一种振动试验方法

技术领域

本发明涉及振动试验技术领域，尤其涉及一种振动试验方法。

背景技术

振动试验是产品力学环境试验和可靠性试验的重要组成部分，是模拟产品真实使用环境的一种手段，是产品设计和评定中的一种有效的方法。航空航天产品射程越来越远，速度越来越快，致使产品体积越大，外形结构特殊且蒙皮各种复合材料。

一直以来，受到振动试验夹具结构形式技术的限制，对于那些大型蒙皮复合材料结构复杂的试验件，为确保产品外表面复合材料的有效作用，无法装夹振动试验用的常规抱环式试验夹具，在试验室中无法通过振动台施加振动激励，使产品无法实现振动试验考核，影响了产品的结构设计和安装可靠性验证。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种振动试验方法，用以解决现有的振动试验方法由于没有合适的试验夹具，导致无法对大型蒙皮复合材料试验件进行试验考核，影响产品的结构设计和安装可靠性验证的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种振动试验方法，用于对蒙皮复合材料试验件进行振动试验，包括如下步骤：

步骤1：组装试验夹具；

步骤2：移动试验件至试验夹具上；

步骤3：将试验件左侧两个套接柱和右侧两个套接柱通过4个轴套与4个轴承对接座套接固定，并利用第二连接件上的腰形安装孔微调试验件，安装到位后，再将试验件卡紧固定；

步骤4：拧紧所有连接处的紧固螺钉；

步骤5：在试验件的外表面粘贴传感器，连接电缆至控制系统；

步骤6：控制系统控制振动台系统对试验件施加振动，进行振动试验。

可选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤11：将试验夹具的底座通过紧固螺钉连接到竖直振动台的台面上；

步骤12：分别将2个第一连接件和2个第二连接件通过紧固螺钉连接到试验夹具的底座上；

步骤13：将4个轴套安装到4个轴承对接座里，与轴承对接座套接固定。

可选地，在所述步骤4和所述步骤5之间还包括步骤4a：安装用于保护试验件的保护包带。

可选地，所述步骤4a包括如下步骤：在龙门架上的另外两个吊钩上通过紧固件安装保护包带，用于兜住试验件，向下微调吊钩放松包带，离开试验件一定距离。

可选地，所述轴套与所述轴承对接座为间隙配合。

可选地，所述轴套与所述轴承对接座的材质均为钢。

可选地，所述步骤6之后还包括步骤7：拆除试验件上的传感器。

可选地，所述步骤7之后还包括步骤8：拆除与试验件连接的紧固螺钉，用吊钩通过弹性吊挂装置将试验件吊至地面。

可选地，所述步骤8之后还包括步骤9：拆除竖直振动台上的振动试验夹具。

可选地，所述步骤6中采用多点最大值控制方式进行振动试验。

另一方面，本发明还提供了一种振动试验系统，用于完成上述的振动试验方法，所述振动试验系统包括试验夹具。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)现有的振动试验方法通常采用抱环式试验夹具，而抱环式试验夹具在进行振动试验过程中会对试验件外表面的复合材料带来磨损，从而使得试验件外表面的复合材料无法有效发挥作用。本发明的振动试验方法中采用的试验夹具不是抱环式，而是创新性地采用四点套接式，具体是通过设置第一连接件和第二连接件，将其一端与试验件的外表面连接，另一端与底座连接，底座再与试验台连接，实现将振动台的振动传递给试验件，从而满足大型蒙皮复合材料试验件的装夹需求。

(2)本发明通过将第一连接件和第二连接件上与底座连接的安装孔设置为腰形孔，便于调节第一连接件和第二连接件在底座上的安装位置，安装更灵活。

(3)本发明通过将第二连接件的立板上的第二安装孔设置为腰形孔，便于微调试验件，待试验件到位后，再将试验件卡紧固定。

(4)本发明通过将轴承转接座的主体的厚度设置为从一侧向另一侧逐渐增大，能够使轴承对接座更好地适应试验件的外型面，使轴承对接座与试验件的连接更加牢固。

(5)本发明通过在底座的凸起的侧面与底座上设有凸起的表面之间设置加强件，能够增强底座的承载力，提高了试验的安全性。

(6)本发明通过设置额外的保护包带，并通过将保护包带设置为在正常情况下不承力，仅在出现意外情况时承力，达到了既不影响模态试验的正常进行，又能防止试验件意外掉落，有效提高了模态试验的安全性的效果。

(7)本发明通过在吊钩上设有限位部，能够防止弹性吊挂装置挂在吊钩上后在吊钩上滑动，大大提高弹性吊挂装置在吊钩上的稳定性。

(8)与抱环式试验夹具相比，本发明的四点套接式的结构设置，有效减轻试验夹具质量，提高共振频率。

(9)本发明采用弹性吊挂装置，配以弹性橡皮绳组，用以抵消试验件和试验夹具的自重，保证了试验件在振动试验中处于自由-自由边界条件。

(10)本发明可广泛应用于航空航天、电子、兵器、仪器仪表等领域的振动试验。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明试验夹具装配示意图；

图2为本发明试验夹具另一视角的装配示意图；

图3为本发明第一连接件俯视图；

图4为本发明第一连接件主视图；

图5为本发明第二连接件主视图；

图6为本发明的轴承对接座主视图；

图7为本发明的轴承对接座左视图；

图8为采用本发明的振动试验系统进行振动试验的结构示意图。

附图标记：

1-第一连接件；2-第二连接件；3-底座；4-轴承对接座；5-基座；6-立板；7-第一安装孔；8-连接孔；9-第二安装孔；10-主体；11-轴套；12-通孔；13-凹槽；14-凸起；15-加强件；16-试验件；17-振动台系统；18-试验夹具；19-传感器；20-弹性吊挂装置；21-龙门架；22-吊钩；23-工控机；24-控制系统；25-试验包带；26-保护包带；α-倾斜角度。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

为了可以模拟产品结构真实工作下的振动环境，根据产品外形结构特点设计可安装的振动试验夹具，单振动台激振，采用多点最大值振动控制方式，是对大型蒙皮复合材料复杂结构产品开展力学环境试验的关键技术，对产品可靠性的考核有着重要的意义。

实施例一

本发明的一个具体实施例，公开了一种振动试验方法，用于对大型蒙皮复合材料试验件进行振动试验。试验件具体为长度为6米以上、体积大、重量为500Kg以上的航空航天产品。该振动试验方法包括如下步骤：

步骤1：组装实施例一的试验夹具，包括如下步骤：

步骤11：将试验夹具的底座通过紧固螺钉连接到竖直振动台的台面上。

步骤12：分别将2个第一连接件和2个第二连接件通过紧固螺钉连接到试验夹具的底座上，第一连接件和第二连接件基座上的四个第一安装孔为腰形孔，紧固螺钉暂不拧紧，用来调节安装位置。

步骤13：轴承对接座为4个正方形钢座，轴套为4个圆形钢圈。将4个轴套塞入式安装到4个轴承对接座里，与轴承对接座套接固定，二者之间为间隙配合。将套接有轴套的轴承对接座分别安装到2个第一连接件和2个第二连接件上，向上倾斜3°的安装方向，用紧固螺钉连接固定。第二连接件上与轴承对接座固定连接的为4个第二安装孔为腰形孔，用来调节安装位置。

步骤2：移动试验件至试验夹具上。

用试验包带兜住试验件，通过紧固件与弹性吊挂装置相连，移动龙门架上的吊钩，将试验件吊至竖直振动台上的试验夹具上。

步骤3：将试验件左侧两个套接柱和右侧两个套接柱通过4个轴套与4个轴承对接座套接固定。利用第二连接件上的腰形安装孔微调试验件，安装到位后，再将试验件卡紧固定。弹性吊挂装置可以抵消试验件和试验夹具的自重，使试验件在振动试验中处于自由-自由边界条件。

步骤4：拧紧所有连接处的紧固螺钉。

步骤5：龙门架上的另外两个吊钩上通过紧固件安装保护包带，在试验件前、后选择保护位置兜住，向下微调吊钩放松包带，离开试验件20mm，试验时用于保护试验件。

步骤6：在试验件的外表面粘贴传感器，连接电缆至控制系统。粘贴传感器的位置优选试验件上刚度较强的部位。

步骤7：控制系统按规定的试验条件控制振动台系统对试验件施加振动，达到预期振动响应。控制系统采用SD公司控制仪，根据试验条件配置试验文件。

振动试验采用多点最大值控制方式，选取试验件前、中、后刚度较强部位作为振动控制点。采用控制系统给竖直方向的振动台发出激励信号，振动台产生相应的竖直方向的振动，振动传递通过试验夹具将运动传递给试验件，控制前、中、后部位控制点的响应达到试验条件的要求。

步骤8：振动试验后拆除试验件上的传感器。

步骤9：拆除与试验件连接的紧固螺钉，用吊钩通过弹性吊挂装置将试验件吊至地面。

步骤10：拆除竖直振动台上的振动试验夹具，用吊车吊钩吊至地面。

实施例二

本发明的另一个具体实施例，公开了一种振动试验夹具，用于在实施例一的振动试验方法中完成对蒙皮复合材料类试验件的装夹，如图1和图2所示，该振动试验夹具包括第一连接件1、第二连接件2、底座3和轴承对接座4。

第一连接件1和第二连接件2的一端分别与底座3固定连接，另一端分别通过轴承对接座4与试验件的外表面固定连接。

如图2所示，第一连接件1包括基座5，以及从基座的中间位置向外凸起的立板6。

如图3所示，基座5上设有第一安装孔7，以通过紧固件将第一连接件2和底座3固定连接。

在一种优选的实施方式中，第一安装孔7为腰形孔，从而可以调节第一连接件1在底座3上的安装位置，安装更灵活。

具体地，基座5和立板6均为扁平的长方体，并且立板6的宽度等于基座5的宽度。

为了增强第一连接件1与底座3连接的牢固度，本实施例中，第一安装孔7的数量为多个，并且多个第一安装孔7在立板6的两侧平均分布。示例性地，第一安装孔为4个。

如图4所示，立板7的上部设有沿立板的厚度方向贯通的连接孔8，以实现试验件与第一连接件的连接。连接孔的周围设有多个第二安装孔9，以通过紧固件将第一连接件1和轴承对接座4固定连接。

具体地，连接孔8和第二安装孔9均为圆形孔。第二安装孔9的孔径小于连接孔8的孔径。

如图2所示，第二连接件2的结构与第一连接件1相似。不同之处在于，如图5所示，第二连接件2的立板上的第二安装孔为腰形孔，从而便于微调试验件，待试验件到位后，再将试验件卡紧固定。

如图6和图7所示，轴承对接座4包括主体10，主体10呈扁平状，其横截面为正方形，其中心处设有沿主体10厚度方向贯通的通孔12，通孔12与立板7上的连接孔8相对应。轴套11为中空圆柱体，轴套11插入通孔12，实现与轴承对接座4的套接固定。具体地，轴承对接座4与轴套11之间为间隙配合。示例性地，主体和轴套的材质均为钢。

如图7所示，在一种可能的实施方式中，主体10的厚度从一侧向另一侧逐渐增大，使得主体10的外型面具有一定的倾斜角度α。示例性地，角度α为3°-5°。通过上述设置，能够使轴承对接座更好地适应试验件的外型面，使轴承对接座与试验件的连接更加牢固。

另外，主体10上还设有用于实现轴承对接座4与第一连接件1和第二连接件2连接的安装孔。

如图1和图2所示，底座3呈扁平的长方体，底座3的一个表面上设有向内凹陷的圆形凹槽13，相对的另一个表面上设有向外凸出的圆柱形凸起14，凹槽13和凸起14连通，凸起14的端面上设有多个安装孔，以实现试验夹具与振动台的固定连接。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，凸起14的侧面与底座3上设有凸起的表面之间设有多个加强件15，以增强底座3的承载力，提高了试验的安全性。多个加强件15以凸起为中心，呈放射状设置。

具体地，加强件15为扁平的三棱柱，其横截面为直角三角形，直角三角形的两个直角边分别与凸起的侧面和底座的表面连接。加强件15从凸起14延伸至底座3的边缘。

在一种可能的实施方式中，底座3的四个角上分别设有安装孔，以实现底座3与第一连接件1和第二连接件2的连接。示例性地，底座四个角上的安装孔为腰形孔，与第一连接1件和第二连接件2基座上的腰形孔对应。

具体地，第一连接件1和第二连接件2的数量均为2个。2个第一连接件和2个第二连接件固定于底座3的同一侧。示例性地，2个第一连接件沿底座的一个长边相对设置，2个第二连接件沿底座的另一个长边相对设置。

如图8所示，本发明的试验件为大型蒙皮复合材料结构复杂的试验件。试验件整体呈圆柱状。试验件侧面的相对位置上设有两个条状凸起。每个条状凸起上设有两个向外凸出的套接柱，套接柱与轴承对接座4上的轴套11套接固定，从而实现试验件16与试验夹具的连接。具体地，套接柱为金属柱。

本实施例的试验夹具通过下列方法加工得到：

接到数模工艺，按照数模下料，材质为6061-T6。

采购按照工艺的下料单进行采购。

材料到厂后进行检测。

检测合格后进行如下加工工序：

粗加工，数控CNC按照数模理论尺寸单边留量3～5mm进行粗加工；粗加工去除多余的材料。

粗加工完成后进行人工时效；人工时效时将工件放入时效炉进行时效，人工时效需要48小时，时效温度150～170度进行；人工时效主要是去除应力、防变形。

人工时效后进行精加工工序，数控CNC按照数模理论尺寸进行精加工，精加工完成后进行检测。

检测合格后进行下一道工序总装配，装配按照理论数模进行，装配检测合格后，有检验员检测合格后，开检测报告和合格证。

实施例三

本发明的另一个具体实施例，公开了一种振动试验系统，如图8所示，包括实施例二的试验夹具18、振动台系统17、传感器19、弹性吊挂装置20(橡皮绳吊挂)、龙门架21、吊钩22、工控机23和控制系统24。试验夹具18、振动台系统17和传感器19分别与控制系统24电连接，控制系统24与工控机23电连接。

振动台系统17用于提供振动，试验夹具18用于将振动台系统17的振动传递给试验件16。弹性吊挂装置20用于将试验件16悬挂吊起，龙门架21用于为弹性吊挂装置提供支撑。工控机用于设定试验参数。控制系统用于控制振动台系统按照工控机设定的试验参数对试验件施加振动，达到预期振动响应。传感器用于采集试验件感受到的振动，并传递给控制系统。

具体地，振动台系统包括振动台和支座，振动台固定于支座上，并与试验夹具固定连接，试验夹具与试验件固定连接。具体地，振动台为能够提供竖直方向振动的振动台。

弹性吊挂装置20的一端与龙门架21连接，另一端与试验件18连接。

在一种具体的实施方式中，龙门架上设有吊链，吊链的一端设有吊钩22，弹性吊挂装置20挂在吊钩22上。

另外，本实施例的振动试验系统还包括试验包带25，以将试验件兜住吊挂在弹性吊挂装置上。

根据试验件的长度不同，弹性吊挂装置数量为多个，多个弹性吊挂装置沿试验件的长度方向分散设置。通过上述设置，能够提高试验件悬吊的稳定性，从而提高振动试验的精准度。示例性地，弹性吊挂装置为2个。

考虑到本发明的试验件为大型蒙皮复合材料结构复杂的试验件，其长度为6米以上、体积大、重量为500Kg以上的航空航天产品，如果意外掉落，会导致试验件直接损毁，造成不可估量的损失。因此，在另外一种可能的实施方式中，如图8所示，本发明还设置了一种防止试验件意外掉落的结构，即设置额外的保护包带26，该保护包带26不与弹性吊挂装置连接，而是直接挂在吊钩上。正常情况下，该保护包带26并不承力，仅在出现意外情况时承力，既不影响模态试验的正常进行，又能防止试验件意外掉落，有效提高了模态试验的安全性。

考虑到弹性吊挂装置挂在吊钩上后会在吊钩上滑动，在一种优选的实施方式中，在吊钩上设有限位部(图中未示出)。通过上述设置，能够防止弹性吊挂装置挂在吊钩上后在吊钩上滑动，大大提高弹性吊挂装置在吊钩上的稳定性。

具体地，限位部为凸起或凹槽。

当限位部为凸起时，凸起的数量为2个，2个凸起之间有间隙，弹性吊挂装置的一端卡在该间隙；当限位部为凹槽时，弹性吊挂装置的一端落入该凹槽。

传感器19固定于试验件的外表面上。具体地，传感器的数量为多个，多个传感器分散设于试验件的外表面上，并与控制系统连接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。