随机振动试验原理及标准规范

一、基本概念

在自然界和工程实际中存在一种现象，其变化是高度不规则，无规律的，不可预估也不可重复，物理现象的这种变化规律称为随机的。例如，海浪，地震，阵风（湍流），火箭的喷气噪声以及不平路面。在随机现象作用下，系统产生的振动规律也同样有随机的特征，振动过程是不确定的，这样振动称为随机振动。工程中有很多这样的实际例子： 在海浪作用下，海洋平台结构、水面舰船、出入水的导弹的振动； 在湍流作用下，飞行器结构的振动； 在阵风作用下，高耸建筑物、桥梁的振动； 在地震作用下，所有地面建筑结构的振动； 在发动机喷气噪声以及大气气动噪声的作用下，火箭、导弹等飞行器结构的振动； 在不平路面的作用下，各种车辆的振动。

振动测试是仿真产品在运(Transportation)、安装(Installation)及使用(Use)环境中所遭遇到的各种振动环境影响，本试验是模拟产品在运输、安装及使用环境下所遭遇到的各种振动环境影响，用来确定产品是否能承受各种环境振动的能力。振动试验是评定元器件、零部件及整机在预期的运输及使用环境中的抵抗能力。 振动试验的目的是模拟一连串振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验，也能确定产品设计和功能的要求标准。振动试验的精华在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来，并评估其不良品的失效分析使其成为高水平，高可靠性的产品。

二、随机振动试验

为了研究随机振动，我们采用统计学的方法来研究，如果随机过程的统计特性不随时间变化，称之为平稳随机过程，当整个平稳随机过程的统计特性与每个样本的统计特性相同时，称这种平稳随机过程为各态历经的过程。即时间平均等于集平均。随机振动试验也就是模拟一种各态历经的平稳随机振动过程。 随机振动控制系统最基本的计算是快速傅里叶正变换(FFT)及逆变换(IFFT)，因为这是随机振动信号从时域变为频域，又从频域变换为时域的基础。

工程中，一般使用激励的均方值与频率带宽的比值来评估，即PSD，其值=(均方)/(f1-f2)；可以得出，PSD的单位为units2/Hz；对于振动，常用的单位： 加速度随机激励(m/s2)2/Hz或G2/Hz； 速度随机激励(m/s)2/Hz； 位移随机激励(mm)2/Hz。 PSD被描述为带宽频率的函数；每一个带宽的取其中心位置的频率值。使用一条包络线来描述整个变化过程。在实际使用中一般用双对数坐标系进行描述，虽然整个过程是随机的，但是PSD曲线只有限的遵守其随机性。

（图为将时域信号转换为频域内的PSD曲线的过程） 随机振动量值一般用加速度总均方根值Grms表示，其值等于在频率上对加速度谱密度积分后开根号。

（图为加速度总均方根值Grms示例）

三、试验标准

现列举一些常用的相关试验方法如下。 GB/T 2423.56-2018《环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动和导则》； GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法》方法214； GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2026.1； MIL-STD-202G：2002《电子电器部件测试标准》方法214A； GJB150.16A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验》； MIL-STD-810H-2019《环境工程考虑和实验室试验 第二部分 实验室试验方法》514.8 RTCA DO160G：2010《机载设备环境条件和测试程序》第8章 振动。

四、试验实施

检测报告包括内容： ——产品名称； ——委托单位； ——规格型号； ——检测类别； ——单位地址； ——规格型号； ——检测地点； ——送样数量； ——送样人员； ——到样日期； ——单位地址： ——样品编号/机号； ——检测依据： ——检测日期; ——检测项目、检测结果和判定； ——检测结论； ——样品试验照片和曲线； ——试验用的仪器设备清单（名称、型号、编号、校准有效期）。

试验项目：振动试验、随机振动试验、模拟长寿命振动试验、功能振动试验、振动功能试验、振动耐久试验、铁路运输试验、汽车运输试验、水路运输试验、公路运输振动试验、舰船运输振动、航空运输试验、运输包装件试验等。

编辑：黄飞