前文介绍了电子设备振动环境试验概念,以及几种主要试验类型、试验条件的修正、试验过程中一些注意事项和试验方法等。
本文将对振动试验的边界和界面等问题开展相关探讨。
试验边界条件
在仿真分析中,误差和错误的来源主要包括数学模型(及其算法)、几何模型、参数、载荷和边界条件等。
仿真分析中的误差
在真实的试验中,数学模型(及其算法)、几何模型、参数一般不作为误差来源(不考虑替代模型的等效试验);载荷带来的误差系列文章中多次提到,主要和加载规范以及试验目的有关;边界条件引起的误差前文较少涉及,只讨论过边界引起的过试验。
电子设备振动环境试验(10) —— 试验条件修正
本文主要讨论振动试验的边界和界面对试验的影响。
系统与分系统
振动试验中的边界和界面问题,很大一部分是源于系统与分系统的界面问题。
在系统工程中,我们会将一个复杂系统分解为类似系统-分系统-组件-元器件等层级;各个层级对自己的产品负责;总体单位负责系统拆分和集成。在这个过程中,根据经验,尽可能将各个层级间解耦;然而对于动力学系统而言,解耦往往是非常困难的。
由于设备的真实边界,通常都是有限刚度的;而在振动试验中,其边界大多采用刚度近似无穷的固定边界;当激励频率与被测设备达到共振时,往往会带来极大的过试验。现实中,设备达到共振时,会出现动力吸振效应,输入能量会下降;而振动台上,由于边界刚度近似无穷大,设备输入的能量被放大很多,引起过试验。
对于这类问题,通常有以下几种处理方法:
在一些标准里,会推荐采用接近实际连接刚度的夹具去模拟连接关系;不过这种方式实现很困难,同时也会带来其他问题;相反,在大多数标准里,要求夹具的刚度尽可能的高,条件允许情况下要求系统基频高于加载的1.5倍,至少也需要达到被测设备基频的1.5倍以上;在这种情况下,试验边界的问题可能会非常突出;
通过对输入条件修正,在共振点进行下凹处理,系列文章中多次提到这种方法;
通过对被测设备关键部位进行限幅;这类处理方法实际上并未解决试验过程中的边界或者加载问题,更大程度上属于对设备保护的一种控制方式;
通过力限控制实现更真实的加载;受限于设备的能力和相关规范发展,这类处理方法目前应用较少,未来可能在一些行业中会得到进一步推广;
对于平台-组合-器件系统,理想的系统层级关系包括:
平台相对于组合质量较大,组合相对于器件质量较大;
组合基频是平台系统的2倍以上,器件基频是组合系统的2倍以上;
对于这类系统,振动试验在低频段几乎不存在边界和界面问题。然而,对于大多数系统,要满足上述条件,在技术和代价等因素条件下,几乎是不可能的。
尤其对于分系统质量相对较大的系统,界面问题给设计和试验带来了巨大的困难,目前也没有统一的解决方法。
系统与分系统中边界和界面问题,不仅仅是技术上的困难,底层逻辑难点在于分工和研制生产模式,这里不进一步展开讨论。
当被测设备带有减震器时,理想条件下带减震器参与振动试验。
如果由于各种原因减震器无法参与试验,则需要对试验条件进行修正和评估:
评估减震器引起的频率变化、阻尼影响,以及在不同频段的试验量级;
尤其要关注减震器的非线性问题;
减震器本身的抗振动能力;
最后
本文对振动试验的边界和界面等问题进行了简单的探讨。
振动试验有非常多的内涵,是现代工业的重要环节。作者水平有限,系列文章只能介绍一些简单理论和基础经验;设计师还需要通过结合不同行业的经验、案例和标准提升对振动试验的认知。
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