基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法技术

本发明专利技术提供了一种基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法包括：将单轴振动中每个方向上试验条件施加到多轴振动对应方向上，根据裁剪原则，改变多轴振动每个方向上的试验条件，得到多轴同时振动时的试验条件；确定关键点，提取所述关键点在每个单轴振动时对应方向的加速度响应均方根值与多轴同时振动时该所述关键点处的每个方向加速度响应均方根值，根据试验件，计算多轴同时振动时每个方向的梯形控制谱裁减系数，分别按照求解出的梯形控制谱裁减系数进行剪裁，得到基于加速度等效的新控制谱。本发明专利技术在多轴同时振动情况下将振动控制谱进行等效裁剪，避免因多轴同时施加载荷引起试件应力过大的现象，避免过试验的发生，保证了试验的顺利完成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及振动试验，具体地，涉及一种基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法。
技术介绍
多轴多激励振动试验技术是一种多个方向同时施加振动的振动试验技术。由于试验条件的改变，如果多轴振动时每个方向同时施加单轴振动的试验载荷，会造成试验产品上载荷过大，引起过试验甚至会造成产品的破坏，需要重新制定多轴振动试验条件。由于振动试验中的主要参数是关键点，即产品上关键部位的加速度响应，为保证多轴振动时每个方向的响应与单轴分别施加时的响应相同，以单轴振动试验条件为基准，设计了基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，本专利技术适用于单轴振动试验条件已知的情况下，基于等效情况下多轴振动试验条件的制定。根据本专利技术提供的基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，包括如下步骤：步骤S1：将单轴振动中每个方向上试验条件施加到多轴振动对应方向上，根据裁剪原则，改变多轴振动每个方向上的试验条件，得到多轴振动时的试验条件；步骤S2：保持振动控制谱为梯形谱不变的裁剪原则，改变多轴振动每个方向上的振动均方根值大小；步骤S3：确定关键点，提取所述关键点在每个单轴振动时对应方向的加速度响应均方根值与多轴同时振动时该所述关键点处的每个方向加速度响应均方根值，根据试验件，计算多轴同时振动时每个方向的梯形控制谱裁减系数，分别按照求解出的梯形控制谱裁减系数进行剪裁，得到基于加速度等效的新控制谱。优选地，所述裁剪原则，具体为保持振动控制谱的扫频范围和各拐点的频率值不变，同时保持对数功率谱密度曲线中斜线段的斜率不变。优选地，所述步骤S3包括如下步骤：步骤S301：确定关键点，提取所述关键点在三个单轴振动时对应方向的加速度响应均方根值与三轴同时振动时该关键点处的三个方向加速度响应均方根值；步骤S302：设三轴振动时三个方向的加速度梯形控制谱剪裁系数分别为t1、t2、t3，将其作为控制变量，控制目标函数的值最小，搜索出最优加速度梯形控制谱剪裁系数为t1*、t2*、t3*；其中，为三轴同时振动时X向的加速度均方根值变量，为三轴同时振动时Y向的加速度均方根值变量，为三轴同时振动时Z向的加速度均方根值变量；X轴单轴振动时X向的加速度均方根值为Y轴单轴振动时Y向的加速度均方根值为Z轴单轴振动时Z向的加速度均方根值为步骤S303：将三轴振动时三个方向的振动控制谱分别按照求解出的出最优加速度梯形控制谱剪裁系数进行剪裁，得到基于加速度等效的新控制谱。优选地，所述控制目标函数的值最小的具体过程如下：步骤A1：设置变量，令X向控制谱裁减系数为t1，Y向控制谱裁减系数为t2，设置Z向控制谱裁减系数为t3。并设置初始值t1＝t2＝t3＝0.4；步骤A2：通过ansys仿真软件，建立试件模型，提取控制点处的多轴白噪声响应，利用式(1)，反求t1、t2、t3对应数值时的载荷谱；Sxx(ω)000Syy(ω)000Szz(ω)=SXXO(ω)SYXO(ω)SZXO(ω)SXYO(ω)SYYO(ω)SZYO(ω)SXZO(ω)SYZO(ω)SZZO(ω)-1SXX(ω)SYX(ω)SZX(ω)SXY(ω)SYY(ω)SZY(ω)SXZ(ω)SXZ(ω)SZZ(ω)---(1)]]>式中：Sxx(ω)、Syy(ω)、Szz(ω)分别为X、Y、Z向的基础加速度激励自功率谱密度函数，即所求的载荷谱；SORS(ω)其中R，S＝X，Y，Z，表示三轴同时施加白噪声激励时，R方向白噪声激励产生的S方向的加速度响应功率谱密度函数；SRS(ω)(R,S＝X,Y,Z)为R向激励对S向的加速度响应功率谱密度函数，并有SX(ω)＝SXX(ω)+SXY(ω)+SXZ(ω)，SY(ω)＝SYX(ω)+SYY(ω)+SYZ(ω)，SZ(ω)＝SZX(ω)+SZY(ω)+SZZ(ω)；SX(ω)、SY(ω)、SZ(ω)分别为关键点处的X、Y、Z方向加速度响应；步骤A3：通过ansys仿真软件提取关键点处的多轴白噪声响应，结合步骤2中反求的载荷谱，通过matlab仿真求解多轴振动时关键点处的每个轴向的加速度功率谱密度函数以及每个轴向的加速度响应均方根值；步骤A4：设置变量t1、t2、t3增量为0.01，使变量t1、t2、t3可在0.4-1范围内变动；步骤A5：建立循环，通过步骤A2和步骤A3计算变量t1、t2、t3在0.4-1范围内变动时关键点的每个轴向加速度响应均方根值的集合；步骤A6：控制目标函数在所述关键点的每个轴向加速度响应均方根值的集合搜索最优解，得到相应的最优加速度梯形控制谱剪裁系数t1*、t2*、t3*。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术在保持输出梯形谱扫频范围以及各拐点的频率值不变，同时保持对数功率谱密度曲线中斜线段的斜率也不变，改变输出梯形谱的直线段的值，从而实现对控制谱整体的缩减；2、本专利技术在多轴同时振动情况下将振动控制谱进行等效裁剪，避免因多轴同时施加载荷引起试件应力过大的现象，避免过试验的发生，保证了试验的顺利完成。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术多轴振动与单轴振动试验条件等效裁剪方法对应的一种梯形谱；图2为梯形谱加速度均方根值计算图；图3为本专利技术的步骤流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，其中，ωa为频率f＝20Hz处对应的加速度功率谱密度值，ωb为f＝80Hz处对应的加速度功率谱密度值，ω1为频率f＝350Hz处对应的加速度功率谱密度值，ω2为频率f＝2000Hz处对应的加速度功率谱密度值。其中，关键点为试验产品上所关心的关键部位，如电子元器件等，这些部位由于结构原因通常不能用来做控制点；控制点是试验产品上作为试验曲线控制的点，试验中控制点输出加速度响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将单轴振动中每个方向上试验条件施加到多轴振动对应方向上，根据裁剪原则，改变多轴振动每个方向上的试验条件，得到多轴振动时的试验条件；步骤S2：保持振动控制谱为梯形谱不变的裁剪原则，改变多轴振动每个方向上的振动均方根值大小；步骤S3：确定关键点，提取所述关键点在每个单轴振动时对应方向的加速度响应均方根值与多轴同时振动时该所述关键点处的每个方向加速度响应均方根值，根据试验件，计算多轴同时振动时每个方向的梯形控制谱裁减系数，分别按照求解出的梯形控制谱裁减系数进行剪裁，得到基于加速度等效的新控制谱。

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征在于，包括如下步
骤：
步骤S1：将单轴振动中每个方向上试验条件施加到多轴振动对应方向上，根据裁剪
原则，改变多轴振动每个方向上的试验条件，得到多轴振动时的试验条件；
步骤S2：保持振动控制谱为梯形谱不变的裁剪原则，改变多轴振动每个方向上的振
动均方根值大小；
步骤S3：确定关键点，提取所述关键点在每个单轴振动时对应方向的加速度响应均
方根值与多轴同时振动时该所述关键点处的每个方向加速度响应均方根值，根据试验件，
计算多轴同时振动时每个方向的梯形控制谱裁减系数，分别按照求解出的梯形控制谱裁
减系数进行剪裁，得到基于加速度等效的新控制谱。
2.根据权利要求1所述的基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征
在于，所述裁剪原则，具体为保持振动控制谱的扫频范围和各拐点的频率值不变，同时
保持对数功率谱密度曲线中斜线段的斜率不变。
3.根据权利要求1所述的基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征
在于，所述步骤S3包括如下步骤：
步骤S301：确定关键点，提取所述关键点在三个单轴振动时对应方向的加速度响应
均方根值与三轴同时振动时该关键点处的三个方向加速度响应均方根值；
步骤S302：设三轴振动时三个方向的加速度梯形控制谱剪裁系数分别为t1、t2、
t3，将其作为控制变量，控制目标函数的值最小，
搜索出最优加速度梯形控制谱剪裁系数为t1*、t2*、t3*；
其中，为三轴同时振动时X向的加速度均方根值变量，为三轴同时振动时Y
向的加速度均方根值变量，为三轴同时振动时Z向的加速度均方根值变量；，X轴单
轴振动时X向的加速度均方根值为Y轴单轴振动时Y向的加速度均方根值为Z
轴单轴振动时Z向的加速度均方根值为步骤S303：将三轴振动时三个方向的振动控制谱分别按照求解出的出最优加速度梯
形控制谱剪裁系数进行剪裁，得到基于加速度等效的新控制谱。
4.根据权利要求3所述的基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征

\t在于，所述控制目标函数的值最小的具体过程如下：
步骤A1：设置变量，令X向控制谱裁减系数为t1，Y向控制谱裁减系数为t2，设
置Z向控制谱裁减系数为t3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国顺，张艳，李伟明，王金明，王肇喜，李中权，别亚星，蔡琼，曹玲玲，梁山，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31