隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)原理與標(biāo)準(zhǔn)
一、基本概念
在自然界和工程實(shí)際中存在一種現(xiàn)象，其變化是高度不規(guī)則，無(wú)規(guī)律的，不可預(yù)估也不可重復(fù)，物理現(xiàn)象的這種變化規(guī)律稱為隨機(jī)的。例如，海浪，地震，陣風(fēng)（湍流），火箭的噴氣噪聲以及不平路面。在隨機(jī)現(xiàn)象作用下，系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)規(guī)律也同樣有隨機(jī)的特征，振動(dòng)過(guò)程是不確定的，這樣振動(dòng)稱為隨機(jī)振動(dòng)。
工程中有很多這樣的實(shí)際例子：
在海浪作用下，海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)、水面艦船、出入水的導(dǎo)彈的振動(dòng)；
在湍流作用下，飛行器結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；
在陣風(fēng)作用下，高聳建筑物、橋梁的振動(dòng)；
在地震作用下，所有地面建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；
在發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣噪聲以及大氣氣動(dòng)噪聲的作用下，火箭、導(dǎo)彈等飛行器結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；
在不平路面的作用下，各種車輛的振動(dòng)。
振動(dòng)測(cè)試是仿真產(chǎn)品在運(yùn)(Transportation)、安裝(Installation)及使用(Use)環(huán)境中所遭遇到的各種振動(dòng)環(huán)境影響，本試驗(yàn)是模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、安裝及使用環(huán)境下所遭遇到的各種振動(dòng)環(huán)境影響，用來(lái)確定產(chǎn)品是否能承受各種環(huán)境振動(dòng)的能力。振動(dòng)試驗(yàn)是評(píng)定元器件、零部件及整機(jī)在預(yù)期的運(yùn)輸及使用環(huán)境中的抵抗能力。
振動(dòng)試驗(yàn)的目的是模擬一連串振動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)試產(chǎn)品在壽命周期中，是否能承受運(yùn)輸或使用過(guò)程的振動(dòng)環(huán)境的考驗(yàn)，也能確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的要求標(biāo)準(zhǔn)。振動(dòng)試驗(yàn)的精華在于確認(rèn)產(chǎn)品的可靠性及提前將不良品在出廠前篩檢出來(lái)，并評(píng)估其不良品的失效分析使其成為高水平，高可靠性的產(chǎn)品。
二、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)
為了研究隨機(jī)振動(dòng)，我們采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來(lái)研究，如果隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化，稱之為平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，當(dāng)整個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性與每個(gè)樣本的統(tǒng)計(jì)特性相同時(shí)，稱這種平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程為各態(tài)歷經(jīng)的過(guò)程。即時(shí)間平均等于集平均。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)也就是模擬一種各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程。
隨機(jī)振動(dòng)控制系統(tǒng)最基本的計(jì)算是快速傅里葉正變換(FFT)及逆變換(IFFT)，因?yàn)檫@是隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域變?yōu)轭l域，又從頻域變換為時(shí)域的基礎(chǔ)。
工程中，一般使用激勵(lì)的均方值與頻率帶寬的比值來(lái)評(píng)估，即PSD，其值=(均方)/(f1-f2)；可以得出，PSD的單位為units2/Hz；對(duì)于振動(dòng)，常用的單位：
加速度隨機(jī)激勵(lì) (m/s2)2/Hz或G2/Hz；
速度隨機(jī)激勵(lì) (m/s)2/Hz；
位移隨機(jī)激勵(lì) (mm)2/Hz。
PSD被描述為帶寬頻率的函數(shù)；每一個(gè)帶寬的取其中心位置的頻率值。使用一條包絡(luò)線來(lái)描述整個(gè)變化過(guò)程。在實(shí)際使用中一般用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系進(jìn)行描述，雖然整個(gè)過(guò)程是隨機(jī)的，但是PSD曲線只有限的遵守其隨機(jī)性。
隨機(jī)振動(dòng)量值一般用加速度總均方根值Grms表示，其值等于在頻率上對(duì)加速度譜密度積分后開(kāi)根號(hào)。
三、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)列舉一些常用的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方法：
GB/T 2423.56-2018《環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fh：寬帶隨機(jī)振動(dòng)和導(dǎo)則》；
GJB 360B-2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法214；
GJB 548B-2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》方法2026.1；
MIL-STD-202G：2002《電子電器部件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》方法214A；
GJB150.16A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第16部分：振動(dòng)試驗(yàn)》；
MIL-STD-810H-2019《環(huán)境工程考慮和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 第二部分 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》514.8
RTCA DO160G：2010《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和測(cè)試程序》第8章 振動(dòng)。