随机振动试验PSD生成方法：裁剪处理详解

随机振动试验PSD生成方法：裁剪处理详解

随机振动试验是产品耐振性能评价的重要方法之一。本文通过翻译一篇2007年的日本论文，详细介绍了随机振动试验条件PSD（功率谱密度）的由来，并重点阐述了裁剪处理（tailoring）的概念和具体实施步骤。

随机振动试验的耐振性能评价方法

1. 前言

产品在使用或运输过程中，会受到各种频率成分的随机波形或冲击波形的影响。因此，在产品开发阶段，汽车厂家、航天航空机构等大企业通常会制定独自的试验条件，通过随机振动试验来评价产品的耐振性能。

虽然正弦波振动试验因其简单、便宜且易于实现而被广泛使用，但与实际环境相比存在诸多不足。2004年3月，日本工业规格（JIS）的“包装货物-振动试验方法”进行了修订，明确提出“优先采用随机振动试验”，标志着耐振性能试验向随机振动试验的转变。然而，如何获得与实际环境相匹配的试验条件仍然是一个挑战。

2. 裁剪处理（tailoring）

裁剪处理是一种开发振动试验条件的方法，通过实际环境的振动测定和解析，得到与产品相符合的试验条件。具体步骤如下：

1. 样本作成：将实际环境分为若干子样本，再构成整体使用条件。
2. 振动测定：在各个子样本条件下进行实际环境的振动测定，保存实测振动波形数据。
3. 振动解析：将实测振动波形数据转换为PSD。
4. 数据编辑：对PSD数据进行分群处理，求出各子样本代表的PSD，并进行正态化处理。
5. 试验条件作成：通过包络处理得到最终的试验条件PSD。

3. 汽车运输环境下的裁剪处理

以JIS Z 0232（包装货物-振动试验方法）规定的运输环境为例，具体说明裁剪处理的应用。

3.1 样本作成

使用两辆轻型货车进行试验，运输样本设定在北海道的主要道路上行驶（札幌市～长万部町～函馆市，320km）。子样本对应行驶条件设定为6个，包括一般柏油路、非柏油路及高速公路的不同速度。

3.2 行驶时的振动测定

在试验车辆的振动测定部位设置加速度传感器，记录振动加速度值。每次测定时间约为80秒，解析频率量程为500Hz。

3.3 振动波形数据解析

将所有测定的波形数据转换为PSD。图5和图6显示了车辆A的车厢货架中央/上下方向（CH3）振动波形的PSD解析结果。

3.4 解析数据编辑

1. 分群化：根据测定部位和方向对PSD进行分群处理。
2. 子样本代表PSD：求出各子样本的代表PSDrep（f）。
3. 正态化：对各子样本的PSDrep（f）进行正态化处理。
4. 试验时间：计算试验时间，考虑加速指数m的影响。

3.5 试验条件作成

通过正态化处理得到的各子样本Norm_PSD进行包络处理，得到最终的试验条件PSD。试验时间根据正态化各子样本的合计试验时间计算得出。

3.6 考察

通过裁剪处理可以得到最合适的随机振动试验条件。同时，车辆对PSD的影响也需要考虑。图11显示了不同车辆的试验条件PSD差异。与JIS Z 0232的试验条件比较，可以看出本研究得到的试验条件在PSD形状和加速度有效值上具有相似性。

4. 总结

裁剪处理是一种有效的获得随机振动试验条件的方法。虽然随机试验条件的制定通常由标准制定委员会的学者完成，但了解其基本过程对于一般振动试验人员来说仍然很有价值。