可靠性模擬運(yùn)輸振動(dòng)臺(tái)正弦振動(dòng)的描述
正弦振動(dòng)試驗(yàn)屬于“規(guī)定一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)”的力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)方法，而這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)是以正弦曲線為基本運(yùn)動(dòng)軌跡的。所以在正弦振動(dòng)試驗(yàn)中，若知道過(guò)去的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就可以確定未來(lái)任何時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的各要素。
從正弦振動(dòng)試驗(yàn)的時(shí)間歷程可見(jiàn)，用頻率、幅值兩個(gè)參數(shù)可以完整描述正弦振動(dòng)試驗(yàn)的基本運(yùn)動(dòng)。所以正弦振動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)條件（嚴(yán)酷等級(jí)）由頻率、振幅、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間三個(gè)參數(shù)共同確定。
 試驗(yàn)雜及其選擇
對(duì)正弦振動(dòng)，目前國(guó)內(nèi)外無(wú)論軍用標(biāo)準(zhǔn)還是民（商）用標(biāo)準(zhǔn)都被廣泛采用著，不同的是,采用的目的和施加的對(duì)象不一樣。在微電子器件試驗(yàn)方法與程序的美軍標(biāo)和國(guó)軍標(biāo)中利用正弦振動(dòng)對(duì)器件進(jìn)行強(qiáng)度、疲勞和噪聲考核；在電子及電氣元件試驗(yàn)方法的美軍標(biāo)和國(guó)軍標(biāo)中除航天航空產(chǎn)品外，均用正弦振動(dòng)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)完整性考核；在軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法的美軍標(biāo)（810)和國(guó)軍標(biāo)（GJB 150—1986)中用正弦振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)檢査及艦船設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)完整性考核；在衛(wèi)星環(huán)境試驗(yàn)要求的美軍標(biāo)（1540)和國(guó)軍標(biāo)(GJB 1027—2005)中也要用正弦振動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)（共振）檢査與模態(tài)、振型分析。正弦振動(dòng)在IEC和國(guó)標(biāo)（GB)中用得更廣泛。
用正弦振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行考核時(shí)，如果有產(chǎn)品安裝平臺(tái)環(huán)境條件數(shù)據(jù)則直接采用。如果沒(méi)有，或是可在多種場(chǎng)合使用，或是具有多種用途的貨架產(chǎn)品，可以參考下列思路通過(guò)工程判斷來(lái)確定振動(dòng)試驗(yàn)的條件。
 頻率、頻率范圍及其選擇
對(duì)頻率、頻率范圍，首先要熟悉標(biāo)準(zhǔn)。有的標(biāo)準(zhǔn)（特別是軍標(biāo)）是直接給出，即按產(chǎn)品的使用環(huán)境直接給出試驗(yàn)的頻率或頻率范圍；民（商）用標(biāo)準(zhǔn)通常是用兩種方式來(lái)規(guī)定的。一種方式是給出一組下限頻率和一組上限頻率來(lái)確定頻率范圍；另一種方式是直接給出一系列的頻率范圍，供使用者根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到很低的振動(dòng)頻率，例如車(chē)載設(shè)備，其車(chē)輛主要基波頻率可能低到1.5?4Hz之間，而現(xiàn)有振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備，要達(dá)到1Hz以下，其加速度波形失真就會(huì)超差很大，達(dá)不到試驗(yàn)的要求，因此，在確定試驗(yàn)頻率范圍時(shí)就要權(quán)衡。如果一個(gè)產(chǎn)品試驗(yàn)頻率范圍不寬，低頻端在1Hz或1Hz以下，高頻端在100Hz(或500Hz),則可用液壓振動(dòng)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)；如果一個(gè)產(chǎn)品試驗(yàn)頻率范圍很寬，其高頻段在500?2 000Hz或以上，而低頻端乂耍到1Hz或1Hz以下，則只能適當(dāng)?shù)靥岣叩皖l端的起始頻率,例如低頻端從5?10 Hz開(kāi)始，因?yàn)橐_(dá)到500?2 000Hz的頻率，必須用電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，而當(dāng)今的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其低頻端巳可達(dá)到1Hz,但加速度失真仍偏大。船舶的振動(dòng)主要由船舶的動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)生，因此下限頻率應(yīng)根據(jù)螺旋槳的軸速度來(lái)確定，一般應(yīng)選擇在1?5Hz。船舶的上限頻率主要由螺旋槳軸的轉(zhuǎn)速x槳葉數(shù)x60來(lái)確定，可取300Hz的頻率為上限頻率。對(duì)陸用和空用產(chǎn)品，也可視振源的特點(diǎn)，采用計(jì)算的方法或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法來(lái)確定其試驗(yàn)的頻率及頻率范圍。
 振幅及其選擇
在正弦振動(dòng)試驗(yàn)中，其振幅有位移幅值和加速度幅值兩種，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，有的試驗(yàn)僅給出位移幅值，有的試驗(yàn)同時(shí)給出位移幅值和加速度幅值。
僅給出一個(gè)位移幅值的試驗(yàn)，其上限頻率要考慮振動(dòng)臺(tái)的最人位移幅值，對(duì)大多數(shù)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，其最人位移峰一峰值為51mm。
同時(shí)給出位移幅值和加速度幅值：產(chǎn)品安裝（放）平臺(tái)實(shí)際振動(dòng)的特點(diǎn)是頻率越高加速度越大，頻率越低位移幅值越大，而且隨著振動(dòng)頻率的變化而不斷改變。就對(duì)產(chǎn)品的影響而言，低頻主要是位移破壞，高頻主要是加速度破壞。而當(dāng)今的正弦振動(dòng)試驗(yàn)是建立在以往科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，當(dāng)時(shí)（形成正弦振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)）的試驗(yàn)室模擬技術(shù)還不可能實(shí)現(xiàn)像現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)一樣隨著振動(dòng)頻率的變化而其位移幅值不斷改變，只能采用盡量逼近現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)的方法，因此，采用低端位移幅值不變（稱(chēng)定位移），高頻端加速度幅值不變（稱(chēng)定加速度），從定位移變到定加速度之間的頻率稱(chēng)交越頻率（振動(dòng)特性一種關(guān)系變到另一種關(guān)系的頻率）。在IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)中有兩種交越頻率，即8?9 Hz的低交越頻率和57?62Hz的高交越頻率，前者主要用于艦船產(chǎn)品的試驗(yàn)，后者主要用于陸用和空用產(chǎn)品的試驗(yàn)。
就位移和加速度幅值而言，對(duì)元器件類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，由于其通用性，通常給出一系列可供不同用途整機(jī)進(jìn)行選擇的嚴(yán)酷等級(jí)，例如，在微電子器件試驗(yàn)方法與程序的美軍標(biāo)和國(guó)軍標(biāo)中，試驗(yàn)的頻率范圍為20?2000Hz,其振級(jí)有0.75mm/20g、0.75mm/50g>0.75mm/70g三個(gè)等級(jí)。在此還需指出的是，對(duì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)，所給出的嚴(yán)酷等級(jí)是不分元器件和整機(jī)的；對(duì)美軍標(biāo)810和國(guó)軍標(biāo)150等軍用裝備（整機(jī)）標(biāo)準(zhǔn)，通常是按其安裝平臺(tái)的振動(dòng)量值給出的。這種按其安裝平臺(tái)給出的振動(dòng)是加嚴(yán)的，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理時(shí)它可能取的是實(shí)測(cè)振動(dòng)的極值包絡(luò)或容差上限，有時(shí)還加一定的安全系數(shù)。
 試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間及其選擇
試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間是描述產(chǎn)品的耐受振動(dòng)能力的重要參數(shù)。對(duì)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的選擇相對(duì)于上述兩個(gè)參數(shù)的選擇要困難得多。因?yàn)槟壳耙话愫茈y給出多長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間相當(dāng)于實(shí)際使用了多少時(shí)間。對(duì)掃頻試驗(yàn)，通常以掃頻循環(huán)數(shù)給出試驗(yàn)時(shí)間。對(duì)定頻（現(xiàn)又稱(chēng)駐留）試驗(yàn)，則直接以分鐘、小時(shí)、應(yīng)力循環(huán)數(shù)（如1000萬(wàn)次）給出試驗(yàn)時(shí)間。在這里還需指出的是，進(jìn)行掃頻試驗(yàn)時(shí)，其掃頻速率通常為1倍頻程/分(loct/min),在航天產(chǎn)品方面也有高達(dá)4oct/min,甚至20oct/min的。選擇試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間時(shí)，通常根據(jù)振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的破壞機(jī)理來(lái)確定掃頻速率。
振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的破壞，一般可以分為三種，即對(duì)產(chǎn)品工作性能的破壞，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完好性的破壞及對(duì)產(chǎn)品壽命的破壞。主要考慮振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品工作性能的影響時(shí)，如工作不正常、不穩(wěn)定、失靈，甚至不能工作等，通常是振動(dòng)一旦停止，工作性能就能恢復(fù)正常，所以其試驗(yàn)時(shí)間可按設(shè)備所需的最長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。結(jié)構(gòu)破壞主要是指脫焊，螺釘松動(dòng)，連接件脫開(kāi)，部件的相互撞擊。對(duì)這種破壞一般在30min?lh就能發(fā)現(xiàn)。對(duì)其中的螺釘松動(dòng)和連接件脫開(kāi)、部件的撞擊也可按最長(zhǎng)的連續(xù)工作時(shí)間來(lái)考慮。在某些情況下，也可按全部壽命時(shí)間來(lái)考慮。如果是為了確定產(chǎn)品承受累積應(yīng)力的能力（疲勞），其時(shí)間應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的使用要求，按使用時(shí)可能出現(xiàn)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)來(lái)確定，或按無(wú)限壽命，即107次應(yīng)力循環(huán)來(lái)確定試驗(yàn)時(shí)間。
 安裝和控制
在力學(xué)試驗(yàn)中，被試樣品是否能真正受到所規(guī)定的試驗(yàn)條件（嚴(yán)酷等級(jí)）的考核.對(duì)于不同的人、不同的地點(diǎn)（設(shè)備）或不同的時(shí)間所做的試驗(yàn)，其結(jié)果是否都一致，即試驗(yàn)是否具有高的再現(xiàn)性或滿(mǎn)意的度，在很大程度上取決于試驗(yàn)時(shí)對(duì)樣品的安裝、固定及試驗(yàn)中的控制和檢測(cè)。
正弦振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)條件，是以產(chǎn)品實(shí)際所遇到的環(huán)境振動(dòng)為依據(jù)制定的，而且考慮的趕振動(dòng)輸入點(diǎn)上的情況。所以對(duì)樣品的安裝固定及試驗(yàn)中的控制與檢測(cè)，必須根據(jù)這一原則來(lái)進(jìn)行。然而，由于產(chǎn)品的品種繁多，大小形狀不一，在具體處理時(shí)會(huì)碰到許多問(wèn)題。如何解決？首先應(yīng)選擇好固定點(diǎn)。
固定點(diǎn)就是固定樣品的點(diǎn)。它是指樣品與夾具、或樣品與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面點(diǎn)接觸的部分。在實(shí)際使用時(shí)，此處通常是固定樣品的地方。如果產(chǎn)品的實(shí)際安裝結(jié)構(gòu)的一部分做夾具使用，則應(yīng)取安裝結(jié)構(gòu)和振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面點(diǎn)接觸的部分作為固定點(diǎn)，可見(jiàn)固定點(diǎn)一定要選在產(chǎn)品實(shí)際使用時(shí)振動(dòng)輸入的地方。有時(shí)振動(dòng)試驗(yàn)的目的不是為了考核產(chǎn)品經(jīng)受環(huán)境應(yīng)力的能力，而是要考核產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，例如晶體管、集成電路的內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)，此時(shí)固定點(diǎn)就要選擇在樣品的本體匕使激振力通過(guò)殼體傳到內(nèi)部結(jié)構(gòu)上。
檢測(cè)點(diǎn)就是用來(lái)保證樣品在試驗(yàn)時(shí)，實(shí)際所受到的試驗(yàn)條件能在所規(guī)定的容差范圍內(nèi)。檢測(cè)點(diǎn)可位于夾具上、振動(dòng)臺(tái)或樣品上，但要盡量接近固定點(diǎn)，并且在任何情況下，檢測(cè)點(diǎn)上的傳感器都要和固定點(diǎn)剛性連接。如果樣品的固定點(diǎn)等于或少于4個(gè)，則每一個(gè)都作為檢測(cè)點(diǎn)使用。如果超過(guò)4個(gè)，則規(guī)定4個(gè)具有代表性的固定點(diǎn)做檢測(cè)點(diǎn)用。在特殊情況下，如對(duì)大型和復(fù)雜樣品，檢測(cè)點(diǎn)可以規(guī)定在其他地方（不緊靠固定點(diǎn)）。當(dāng)大量的小樣品安裝在一個(gè)夾具上時(shí)，或當(dāng)一個(gè)小樣品有許多固定點(diǎn)的情況下，則選擇一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)就可以了，但該點(diǎn)應(yīng)選擇在夾具上，其條件是夾具裝t樣品后的域低共振頻率應(yīng)超過(guò)試驗(yàn)的上限頻率。
控制點(diǎn)：檢測(cè)點(diǎn)上的試驗(yàn)容差主要是通過(guò)控制點(diǎn)來(lái)保證的?？刂泣c(diǎn)就是振動(dòng)試驗(yàn)中用來(lái)取得控制所需反饋信號(hào)的點(diǎn)，試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和再現(xiàn)性將取決于控制點(diǎn)控制試驗(yàn)的精度?？刂泣c(diǎn)可從檢測(cè)點(diǎn)中選出。為了使整個(gè)試驗(yàn)達(dá)到所規(guī)定的容差要求，控制點(diǎn)的要求要髙于檢測(cè)點(diǎn)的要求?？刂泣c(diǎn)一般有兩種：一種是單點(diǎn)控制的控制點(diǎn)，另一種是多點(diǎn)控制的控制點(diǎn)。多點(diǎn)控制又有平均控制、極值控制與加權(quán)控制。平均控制是指用一個(gè)以上檢測(cè)點(diǎn)的每個(gè)頻率線上的信號(hào)的算術(shù)平均值控制；極值控制是指用?個(gè)以上檢測(cè)點(diǎn)的每個(gè)頻率線上的信號(hào)的或最小值控制；加權(quán)控制是指將各檢測(cè)點(diǎn)上各頻線上的信號(hào)值按各檢測(cè)點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)加權(quán)合成后控制?？梢?jiàn)無(wú)論是平均控制、極值控制還是加權(quán)控制，其控制曲線都是虛擬曲線。
響應(yīng)點(diǎn)（有的振動(dòng)控制儀將其稱(chēng)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)）：為了對(duì)樣品進(jìn)行振動(dòng)分析而采集振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)的特定點(diǎn)。
為了使試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確和達(dá)到高的再現(xiàn)性或滿(mǎn)意的度，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，不僅要求將控制點(diǎn)的試驗(yàn)量值控制在規(guī)定的容差范圍內(nèi)，還應(yīng)同時(shí)檢査各檢測(cè)點(diǎn)上的試驗(yàn)量值是否在規(guī)定的容差范圍內(nèi)。