为脆弱的城市 发表于 2022-7-25 13:26

振动台最大工作特性曲线说明

电动振动试验机有使用频率范围、最大正弦加速度、最大正弦速度、最大位移这四个主要参数,比如下面的振动试验机,有

【最大正弦加速度:1000m/s2 、 最大正弦速度:2m/s 、

最大位移:51mmp-p   、 使用频率范围:5-2000Hz】

超过以上额定参数,试验无法进行,强制执行试验的话,振动台系统会出错报警,严重的情况下导致设备损坏,这大家都能理解。还有一点,光看上面参数,很容易理解成低频条件下,比如5Hz处,可以对应加速度1000m/s2或速度2m/s的试验条件,其实不然。可以通过下式(1)计算得到,5Hz时,若加速度为1000m/s2的话,得到位移和速度为1.01mo-p和31.83m/s,显然,早就超出了振动试验机的额定参数,即低频处受到最大位移和最大速度的限制。
因此,实际中振动台的工作频率特性如上图1所示,

①电动台有一个比较宽的频率范围(f0~f3),但并不是所有频率都可以达到最大加速度(最大推力),仅在f2~f3内满足,即所谓的恒加速度区C。低频段f0~f1称为恒位移区A,受最大位移的限制,加速度随频率的下降而成二次方关系急剧下降。f1~f2称为恒速度区B,能够达到最大速度值,除了f2,其他频率都满足不了最大加速度,f1能达到最大位移外,其他频率满足不了最大位移。在恒速度区B,基本上都不能达到最大位移和最大加速度。

②图中f1和f2对应的点称为交越点,即一个物理量变换为另一个物理量的点。如何进行计算呢?以上面的额定参数为例,f1处满足位移51mmp-p和速度2m/s,代入公式(1)下式,
f2处满足速度2m/s和加速度1000m/s2,由式(1)推导出,
代入上式(2),
③空载时,60Hz处的加速度是多少?假定动圈质量为25kg,最大推力为4tonf,则通过牛顿第二定律,
上面是错误的计算方法,因为60Hz不在恒加速度区,且最大空载加速度受振动台最大加速度1000m/s2的限制,正确的应该是利用式(2),
④试验负载质量越大,能达到最大推力的频率范围越宽,图1中参考某负载特性曲线,带负载后,交越点f2变为了f2’,最大推力的频率范围变大。

⑤有负载情况下,f2’的计算,这就需要知道振动台的动圈质量和振动台的最大推力。假定动圈质量为25kg,最大推力为4tonf,负载150kg,则通过牛顿第二定律,加速度
又因为f1处的加速度为
显然,f2’在f1和f2之间,
在排除试验体和夹具等安装不妥的情况下,在17.84Hz以上频率区域,在负载150kg时,可以达到最大加速度224.23m/s2(最大推力4tonf)。12.48~17.84Hz区域能达到最大速度2m/s,5~12.48Hz区域达到最大位移51mmp-p。8Hz时,最大加速度只能达到
此时的推力为
显然和4tonf相差很大。

同理计算,可以得到各种负载下的工作特性曲线,如图2(非上述额定参数机型),供参考。
⑥最大加速度、最大位移等参数并不是全频率范围都能对应,高频处受最大加速度限制,低频处受最大位移限制,介于两者之间的受最大速度限制。低频可以对应大位移,但加速度对应的小。比如,5mm位移,频率1000Hz的话,加速度达到20000g,显然电动型振动台无法满足。

综上所述,在对试验体进行试验前,必须对试验条件等参数进行分析,合理的选择和使用振动台,否则会损坏试验体或振动台。

值得庆幸的是,现在很多正规的振动控制仪厂家都在软件里面增加过载检查(safety check)功能,操作者只需要输入振动台的额定参数(设备导入时厂家输入)、试验条件和试验体或夹具等质量,软件内部便会自动计算,防止设备损坏,如图3。这是一个对设备保护很有用的功能,希望引起大家的重视!

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