專利名稱：用于振動試驗的諧振裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及環(huán)境力學試驗中的振動或沖擊試驗裝置，特別涉及一種與振動臺或沖擊臺組合用于提高工作頻率范圍的諧振裝置。
背景技術：
在當前沖擊響應的試驗中，一般在電動振動臺上所能做到的最高頻率在3000Hz左右，如果要想提高工作頻率，由于系統(tǒng)最高頻率的限制(現(xiàn)有電動振動臺動圈的一階固有諧振頻率在2200Hz左右)，在3000Hz之后將出現(xiàn)明顯的能量衰減現(xiàn)象，滿足不了一些沖擊響應譜高頻分量達4000Hz試驗的要求。
沖擊響應譜是為電動振動臺實現(xiàn)模擬爆炸沖擊環(huán)境提供一種有效的在線時域合成圖譜。一般航空器件在高頻段需要較高的要求，如飛行器上的電子儀器設備，需要模擬飛行器在高空作超音速飛行這種環(huán)境，來考核電子儀器設備在高頻振動情況下的承受能力。
在現(xiàn)有技術中，沖擊響應譜使用在電動振動臺和機械振動臺兩種臺體上。其中，沖擊響應譜在電動振動臺上是模擬爆炸沖擊環(huán)境。在這種電動振動臺上能量一般集中在5Hz到3000Hz范圍內，如果想做到3000Hz以上，由于受試驗系統(tǒng)最高頻率限制，難以突破。沖擊響應在機械振動臺上只能做一些低頻試驗，如對某些產(chǎn)品包裝的跌落、顛簸等等的環(huán)境模擬。要想提高工作頻率，由于受系統(tǒng)固有諧振頻率限制，幾乎不可能。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于振動試驗的諧振裝置，其目的是要在現(xiàn)有、同樣性能的振動臺或沖擊臺基礎上，通過安裝諧振裝置來提高試驗的工作頻率范圍，從而提高振動試驗能力。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種用于振動試驗的諧振裝置，由一個固定于振動臺或沖擊臺工作臺面上的附加工作臺形成，該附加工作臺的主體為一塊剛性臺板，其頂面為安置試件的附加臺面，臺板底面四周設有支撐墊，臺板中間部分相對支撐墊底平面懸空，所述剛性臺板的固有一階諧振頻率或多階諧振頻率＞振動臺或沖擊臺工作臺面的固有諧振頻率。
上述技術方案中的有關內容解釋如下1、上述方案中，所述振動臺包括電動振動臺、機械振動臺以及液壓振動臺。所述多階諧振頻率是指剛性臺板一階以上的諧振頻率，一般二階諧振頻率是一階諧振頻率的兩倍，三階諧振頻率是一階諧振頻率的三倍，四階諧振頻率是一階諧振頻率的四倍，以此類推。
2、上述方案中，之所以可以提高試驗的工作頻率范圍，是由附加工作臺的固有諧振頻率決定的，而附加工作臺的材料剛性、厚度和形狀等因素決定了自身固有諧振頻率?，F(xiàn)給出在圓形和正方形兩種情況下決定附加工作臺固有諧振頻率的公式(1)、所述剛性臺板為圓形臺板，多階固有諧振頻率為一階固有諧振頻率對應的階數(shù)倍，其一階固有諧振頻率如下式ωn=aNSR2Et312(1-μ2)ρA]]>式中ωn-一階固有諧振頻率，單位rad/s；aNS-振型常數(shù)，與節(jié)直徑數(shù)N和節(jié)圓數(shù)S有關，其數(shù)值從下表選擇 以上表格中的數(shù)值及選擇見機械工業(yè)出版社1991年9月北京第一版的《機械設計手冊》(徐灝主編)第1卷，第6篇，第一章機械振動的基礎資料，第6-23頁；R-圓形臺板懸空區(qū)半徑(懸空區(qū)是指臺板支撐后，中間部分被懸空的區(qū)域)，單位m；E-彈性模量，單位Pa；t-板厚，單位m；μ-泊松比；ρA-單位面積質量，單位kg/m2。
(2)、所述剛性臺板為正方形臺板，多階固有諧振頻率為一階固有諧振頻率對應的階數(shù)倍，其一階固有諧振頻率如下式ωn=ab2Et312(1-μ2)ρA]]>ωn-一階固有諧振頻率，單位rad/s；
a-振型常數(shù)，選擇下列八種之一a)35.99；b)73.41；c)108.27；d)131.64；e)132.25；f)164.99；g)165.15；h)243.11；以上數(shù)值及選擇見機械工業(yè)出版社1991年9月北京第一版的《機械設計手冊》(徐灝主編)第1卷，第6篇，第一章機械振動的基礎資料，第6-24頁；b-正方形臺板懸空區(qū)邊長(懸空區(qū)是指臺板支撐后，中間部分被懸空的區(qū)域)，單位m；E-彈性模量，單位Pa；t-板厚，單位m；μ-泊松比；ρA-單位面積質量，單位kg/m2。
這里需要強調的是本發(fā)明臺板不局限于圓形和正方形兩種情況，而采用其它幾何形狀也是可以的，比如五棱形、六棱形、長方形，橢圓形等。
3、上述方案中，關于附加工作臺如何固定于振動臺或沖擊臺臺面上，有以下兩種方式(1)、直接固定將剛性臺板通過支撐墊固定連接在振動臺或沖擊臺工作臺面上。固定可采用螺栓緊固結構。
(2)、間接固定將剛性臺板通過支撐墊固定連接在一個聯(lián)接器上，該聯(lián)接器再固定連接在振動臺或沖擊臺工作臺面上。所述聯(lián)接器也要剛性材料。
4、上述方案中，所述剛性臺板最好選擇質量輕，剛度大的金屬材料，比如由鎂或鋁或鎂鋁合金材質制成。
5、上述方案中，所述支撐墊可采用膠木條。
本發(fā)明原理是讓具有一定剛度的附加工作臺中間部分懸空，通過附加工作臺的彈性變形，儲蓄一定的能量，使高頻段能量得到補償，能量衰減速度變慢，從而達到在相同性能的電動振動臺上，高頻段頻率得到放大。現(xiàn)可通過附圖5簡單的原理示意圖作如下分析在上述圖5波形示意圖中，曲線A是未使用本方案諧振裝置的通常情況下所得到的波形，當頻率達到f1時能量衰減，波形由波峰開始走向波谷。一般可以定義f1為電動振動臺的動圈(可動部件)第一軸向共振頻率；曲線B是加上本方案諧振裝置所得波形，頻率在f1左右時波形由波峰稍稍降低后，又升到波峰，當頻率到f2后波形才開始慢慢的走向波谷。f2定義為本諧振裝置和動圈共振頻率點。之所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象是由于附加工作臺的彈性變形使能量得到補充，從而使得高頻諧振點放大。
由于上述技術方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點和效果1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有電動振動臺當達到一定頻率后，受電動振動臺系統(tǒng)最高頻率限制，滿足不了一些試驗的要求，特別是對一些要求沖擊響應譜高頻分量高達4000Hz試驗的試件。而本發(fā)明與電動振動臺組合后，可以提高試驗頻率，從而提高沖擊響應譜能力，效果十分明顯。
2、本發(fā)明結構簡單，構思巧妙，尤其是將剛性臺板的固有諧振頻率與振動臺動圈或沖擊臺臺面的固有諧振頻率進行疊加，當剛性臺板的固有諧振頻率達到某一設計給定頻率時，通過剛性臺板和動圈的諧振，可以有效提高工作頻率范圍，也就是提高了高頻諧振點，從而提高振動試驗能力。


附圖1為本發(fā)明提高沖擊響應譜能力的諧振裝置固定于電動振動臺的實施例結構示意圖；附圖2為本發(fā)明實施例附加工作臺結構圖；附圖3為本發(fā)明實施例聯(lián)接器結構圖；附圖4為本發(fā)明支撐墊示意圖；附圖5為本發(fā)明沖擊響應譜原理示意圖；附圖6為未使用本發(fā)明的沖擊響應譜效果圖；附圖7為使用本發(fā)明的沖擊響應譜效果圖；附圖8為本發(fā)明剛性臺板為正方形臺板的簡圖，圖中，八種具體形式分別對應八個振型常數(shù)a；附圖9為本發(fā)明剛性臺板為圓形臺板的簡圖。
以上附圖中，1、附加工作臺；2、支撐墊；3、聯(lián)接器；4、試件；5、振動臺臺面；6、振動臺臺體；7、內六角螺釘；8、內六角螺釘。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例參見圖1～圖4所示，一種用于振動試驗的諧振裝置，由一個附加工作臺1、支撐墊2和聯(lián)接器3三部分組成。配合使用的振動臺為本公司產(chǎn)生的DC-3000-36電動振動臺，電動振動臺動圈的一階固有諧振頻率在2200Hz，能做到的最高頻率在3000Hz左右。
附加工作臺1為一塊剛性臺板，其頂面為安置試件4的附加臺面，臺板底面四周設有支撐墊2，臺板中間部分相對支撐墊2底平面懸空。所述剛性臺板采用正方形臺板，其一階固有諧振頻率計算如下選擇材料鋁E-彈性模量68Gpaμ-泊松比0.35t＝50mmρA＝2.7×103kg/m3a＝243.11b＝800mmωn=ab2Et312(1-μ2)ρA]]>ωn=243.110.82×68×109×(50×10-3)312×(1-0.352)×2.7×103=6572rad/s]]>ω＝2πf 則f＝ω/2π＝6572/2π＝1046Hz本實施例正方形剛性臺板的三階諧振頻率＞電動振動臺動圈的一階固有諧振頻率2200Hz。
聯(lián)接器3是一種聯(lián)接構件，其作用是為了將附加工作臺1很好的聯(lián)接在動振動臺臺面5上。當振動臺臺面5小于臺板時，采用聯(lián)接器3進行聯(lián)接是必要的，當振動臺臺面5大于臺板時，可以不用聯(lián)接器3，直接將臺板通過支撐墊2固定于振動臺臺面5。為了保證聯(lián)接器3的剛度，聯(lián)接器和附加工作臺可以選擇具有一定厚度的輕質剛性材料，比如鎂或鋁或鎂鋁合金等。
如圖1所示，附加工作臺1、支撐墊2、聯(lián)接器3和振動臺臺面5的聯(lián)接關系為將聯(lián)接器3用內六角螺釘8固定連接振動臺臺面5上，再將附加工作臺1通過支撐墊2，用內六角螺釘7固定連接在聯(lián)接器3上。附加工作臺1頂面固定試件4，聯(lián)接器3和附加工作臺1之間的支撐墊2采用膠木條。附加工作臺1和聯(lián)接器3上的螺釘孔分布均勻，以方便試件4的安裝，安裝時螺釘必須擰緊，不得松動。更換不同厚度附加工作臺1，可以調整沖擊響應譜的高頻諧振點。
以下是本實施例DC-3000-36電動振動試驗系統(tǒng)不使用諧振裝置和使用諧振裝置實驗效果譜型對照未使用諧振裝置在加速度15000m/s2的情況下效果見圖6所示。
使用諧振裝置在加速度15000m/s2的情況下效果見圖7所示。
通過圖6和圖7可以一目了然看見，圖6在2200Hz左右時波形從波峰走向波谷，而在圖7中可以清楚的看見波形在4000Hz后才走向衰減。這兩個試驗數(shù)據(jù)表告訴我們，使用諧振裝置可以將高頻諧振點向后放大，從而可以滿足在高頻段一些難以實現(xiàn)的試驗。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于振動試驗的諧振裝置，其特征在于由一個固定于振動臺或沖擊臺工作臺面上的附加工作臺形成，該附加工作臺的主體為一塊剛性臺板，其頂面為安置試件的附加臺面，臺板底面四周設有支撐墊，臺板中間部分相對支撐墊底平面懸空，所述剛性臺板的固有一階諧振頻率或多階諧振頻率＞振動臺或沖擊臺工作臺面的固有諧振頻率。
2.根據(jù)權利要求1所述的諧振裝置，其特征在于所述剛性臺板為正方形臺板，多階固有諧振頻率為一階固有諧振頻率對應的階數(shù)倍，其一階固有諧振頻率如下式ωn=ab2Et312(1-μ2)ρA]]>ωn-一階固有諧振頻率，單位rad/s；a-振型常數(shù)，選擇下列八種之一a)35.99；b)73.41；c)108.27；d)131.64；e)132.25；f)164.99；g)165.15；h)243.11；b-正方形臺板懸空區(qū)邊長，單位m；E-彈性模量，單位Pa；t-板厚，單位m；μ-泊松比；ρA-單位面積質量，單位kg/m2。
3.根據(jù)權利要求1所述的諧振裝置，其特征在于所述剛性臺板為圓形臺板，多階固有諧振頻率為一階固有諧振頻率對應的階數(shù)倍，其一階固有諧振頻率如下式ωn=aNSR2Et312(1-μ2)ρA]]>式中ωn-一階固有諧振頻率，單位rad/s；aNS-振型常數(shù)，與節(jié)直徑數(shù)N和節(jié)圓數(shù)S有關，其數(shù)值從下表選擇 R-圓形臺板懸空區(qū)半徑，單位m；E-彈性模量，單位Pa；t-板厚，單位m；μ-泊松比；ρA-單位面積質量，單位kg/m2。
4.根據(jù)權利要求1所述的諧振裝置，其特征在于所述剛性臺板通過支撐墊固定連接在振動臺或沖擊臺工作臺面上。
5.根據(jù)權利要求1所述的諧振裝置，其特征在于所述剛性臺板通過支撐墊固定連接在一個聯(lián)接器上，該聯(lián)接器再固定連接在振動臺或沖擊臺工作臺面上。
6.根據(jù)權利要求1所述的諧振裝置，其特征在于所述剛性臺板由鎂或鋁或鎂鋁合金材質制成。
7.根據(jù)權利要求1所述的諧振裝置，其特征在于所述支撐墊采用膠木條。
全文摘要
一種用于振動試驗的諧振裝置，其特征在于由一個固定于振動臺或沖擊臺工作臺面上的附加工作臺形成，該附加工作臺的主體為一塊剛性臺板，其頂面為安置試件的附加臺面，臺板底面四周設有支撐墊，臺板中間部分相對支撐墊底平面懸空，所述剛性臺板的固有一階諧振頻率或多階諧振頻率＞振動臺或沖擊臺工作臺面的固有諧振頻率。本發(fā)明在現(xiàn)有、同樣性能的振動臺或沖擊臺基礎上，通過安裝諧振裝置，能夠提高試驗的工作頻率范圍，從而提高振動試驗能力，克服了現(xiàn)有電動振動臺當達到一定頻率后，受電動振動臺系統(tǒng)最高頻率限制，滿足不了一些試驗的要求，特別是對一些要求沖擊響應譜高頻分量高達4000Hz試驗的試件，效果十分明顯。
文檔編號G01M7/08GK1877280SQ200610039809
公開日2006年12月13日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權日2006年4月14日
發(fā)明者鐘瓊華, 王德言 申請人:蘇州試驗儀器總廠