系统级产品振动试验仿真

　　1　引言

　　振动台试验作为一种检验产品可靠性、动强度的有效手段,已被广泛应用于试验产品的性能考核和动强度鉴定中。对系统级产品而言,由于结构和动态行为的复杂性,在振动台试验时常遇到一些困难,主要有两个方面:一方面在振动台上很难模拟试验产品的实际连接边界,振动试验夹具往往很难模拟产品实际的连接边界(阻抗),而不真实的边界模拟在振动试验时往往导致试验产品的响应与实际不一致,导致过试验或欠试验;另一方面,有些大试验件、高试验量级的振动试验因受设备能力的限制往往无法在振动台上实现。因此,振动试验的响应分析(仿真)越来越受到重视。基于精确的试验产品模型、精确的试验设备与夹具模型基础上的振动试验仿真为试验分析结果的精度和可靠度增加创造了条件,通过振动试验仿真可解决振动台试验能力不足、过试验或欠试验问题,促进试验夹具优化设计,获取在试件模型中各种位置的响应特性及振动台试验中没有测试部位的响应,更好地认识结构的动态行为[1]。有鉴于此,本文借助于有限元技术,通过对试验夹具、试验产品和振动台的动特性分析及一系列的部件试验结果和综合分析方法的应用,在计算机上模拟振动环境和产品的试验状态,对整个结构系统进行了振动试验仿真,并通过产品在振动台上的振动试验结果对仿真结果进行了验证,取得了令人满意的结果。

　　2　模型的建立与修正

　　仿真的核心之一是仿真对象有限元模型的构造,模拟实际的试验产品、试验设备和接口。图1显示振动台、夹具和试验产品的试验状态。在建模过程中,为建立更加符合实际的数学模型,采取了如下的方法[2]:

　　(1)在振动台、夹具、试验产品的数学模型建立后,对各部件模型进行振动特性计算,通过模态试验数据进行模型修正[3]。

　　(2)将计算的数据与某些试验测试数据进行比较,进行第二次模型修改,修改的目的是解决结构的参数设置、结构部件之间的连接条件模拟等问题,使模型达到更精确的程度[2]。

　　(3)为提高计算求解的精确度,在建模时,对振动台、夹具、试验产品做到足够的细化[4]。

　　2.1　振动台移动部件(动圈)有限元模型的建立

　　为精确建立振动台的有限元模型,建立了两种状态下的振动台模型:自由-自由状态模型与实际约束状态下(使用状态下)的模型,并分别通过模态试验对模型进行多次修正。表1显示了实际使用状态下的振动台模态试验结果与最终计算结果比较。振动台模型见图2。

　　2.2　夹具有限元模型的建立与修正