关于机械振动的那些事

lalalala

机械振动会产生机械应力，致使样品在短期或长期损坏，或在后继试验中敏感度升高；

如雷达设备：

机械振动带来的交变应力会使元件或材料疲劳损坏，故障率~80%；

共振会对元件造成冲击以致损坏，故障率~20%。

因此振动分析是机械可靠性中的重要成员。

光器件在不同运输、存储条件的机械应力如下：

除仓储外，每种运输过程都会产生不同类型的振动；

振动又随着器件在不同载体、不同工况（如风速，海况，路况等），安装位置、振源（如发动机）的距离等有所不同：

注：g为重力加速度；

振动分析，可通过基于振动理论和有限元数值分析的数值模拟CAE(computer aided engineering)来进行。

以机箱及其内部PCB为例，做数值模拟CAE仿真；

材料、厚度和结构使机箱在其底面四点固定时形成第七阶振型（前六阶约等于零），其振频为11648Hz（自由状态仅3000Hz，适当固定可增加机箱刚度）；

位移容易发生在机箱的如图四个面（优化设计时可在此处设计加强肋）。

通过动力学软件，计算前20阶模态的叠加，并在时域进行振动分析；

稳态正弦激振输入，竖直方向的位移、振幅不变，PCB支柱附近某点振动情况：

ω=10000时，响应位移：20.9856~41.0124mm；

ω=100时，  响应位移：21.0003~40.9996mm；

同一个机箱，激振频率不同，其位移响应不同。

一般来讲，随着激振频率升高，减振器隔振效果增强。

对于使用工况较复杂的产品，其外加激励载荷难以明确时，则可基于统计方法来进行定性分析，即随机振动分析。

仍是该机箱，随机加速度功率谱密度（1000Hz-4000Hz，2-5g）时，最大位移在顶部：

位移为0.19mm的概率为3σ（99.7%）；

位移为0.06mm的概率为1σ（68.2%）；

通常，有限元计算是线性算法；

振动方面：以处理弹性变形为主，以惯性，弹性和阻尼为建模手段建立线性数学模型；

材料方面：以弹性变形+各向同性为主。

PCB上则有非线性，各向异性的材料，应采取线性插值进行非线性化数值模拟，类似于金属材料的塑性变形阶段处理方式；

目前主流的有限元软件在力学，热学方面有着较高精度非线性计算能力，但仿真的关键则在于计算者对材料的基础特性数据的掌握程度。