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振动试验基础:加速振动技术

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发表于 2018-7-4 08:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。
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  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:
2.png
  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:
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  则根据美国振动冲击手册经验公式可得:
4.png
  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
5.png
  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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发表于 2018-7-9 10:18 | 显示全部楼层
非常不错 学习了 呵呵 感谢分享
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