一种新的全轴随机振动试验环境特性研究蒋培博士研究生蒋培陈循张春华陶俊勇国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙,410073摘要:针对新型的可靠性强化振动试验设备——反复冲击机,对其全轴进行了随机振动特性研究。对此类非平稳非高斯的多轴随机振动信号,建立了全面的数字表征和相关的物理解释,并就相应特征与常规试验的电磁振动台进行了比较。结果表明,反复冲击机的振动激励从频带范围、峰值分布、应力加载率等方面,都明显优于电磁振动台,并且反复冲击机的椭球振动能同时施加多轴应力,从而有更高的缺陷激发能力。关键词:随机振动;循环平稳;高阶统计量;疲劳累积;可靠性强化试验:TU394.3:1004-132(200402-0119-05ⅩCharacteristicsofaNewAll-axisRandomVibrationTestingEnvironment激angPeiChenXunZhangChunhuaTaoJunyongNationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,410073Abstract:Theallaxisrandomvibrationcharacteristicsofrepetitiveshockmachine,anewvibra-tionequipmentforreliabilityenhancementtesting,wasfullystudied.Forthenonstationaryandnon-Gaussianmultiaxialrandomvibrationsignals,theirall-sidedmathematicdescriptionswereextractedandcorrespondingphysicalexplanationswerepresented.Moreovertheyhadbeencomparedwithcon-ventionalElectroDynamic.TheresultsshowthatrepetitiveshockmachineisbetterthanElectroDy-namicattheaspectsoffrequencyscope,peekamplitudedistributionandstressloadingrate,anditsellipsoidvibrationcanloadall-axisstresssoastocausefailureseffectively.Keywords:randomvibration;cyclostationary;higher-orderstatistics;accumulatedfatigue;ReliabilityEnhancementTesting收稿日期:2003—04—160引言反复冲击试验机(repetitiveshock,RS是一种新的可靠性强化试验设备,该试验设备为一种新型的超高应力试验系统,能够施加由振动、温度、湿度三应力综合的超高应力环境。该系统的振动环境利用反复的冲击来产生三轴六自由度随机振动环境。RS机的全轴(即三维空间中的三轴向平动和转动,亦即三轴六自由度随机振动环境应用于可靠性强化试验具有远远高于传统电磁振动台(electrodynamic,ED振动环境的激发效率。本文对RS机的全轴随机振动试验环境机理进行了探讨。1实验方案首先对RS机和ED机试验环境振动信号进行数据采集,图1为RS机采集实验原理图。三轴加速度传感器为BK4321;电荷放大器为BK2635(自带滤波功能;频带可达到10kHz;多通道数字存储示波器采用TektronixTDS3032;多通道A/D采样板采用DATAQDI-729系列,最高采样频率可以达到250kHz。实验对象是9气槌的RS机和推力50kN的常规ED机。本文研究主要针对RS机三轴向平动特性进行研究。2全轴随机振动特性对RS机全轴随机振动特性的研究从以下3个层次展开:单点振动在坐标轴轴向分量的振动特性;单点振动在坐标轴轴向分量间的联合振动特性;多点振动之间的相互关系。另外,RS机与ED机比较研究针对的是随机振动,这是因为随机振动应用最广泛且激发试件缺陷效率相对较高。2.1单点振动空间各坐标轴轴向分量的振动特性图2a~图2c为RS机在1g振动量级下x、y・119・和z三轴轴向振动信号,图2d为同等振动量级下ED机的随机振动信号。设定RS机三个轴向的振动波形相似,并且后续分析表明其振动特性一致。下面以RS机z轴轴向振动为代表分析RS机的单轴特性。(aRS机x轴(bRS机y轴(cRS机z轴(dED机图2RS机x、y和z轴以及ED机单轴振动加速度时间历程2.1.1平稳性检验首先应用轮次检验法对RS机z轴振动信号进行平稳性检验,表明在99%的置信度水平上RS机振动信号是非平稳的。进一步分析发现,RS机振动信号表现出周期平稳性,自相关函数存在着近似周期,需进一步对其进行循环平稳性检验。针对RS机的非平稳振动信号构造2个自由度的2分布的二元决策统计量[1]Dk(=NMk,C-1k,MTk,(1式中,为候补的循环频率;N为样本中观测点个数;Mk,为1×2的行向量,由样本的k阶循环矩估计值的实部和虚部构成;Ck,为Mk,估计的协方差矩阵。循环平稳检验结果表明:在置信度大于99.5%的水平下,[0,1000Hz]范围内有多处循环频率,其中在频率35Hz处的置信度水平最高...