振动试验基础：加速振动技术

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　　耐久试验，特别是预定频率上的10⁷次应力循环的耐久试验，往往需要很长时间，有的甚至长达几百小时，例如10⁷次应力循环在30Hz上试验时就需近100小时，在50Hz上试验时就需近50小时，这种情况无论对人，对试验设备，或从经济性和生产效率来说都是个问题。而加速振动是解决这一问题的一个较好的途径。

　　加速振动是指选用振动试验参数中某一最敏感的参数，使其在某种特定的试验机理支配下，以改变这一参数的量值来缩短试验时间。用增加振动加速度值的方法来缩短试验时间是其中最好的一种方法。

　　用增加振动加速度来缩短试验时间的方法是从疲劳理论出发的。所谓疲劳是指产品在交变重复载荷(应力)作用下，使损伤不断累积，最后导致破坏的现象。根据疲劳理论，重复载荷在结构上所产生的应力σ和应力作用下结构发生破坏的应力循环数，可以画成如图1所示的曲线。

　　图1 加速振动的典型σ(A)- N曲线图

　　图1的曲线是实验数据的平均值，通常以对数座标给出。由图1可见：

　　1、在一定的应力(例如图中的σ1)作用下，材料所能承受应力循环数为N1。该N1就称为在σ1作用下的疲劳寿命。如果材料在低于某一特定应力不再发生破坏，即在此应力下材料就可承受无限次应力循环，则该应力就称为材料的极限应力，即图1中的σel。

　　2、持久极限应力一般在屈服应力的50%~80%之间，具有代表性的数值为50%‘即σel=0.5σs。所以图1中的纵座标以σel标准化，纵座标为1的地方是持续极限应力，纵座标为2的地方为屈服应力。


　　3、静拉伸试验表明，当应变超过0.4%时，材料就进入塑性状态。此时材料的内应力就超过弹性极限应力，即达到屈服应力，从而产生永久变形。疲劳经验告诉我们，当应变超过0.4%时，其寿命就小于10⁴次应力循环。如果把材料看成理想塑性，则当外力增加时应力就不变。也就是材料在小于10⁴次破坏时，其破坏曲线平行于N轴，即图1中的ac段。如果材料不产生屈服，材料在小于10⁴次时的破坏曲线如图1中acˊ段(虚线)。

　　4、如果曲线存在转折点的话，则大都在10⁶~10⁷之间，美国振动冲击手册取转折点为10⁶次，即与疲劳极限相对应的破坏循环数为5×10⁶次，这就确定了图1中的b点。此点说明，材料在σel的作用下，经过5×10⁶次应力循环还不被破坏，就永远不会在该应力下破坏，这就决定了bd段为一平行于N轴的直线。

　　5、将材料在10⁴~5×10⁶次被破坏的实验数据的平均值画在图1的双对数座标上 则σ-N曲线的中间部分(即a和b点之间的部分)为一直线。

　　由上面的叙述可见，图1中的曲线可以作为产品在振动条件下经受疲劳破坏的依据。由图1中的ab段可见，当试验样品所经受到的应力低时，所要求的破坏循环数就多;反过来，当试验样品所经受到的应力高时，所要求的破坏循环数就少，即所需的试验时间就短，这就是加速振动的原理。可见只要将上面叙述的σ-N的关系换成A-N的关系。

　　就可用于实际的加速振动试验中。美国振动冲击手册第24章对A-N之间的关系所推荐的经验公式为：

　　式中：N、A为曲线上任一点的破坏循环数及相对应的振动加速度;Nel、Ael为曲线转折点的破坏循环数(极限破坏循环数)及相对应的振动加速度;K为大于零的常数

　　上式表明：对被试产品来说，如果它在原规定的加速度和振动次数发生破坏(不破坏)，则按A-N曲线提高振动加速度和减少振动次数后同样会出现破坏(不破坏)，也就是说，可以保证加速试验与不加速试验的等效性。

　　如果要将试验时间缩短到原来的十分之一，即：

　　则根据美国振动冲击手册经验公式可得：

　　从美国振动冲击手册经验公式可见，要将试验时间缩短到原来的十分之一，则试验量值增加为原来的α倍。

　　根据航空部门对许多产品所做的加速振动的验证试验结果，对式以上公式中的K值，取K=5比较合适。根据他们的经验和结论，对电工电子等产品的加速振动等级用表1中的数值比较合式。

　　表1

　　表中的等级可按下列原则进行选取：

　　1、一般情况下优先选用等级2;

　　2、具备下列条件之一者，选用等级1：当按等级2进行加速时，由于太快而不能满足试验要求;样品的工作性能对振动量级比较敏感，不宜采用等级2进行试验;

　　3、同时具备下列条件者可选用等级3：结构简单;工作性能对振动量值不敏感;

　　4、同时具备下列条件者可选用等级4：结构简单;工作性能对振动量值不敏感;原规定的等级等于或大于200h;

　　5、若表1中所规定的等级不适用，则可按下式进行计算，但α不能大于2.56

　　来源：摘编自百度文库《振动冲击试验方法与技术》，作者：王树荣

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非常不错 学习了 呵呵 感谢分享