包含多个振动台的振动系统及振动试验方法

摘要

本发明涉及一种包含多个振动台的振动系统及振动试验方法，属于振动试验技术领域，解决了现有技术中振动系统在试验室中无法实现多台单轴向的振动环境，使被试件出现过试验或欠试验，影响受试产品可靠性评估的问题。振动系统包括试验件、振动台系统、机械解耦系统、试验夹具、传感器和振动控制系统。振动试验方法，包括以下步骤：布置激振点，安装试验件、试验夹具和机械解耦装置；将传感器粘贴于试验件上；设置随机振动试验条件和控制方式；采集试验数据。本发明使细长体结构试验件的振动载荷分布更均匀、合理、真实，减少单台激励带来的应力集中，减轻局部欠试验或过试验程度。

权利要求

1.一种振动试验方法，其特征在于，采用包含多个振动台的振动系统完成，包括以下步骤：步骤1：在试验件的前、中、后三个部位分别设置激振点，每个激振点处均设有振动台，三个振动台排列成“一”字；

步骤2：在三个振动台台面上方分别安装解耦接头；

步骤3：将三套卡环型试验夹具与试验件连接后，分别安装到三个振动台的解耦接头上，实现与振动台连接；

步骤4：安装悬挂装置；

步骤5：检查试验件是否牢固；

步骤6：在三个试验夹具附近刚度较大的部位、试验件的外壁分别粘贴传感器，使用线缆将传感器与控制系统连接；

步骤7：连接其他参试仪器和设备；

步骤8：在控制系统中设置试验条件和控制方式；

步骤9：通过传感器获得试验过程中的试验数据；

步骤8中，不同激振点处的随机振动试验条件各不相同，振动台间的相位不同；

步骤8中，控制方式为方阵控制或方阵加限制的控制方式；

步骤8和步骤9之间还包括检查传感器的正负方向是否安装正确；

步骤4还包括：将三套试验夹具上方的弹性悬挂装置调平，再将三个振动台台面通过气囊与试验夹具的底座调节高度一致，然后顺序对准相邻两个振动台后，通过振动台滑轨微调第三个振动台后对准，三个振动台与试验夹具均对准后，安装螺钉；

激振点的数量为3个，分别位于试验件的前、中、后三个部位；

所述包含多个振动台的振动系统，包括试验件、振动台系统、机械解耦系统、试验夹具、传感器和控制系统；

所述振动台系统用于向所述试验件提供振动激励；所述机械解耦系统用于使振动台所产生的振动激励在振动传递方向上拥有足够的刚度；

所述传感器用于将所述试验件的振动响应传递给所述控制系统；

所述传感器粘贴于所述试验件的外壁、所述试验夹具的根部；

还包括悬挂装置，所述悬挂装置的一端与所述试验夹具连接，另一端与吊钩连接，所述吊钩用于吊起所述试验件；

所述悬挂装置具有弹性；

所述机械解耦系统包括三个机械解耦装置，所述试验夹具的一端与所述机械解耦装置连接，另一端与所述悬挂装置连接；

所述试验夹具包括上卡环、下卡环和底座，所述上卡环和所述下卡环用于将试验件卡紧固定，所述底座用于支撑上卡环和下卡环，并连接所述机械解耦装置；

所述机械解耦装置为双铰链静压球头式；

所述上卡环的内表面和所述下卡环的内表面均与所述试验件外壁贴合；

所述振动系统还包括保护装置，所述保护装置用于试验件安装起吊和振动试验过程中的安全保护；

所述弹性悬挂装置和所述保护装置的一阶频率低于试验频率范围下限的1/5，所述弹性悬挂装置和所述保护装置的安全系数＞3。

说明书

包含多个振动台的振动系统及振动试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及振动试验技术领域，尤其涉及一种包含多个振动台的振动系统及振动试验方法。

背景技术

[0002] 在航天、航空、车辆等工程领域，产品都是在一定的振动环境中工作，结构共振是其运行过程中发生故障的主要原因之一。振动试验作为检验产品可靠性与动强度的一种有效手段，已经广泛应用于产品性能考核和动强度鉴定中。

[0003] 对于那些细长体大型复杂结构试验件，由于其细长比大，前、中、后条件差异性大等特点决定了多振动台的试验方法更适合其振动试验。但是一直以来，受到振动试验设备和技术的限制，在试验室中无法实现多台单轴向的振动环境，使被试件出现过试验或欠试验，影响了受试产品的可靠性评估。

[0004] 通过使用移动机构，实现三台振动台“一”字型垂直方向(Y向)振动，属于多台单轴非同步并激振动试验系统，三个振动台沿同一方向同时激励同一个试验件，使得激励能量分布均匀，受力状态接近使用情况。采用局部分别激励方式，突破了机械解耦、振动控制及硬链接安装等关键技术，可实现三个控制点不同的试验条件。适合较大外形尺寸、细长体结构和复杂试验条件的系统级产品。

发明内容

[0005] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种包含多个振动台的振动系统及振动试验方法，用以解决现有振动系统在试验室中无法实现多台单轴向的振动环境，使被试件出现过试验或欠试验，影响受试产品可靠性评估的问题。

[0006] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一方面，本发明提供了一种包含多个振动台的振动系统，包括试验件、振动台系统、机械解耦系统、试验夹具、传感器和控制系统；

[0008] 振动台系统用于向试验件提供振动激励，包括至少三个振动台和与振动台数量想适应的振动台支座，每个振动台均安装在相应的振动台支座上；

[0009] 机械解耦系统用于使振动台所产生的振动激励在振动传递方向上拥有足够的刚度，包括至少三个机械解耦装置，机械解耦装置的一端与振动台的上端面连接，另一端与试验夹具连接；

[0010] 传感器用于将试验件的振动响应传递给控制系统，控制系统用于控制试验件不同部位控制点的响应，传感器的一端与试验件连接，另一端与控制系统连接。

[0011] 在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

[0012] 进一步，还包括悬挂装置，悬挂装置的一端与试验夹具连接，另一端与吊钩连接，吊钩用于吊起试验件。

[0013] 进一步，悬挂装置具有弹性。

[0014] 进一步，多个振动台沿试验件的长度方向排列成“一”字。

[0015] 进一步，试验夹具包括上卡环、下卡环和底座，上卡环和下卡环用于将试验件卡紧固定，底座用于支撑上卡环和下卡环；试验夹具的一端与机械解耦装置连接，另一端与悬挂装置连接。

[0016] 进一步，上卡环的内表面和下卡环的内表面均与试验件外壁贴合，底座通过紧固件与机械解耦装置的另一端连接。

[0017] 进一步，机械解耦装置为双铰链静压球头式。

[0018] 进一步，悬挂装置为弹性绳索或弹簧。

[0019] 另一方面，本发明还公开了一种振动试验方法，包括以下步骤：

[0020] 步骤1：在试验件的不同部位设置多个激振点，每个激振点处均设有振动台；

[0021] 步骤2：在多个振动台台面上方分别安装解耦接头；

[0022] 步骤3：将多套卡环型工装夹具与试验件连接后，分别安装到多个振动台的解耦接头上，实现与振动台连接；

[0023] 步骤4：安装悬挂装置；

[0024] 步骤5：检查试验件是否牢固；

[0025] 步骤6：在多个工装夹具附近刚度较大的部位、试验件的外壁分别粘贴传感器，使用线缆将传感器与控制系统连接；

[0026] 步骤8：在控制系统中设置随机振动试验条件和控制方式；

[0027] 步骤9：通过传感器获得试验过程中的试验数据。

[0028] 进一步，步骤8中，不同激振点处的随机振动试验条件各不相同。

[0029] 进一步，步骤8中，控制方式为方阵控制或方阵加限制的控制方式。

[0030] 进一步，步骤8和步骤9之间还包括检查传感器的正负方向是否安装正确。

[0031] 进一步，激振点的数量为3个，分别位于试验件的前、中、后三个部位。

[0032] 本发明至少可实现如下有益效果之一：

[0033] (1)本发明采用模拟振源分布激振方式的多台单轴振动试验可以更真实合理的模拟试验件的使用环境。

[0034] (2)本发明沿试验件长度方向用多个振动台的振动激励模拟分布外载荷，使得激励能量分布均匀，并且受力状态接近使用情况，从而避免了单台激励导致的试验件结构局部应力集中造成过试验。

[0035] (3)本发明采用机械解耦装置，保证了多个振动台同向振动。可实现对试验件施加垂直方向的振动激励，并且通过试验夹具可以与机械解耦装置相连，进而实现对垂直方向上三个振动激励的传递。垂直方向的运动可以通过机械解耦装置及其悬挂装置实现较好的解耦而不会对振动台产生偏心力矩。

[0036] (4)本发明采用机械解耦装置保证了在振动传递方向上拥有足够的刚度，又能在非振动传递方向上，不对运动自由度产生约束。

[0037] (5)本发明通过采用弹性的悬挂装置，能够抵消机械解耦装置的自重，其自重会使垂直振动台的动圈产生偏心力矩，影响振动台的激振的问题。由此，机械解耦装置能更好保证多个振动台垂直振动，避免由于多个振动台不同步对振动台产生偏心力矩。

[0038] (6)本发明的振动试验方法通过控制不同控制点的试验条件，控制它们的相干和相位，对于细长体使试验件的振动载荷分布更均匀、合理、真实，减少单台激励带来的应力集中，减轻局部欠试验或过试验程度。

[0039] (7)本发明应用于航空航天、电子、兵器、仪器仪表、交通能源等领域，尤其在进行整体卫星、卫星太阳能电池板阵列、大卫星电子通信系统等振动试验。

[0040] 本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

[0041] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

[0042] 图1为本发明实施例一种三个振动台“一”字垂直振动装置整体结构示意图；

[0043] 图2为本发明实施例一种三个振动台“一”字垂直振动装置部分结构示意图；

[0044] 图3为本发明实施例机械解耦装置示意图；

[0045] 图4为本发明实施例试验夹具上卡环、下卡环和底座的示意图；

[0046] 图5为本发明实施例三输入三输出系统示意图；

[0047] 图6为本发明实施例三输入三输出系统频域示意图；

[0048] 图7为本发明传递函数矩阵框图；

[0049] 图8为本发明三台“一”字振动耦合方式示意图；

[0050] 图9为三个振动台试验条件不一样的示意图；

[0051] 图10为三个振动台相位不同的示意图，(a)相邻两台同相位，另外一台不同相位，(b)最外侧两台同相位，中间一台不同相位；

[0052] 图11为偏载力矩示意图；

[0053] 图12为横振力矩示意图。

[0054] 附图标记：

[0055] 1‑试验件；2‑振动台；3‑机械解耦装置；4‑试验夹具；5‑传感器；6‑弹性悬挂装置；7‑龙门架；8‑吊车吊钩；9‑工控机；10‑振动控制器。

具体实施方式

[0056] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

[0057] 实施例一

[0058] 本发明的一个具体实施例，公开了一种三个振动台“一”字垂直振动系统，如图1‑4所示，包括试验件1、振动台系统、机械解耦系统、试验夹具4、传感器5、弹性悬挂装置6、龙门架7、吊车吊钩8、工控机9和控制系统。

[0059] 振动台系统是整个振动装置的主要部件，本实施例的振动台系统包括三个呈“一”字形分布的垂直方向振动台2、三个振动台支座以及配套的功放、冷却系统。每个振动台均安装在振动台支座上。振动台支座结构形式相同，分别用来支撑三个垂直方向振动台。三个振动台同时提供垂直方向的振动激励。振动台可采用普通商用的电磁振动台。

[0060] 振动试验的试验件是振动试验系统的参试产品，用试验夹具通过机械解耦装置与三个振动台连接。

[0061] 工控机用于采集试验数据。

[0062] 试验夹具的作用是对试验产品进行约束和固定，并且将振动台的激励传递给试验件。

[0063] 本实施例的三个振动台“一”字垂直振动装置包括三个传感器，三个传感器均与控制系统连接，传感器用于将试验件的振动响应传递给控制系统，传感器布置于试验件的外壁、试验夹具的根部，如图1所示。这是因为，试验夹具夹持的部位是试验件需要测试的部位，传感器设置在试验夹具的根部，使测得的数据更接近待测部位的真实振动响应，试验件的受力更接近工程使用中的真实情况，从而使测量结果参考意义更大。

[0064] 具体来说，本实施例的传感器粘贴于试验件的外壁。

[0065] 振动试验的机械解耦是振动台与试验夹具之间的连接环节，保证在振动传递方向上拥有足够的刚度，又能在非振动传递方向上，不对运动自由度产生约束。

[0066] 本实施例的机械解耦系统为垂直方向的三个机械解耦装置3，其一端分别与垂直方向的三个振动台的一端连接。机械解耦装置采用普通商用的双铰链静压球头式解耦装置。机械解耦装置3的另一端与试验夹具连接。目前常用的机械解耦装置是球形铰链，三个振动台“一”字垂直振动装置采用液压双铰链静压球头式解耦接头进行机械解耦，利用21MPa的高压油形成油膜实现很高的驱动刚度，同时其转角可达到6°，以保护振动台和试验产品不受或少受振动中机械振动带来的影响。

[0067] 本实施例采用局部分别激励方式，三个振动台通过机械解耦装置和试验夹具连接振动台和试验件，分别用三根橡皮绳组作为悬挂装置，解耦方式采用双铰链解耦接头，沿垂直方向激励三个振动台，激励试验件前、中、后工装夹具附件刚度较强的部位，控制系统控制前、中、后部位控制点的响应，局部分别激励使三个振动台“一”字垂直振动试验装置适合于较大外形尺寸、细长体结构和复杂试验条件的航空航天类系统级产品。

[0068] 控制系统包括用于对振动试验进行控制的振动控制器。该振动控制器具有多输入多输出功能及相位控制功能，以实现各控制点的同步控制。控制系统用于按规定的试验条件，对振动试验进行控制，达到预期振动响应。本实施例中的控制系统采用的是SD公司的振动控制器。

[0069] 本发明的工作原理如下：采用多输入多输出振动控制器给垂直方向的振动台发出激励信号，振动台产生相应的垂直方向的振动，振动首先传递到机械解耦装置，再通过试验夹具将运动传递给试验件。

[0070] 与现有技术相比，本实施例提供的三个振动台“一”字垂直振动装置，可以更好的模拟产品的真实工作环境，采用多点激励的振动试验能够比单点激励更真实地模拟结构在实际工作下的振动环境，多点激励振动试验技术是对大型复杂试验件开展可靠性和环境试验的关键技术，对产品可靠性的考核有着重要的意义。

[0071] 采用模拟振源分布激振方式的多台单轴振动试验可以更真实合理的模拟试验件的使用环境。

[0072] 实施例二

[0073] 振动试验中，希望振动台能将振动能量最大限度地传递到试验产品上，夹具起到模拟试验产品几何边界条件和动力特性条件的作用。三台“一”字振动试验要传递同一方向的振动，要求夹具能同时传递三个振动台垂直方向的振动，能与三个振动台的解耦装置进行紧密连接，在满足刚度比大、一阶频率高及密度分布均匀等要求的基础上，夹具的传递性要求要好，要能真实的反应实际传递力，并且还要兼顾安装上的可调节性和可操作性。夹具设计中应借助动力学仿真分析的方法，尤其对于复杂的试验和外形特殊的夹具。动力学仿真的模型包括振动台动圈、夹具、试验产品、吊挂装置等，仿真分析应尽量模拟真实边界条件。在试验前还需进行试验产品和夹具的模态测定，获取模态参数。在夹具生产完毕后应与试验产品进行预安装。三台“一”字振动试验工装夹具根据试验产品结构特性遵循以下原则进行设计：

[0074] (1)选用刚度比大，阻尼大的材料，尽可能地做到刚度大且质量轻，既要保证振动的良好传递性，又不能过多耗费振动台的推力。一般可选择铝合金、镁铝合金等材料。

[0075] (2)考虑试验产品、夹具和振动台连接的特性，一阶频率尽可能高，夹具在一阶频率内，具有刚体运动特性，可以把运动无失真地传递到试验产品。

[0076] (3)夹具的密度分布要均匀，既要避免大量级振动下应力集中导致夹具失效，又要避免造成系统的质量偏心而造成对振动台的磨损。

[0077] (4)尽量采用整体式结构，避免螺栓连接；生产加工完成后，与试验产品进行预安装以确认协调性，必要时进行局部修整

[0078] 具体来说，本实施例公开了一种加载的卡环型试验夹具，包括上卡环、下卡环和底座。上卡环和下卡环用于将试验件卡紧固定，底座用于支撑上卡环和下卡环，如图4所示。

[0079] 卡环型试验夹具的上卡环内表面和下卡环内表面均与试验件外壁贴合，底座通过紧固件与机械解耦装置的另一端连接。本实施例中的紧固件可以为螺栓等任意常见的起紧固作用的零件。

[0080] 本实施例中，将试验件与三个卡环型试验夹具连接，再通过三个机械解耦装置分别安装到三个振动台上，实现与三个振动台的连接。

[0081] 具体来说，本实施例的弹性悬挂装置也可以为弹性绳索或弹簧。通过紧固件将试验夹具4的上卡环吊起。

[0082] 实施例三

[0083] 本发明的又一个具体实施例，公开了一种振动试验方法，包括以下步骤：

[0084] 步骤1：在试验件的前、中、后三个部位分别设置激振点，每个激振点处均设有振动台，三个振动台排列成“一”字；

[0085] 步骤2：在三个振动台台面上方分别安装解耦接头；

[0086] 步骤3：将三套卡环型工装夹具与试验件连接后，分别安装到三个振动台的解耦接头上，实现与振动台连接；

[0087] 步骤4：安装悬挂装置；

[0088] 步骤5：检查试验件是否牢固；

[0089] 步骤6：在三个工装夹具附近刚度较大的部位、试验件的外壁分别粘贴传感器，使用线缆将传感器与控制系统连接；

[0090] 步骤7：连接其他参试仪器和设备；

[0091] 步骤8：在控制系统中设置试验条件和控制方式；

[0092] 步骤9：通过传感器获得试验过程中的试验数据。

[0093] 需要说明的是，三台“一”字振动试验系统首先将模拟试验件、试验夹具、振动台系统进行虚拟装配，然后通过高精度步进式吊车以及振动台移动机构最终实现系统的搭建。

[0094] 需要说明的是，本实施例中的三个振动台采用不同的随机振动试验条件。

[0095] 目前应用在三台“一”字振动试验控制目标是自谱，而实际上多维随机信号谱密度矩阵中包含了互谱信息，互谱的一种表达形式是用相干系数和相位两个参数来表达。在控制方法上互谱都没有施加实质性控制。

[0096] 在控制仪中，输入相干系数和相位控制参数，并设定相干系数和相位的控制允差放大。作为试验条件的多维谱密度矩阵可以从遥测数据中归纳，然后用于实际的振动试验。

[0097] 试验条件推荐给定形式方法如下：

[0098] 需给定自谱S11、S22、S33，三个均作为控制点条件；

[0099] 互谱一般不给定，即不对试验做限制；若有给定，形式应为相位和相干系数的形式，试验时只做参考。

[0100] 随机振动试验的控制原理如下：

[0101] 三台“一”字振动控制的过程是用三个振动台沿垂直向(Y向)同时激振一个试验产品，并控制试验产品上三个控制点的响应满足预先设定的规范要求。整个试验过程采用闭环控制，根据实测响应信号与参考信号之间的误差，用模拟或数字技术反馈修正振动台驱动信号，当试验过程中出现偏差时，控制系统能够快速均衡，使控制点响应信号进入规定的误差范围。不同于双台振动试验，三台振动试验除了要控制试验产品上控制点本身响应信号满足预设的要求外，还要控制信号之间的相位和相干性，不仅要求控制信号自谱，还要求控制信号之间的互谱关系。

[0102] 从系统振动控制的角度来看，三台“一”字振动试验系统属于多输入多输出系统(MIMO，Multiple Input Multiple Output)，即三输入三输出系统，三个振动台，三个控制点，如图5所示，控制系统产生三个驱动信号di(t)(i＝1，2，3)，通过振动台、工装夹具激励一个试验产品，控制三个控制点ci(t)(i＝1，2，3)。

[0103] 假设试验系统为线性时不变多输入多输出系统，与单输入单输出线性系统类似，频域表示如图6所示：

[0104] 其输出与输入的频域关系如下：

[0105]

[0106] 或：

[0107] C＝HD                                 (1‑2)

[0108] 式中：

[0109] Ci(f)——控制点响应信号ci(t)的傅立叶变换；

[0110] Di(f)——驱动信号di(t)的傅立叶变换；

[0111] C——ci(t)的傅立叶变换的向量；

[0112] D——di(t)的傅立叶变换的向量；

[0113] H——系统的传递函数矩阵。

[0114] 传递函数矩阵H描述多输入多输出线性系统的频率特性，这个系统不只包括试验产品和振动台，还包括工装夹具、功率放大器、传感器、电缆、信号调理器等一切从输入到输出所组成的系统。

[0115] 控制系统的任务就是首先确定驱动矩阵D，然后得到驱动信号di(t)提供给振动台，使控制点的响应C在一定容差内等于参考矩阵R，即试验条件。通过给定信号激励系统，测量得到传递函数矩阵H，由式(1‑2)，得到初始驱动矩阵D0：

[0116] D0＝H－1R                             (1‑3)

[0117] 式(1‑3)为多输入多输出系统控制的基本原理，不同类型的振动试验采取不同的具体控制策略。

[0118] 值得注意的是，三台“一”字振动会产生耦合问题，即驱动一个振动台，在另外两个振动台附近的控制点也产生响应，振动台1的激振不但在控制点c1引起振动，在控制点c2、c3也会引起振动，同理，振动台2的激振不但在控制点c2引起振动，也会在控制点c1、c3引起振动，振动台3的激振不但在控制点c3引起振动，也会在控制点c1、c2引起振动。用传递函数矩阵框图表示如图7所示。

[0119] 互耦的实质是各个激励点的驱动信号对各控制点响应的幅值、相位同时作用。不同的激励点在同一控制点上产生的响应会叠加，形成该控制点的实际响应，这些响应都是由各激励点到各控制点的传递函数决定的。因此要产生稳定有效的控制，关键是必须进行解耦，即消除互耦影响，把各个激励对控制点的耦合作用分离开，使得一个独立的输入产生一个独立的输出。

[0120] 在实际构成整个试验系统后，试验产品除了试验方向上的运动之外，还会产生其它方向的非期望运动，如横向运动。三台振动控制存在相互影响，即耦合问题，三个振动台之间的机械运动是相关联的，即在机械运动上也存在耦合，而这种耦合通过控制系统是无法解耦的。所以，整个试验系统的耦合既包括控制上的耦合，也包括机械运动上的耦合，两者存在一定的联系。试验产品通过工装夹具连接在振动台上，振动台之间的相互影响是通过试验产品与三个振动台之间的连接来传递的。由于三个振动台不同步，存在相位和幅值的差别，振动的运动轨迹不同，使试验产品产生最主要的也是最有害的运动形态：俯仰运动。如果位移差达到一定程度，在工装夹具和试验产品连接处会产生很大的弯矩，极易破坏试验产品，同时弯矩传递给振动台，对振动台施加了偏载力矩和横振力矩，导致振动台动圈产生明显的横向位移量，严重时会损坏振动台。

[0121] 目前常用的解耦装置是球形铰链，三台“一”字振动系统采用液压双铰链静压球头式解耦接头进行机械解耦，如图3所示。利用21MPa的高压油形成油膜实现很高的驱动刚度，其刚度超过铝镁合金，到2000Hz仍有很好的传递特性，同时其转角可达到6°，以保护振动台和试验产品不受或少受振动中机械振动带来的影响。

[0122] 三台“一”字振动的耦合方式，如图8所示。由图8可以看出，目前用双铰链解耦接头的方式是不能够完全解耦的，即使试验条件完全一样的同步振动，同样会出现由于试验产品不同的频响特性带来相位偏差。

[0123] 三个振动台试验条件不一样，如图9所示。试验条件不一致时，即使相位相同也会产生由于振幅不同带来的机械力，而这个机械力理论上是不能利用解耦装置完全消除的，因此克服这个机械力的途径只能靠试验产品的挠度进行克服。

[0124] 此外，三个振动台还会出现另外两种情况，如图10所示。由图10可以看出：

[0125] (1)三个振动台试验条件一样，同相位振动，理论上在一定条件范围内是能够实现试验的。

[0126] (2)三个振动台试验条件不一样，即使相位同向，三个振动台也会出现不同振幅导致的弯矩，当同相位的情况下，导致试验产品的弯矩力最小；当试验产品弯曲挠度较大时，可以用此方法进行试验。

[0127] (3)三个振动台相位如10(a)所示，最外侧振动台相位设置成与另外两台相位相反180°，三个振动台试验条件一样，但试验时依然会出现运动的不同步，运动轨迹上将出现相位和幅值的很大差别，当位移差达到一定程度时，在工装夹具和试验产品连接处依然会产生一定的弯矩，根据试验条件大小的不同，弯矩的大小也会不同，容易破坏试验产品，并且产生的弯矩会传递给振动台，也会对振动台造成一定的损坏。因此此试验方法在试验中应尽量避免出现。

[0128] 三个振动台相位如图10(b)所示，中间位置振动台相位设置成与另外两台相位相反180°，三个振动台试验条件相同，但由于相位不同，在试验时会出现运动的不同步，存在较大的相位和幅值差别，导致振动运动轨迹不同，出现有害的运动形态，当位移差达到一定程度，在工装夹具和试验产品连接处依然会产生一定的弯矩，极易破坏试验件，并且产生的弯矩会传递给振动台，也会对振动台造成一定的损坏。

[0129] 振动控制器是振动试验系统中实现对振动试验条件进行控制的设备，通过人为制定试验条件、控制方式和控制允差实现振动试验的控制。三台“一”字振动的三个振动台控制方向均为垂直方向(Y向)，采用多输入多输出控制方式，方阵控制，控制点一般选择放置在三个振动台上方工装夹具附近刚度较大的部位。

[0130] 为减少局部响应，如细长体头、尾部的低频响应或关键设备上的响应，保证试验产品结构、关键设备或敏感设备不造成过试验，可采用方阵控制+限制控制，一般从试验产品头部、中部、尾部或关键设备上选取某些点设定为限制点，通过修正驱动谱来降低限制点的响应，从而使限制点响应被控制在限制谱以下。对限制策略需进行严格设置，即限制谱和限制点的设置应不能影响整个系统量级的降低，应达到使某部位某段频率内响应降低的效果。

[0131] 对细长体大型试验产品进行振动试验时，由于试验产品结构的不对称性和质量分布的不均匀性，或是试验安装的原因，试验产品(含夹具)的质心与振动台的运动轴线很难重合，因此会由偏心引起偏载力矩，如图11所示。

[0132] 偏载力矩按下式计算：

[0133] M1＝F1Y＝ma1Y

[0134] 式中：M1——偏载力矩；

[0135] F1——偏载力；

[0136] Y——试验产品(含夹具)质心偏离运动轴线的距离；

[0137] m——试验产品(含夹具)质量总和；

[0138] a1——试验加速度值。

[0139] 振动台在振动试验时，除试验主轴向振动外在其正交方向上还有一定分量的横向振动(或称横振比，即横向振动分量占运动轴向振动量值之比)。在细长体大型试验产品的振动试验中，试验产品(含夹具)质心离台面有一定的距离，在振动台横向振动的激励下会产生一个横振力矩，如图12示。

[0140] 振动试验时的横振力矩由下式表示：

[0141] M2＝F2(X1+X2)＝ma1T(X1+X2)

[0142] 式中，M2——横振力矩；

[0143] F2——横振力；

[0144] X1——试验产品(含夹具)的质心高度；

[0145] X2——振动台台面离台体中心的距离；

[0146] m——试验产品(含夹具)质量总和；

[0147] a1——振动台运动轴向试验加速度值；

[0148] T——横振比。

[0149] 试验过程中产生的偏载力矩和横振力矩，都是由振动台的弹性支承系统和导向机构来承受，对于振动台来说是无益的，过大的偏载力矩和横振力矩会影响振动台的寿命，甚至损坏振动台。

[0150] 对于三台“一”字振动试验，如果振动台通过夹具直接和试验产品连接激励，由于这类细长体试验产品的结构特点，试验产品和夹具组成的试验产品的质心较高，同时，三个振动台存在运动不同步和机械运动耦合，由此产生的偏载力矩和横振力矩如果不加以考虑，对振动台和试验产品都是非常危险的。

[0151] 对细长体结构产品三台“一”字振动试验，三个振动台控制方向均为垂直方向(Y向)，控制点的选取方法和原则如下：

[0152] (1)采用多输入多输出控制方式，控制点数目为三个，推荐使用方阵控制+限制控制的控制方式。通过调试试验进行比较，确定最终控制方式。(2)随机振动控制点一般选择放置在三个振动台上方工装夹具附近刚度较大的部位。

[0153] (3)将多输入多输出控制系统设置三个试验条件，相位信息设置为三台同相位。

[0154] (4)复杂结构试验产品，试验前应建立试验系统的有限元模型，进行试验仿真，考察系统动力学特性，为选取控制方式和控制点提供参考。

[0155] (5)细长比大的结构产品，为保证试验产品结构、关键设备或敏感设备不造成过试验，推荐采用限制控制，一般在试验产品头部、中部、尾部或关键设备上选择限制点。

[0156] 安装过程中需注意的是：三个以上的振动台硬连接属于静不定结构，如何保证弹体轴线直线度同时安装应力为零(橡皮绳平衡后)，尤其是边截面导弹时振动台面不在同一平面问题。

[0157] 三台“一”字振动试验系统的三个振动台硬连接属于静不定结构，对系统安装提出了更高的要求。安装时，应先将三个工装夹具上方橡皮绳组调平，再将三个振动台台面通过气囊与夹具底板调节高度一致，然后顺序对准相邻两个振动台后，通过振动台滑轨微调第三个振动台后对准，三个振动台与工装夹具均对准后，同时进行螺钉安装，以保证证试验产品轴线直线度同时安装应力为零(橡皮绳平衡后)。

[0158] 细长体结构试验产品试验时，根据试验产品结构特点、工装夹具结构特点、试验场所以及吊车等试验设备的情况制定试验安装方案。当试验产品、夹具的总质量大于振动台的承静载能力，需要安装用于承受试验产品和夹具的静载并模拟边界条件的吊挂装置以保护振动台，以及对试验产品安全保护的保护装置。吊挂装置和试验产品组成的悬吊系统的一阶频率低于试验频率范围下限的1/5，即使振动台承静载能力满足要求时，也应使用吊挂装置。保护装置用于试验产品安装起吊和振动试验过程中的安全保护。吊挂装置和保护装置安全系数要求＞3。与试验产品连接的测试电缆和其它产品应尽量减小对试验产品产生附加质量和附加约束。

[0159] 本发明的多台振动试验可以更好的模拟产品的真实工作环境，采用多点激励的振动试验能够比单点激励更真实地模拟结构在实际工作下的振动环境，多点激励振动试验技术是对大型复杂试验件开展可靠性和环境试验的关键技术，对产品可靠性的考核有着重要的意义。

[0160] 本发明采用模拟振源分布激振方式的多台单轴振动试验可以更真实合理的模拟试验件的使用环境。可应用于细长体复杂结构的振动试验，沿试验件长度方向用多个激振器模拟分布外载荷，使得激励能量分布均匀，并且受力状态接近使用情况，从而避免了单台激励导致的试验件结构局部应力集中造成过试验。一种三个振动台“一”字振动装置属于多台单轴非同步并激振动试验系统，三个振动台沿同垂直方向同时激励同一个试验件，在垂直方向振动具有相互耦合的关系，振动台间的相位可以不同，即不同步，实现多个控制点不同的试验条件，并可以根据试验条件控制它们的相干和相位，这种试验系统对于细长体结构的振动试验，使试验件的振动载荷分布更均匀、合理、真实，减少单台激励带来的应力集中，减轻局部欠试验或过试验程度

[0161] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。