尼器13的量级。从而使用弹性单元12及磁流变液阻尼器13来模拟试件低频段6至试件高频段7的结构，保证从试件自身传递的信号和从弹性单元12及磁流变液阻尼器13传递的信号一致，从而保证试件高频部分7的安全性和实验可靠性。
[0040]计算连接特性时，对平台传感器5及