2024年4月27日发(作者:实昭懿)
第33卷第4期
2013年8月
振动、测试与诊断
Journal of Vibration.Measurement&Diagnosis
VoI.33 No.4
Aug.2O13
六自由度振动试验系统运动极限
张步云 , 陈怀海 , 贺旭东 , 郭家骅
(1.南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室
(2.上海宇航系统工程研究所
南京,210016)
上海,201108)
摘要针对六自由度振动试验系统的试验能力问题,对试验系统台面的运动极限情况进行分析。研究的振动试验
系统由8个独立的电动振动台和一个台面组成,振动台和台面之间通过静压球形接头进行机械解耦。建立该振动
试验系统的几何模型,采用斯图尔特平台分析方法,推导出台面位移和各振动台位移之间的关系。建立了一种优
化计算方法,根据振动试验系统的参数计算出台面的极限位移,得到振动试验系统的最大试验能力;也可根据给定
的试验条件要求计算出各振动台应具有的试验能力。此工作为此类型振动试验的实施提供了判断依据。
关键词振动台;多轴振动;六自由度;运动极限;建模
0329 中图分类号
际产品的生产中。Wyle实验室为Hill空军基地研
引 言
在实验室条件下用振动台进行振动测试试验是
对产品在运输、使用环境中经受振动环境的最佳人
工模拟L1]。单轴振动试验技术在工程领域应用广
制的三轴向六自由度电动振动系统是目前较先进的
电动式多轴振动系统[8]。关广丰等[g。0]就六自由度
液压振动试验系统的控制策略进行了理论和试验研
究。严侠等[1 以三轴向六自由度液压振动台系统
为典型被控对象,建立了三轴六自由度液压振动台
随机振动控制仿真系统。陈建秋等L1 对六自由度
地震模拟振动台的控制系统进行了研究。这些研究
多以多轴液压振动系统为主。
在振动试验中关心的是多轴振动系统的试验能
力,尤其是六自由度电动振动系统。若已知振动系
统的相关参数,求得台面的最大运动能力(即能达到
的最大位移或最大加速度)是研究人员关心的问题。
另一方面,给定一定的试验条件,振动台能否达到这
样的指标是试验能否成功的关键。笔者根据斯图尔
特平台模型[1 ]的分析方法,以六自由度电动振动
泛,局限性也很明显。文献[2—3]指出单轴振动试验
无法完全复现外场故障,加大量级的补偿措施易导
致试件过试验或过设计,难以实现不同振动方向载
荷的准确迭加。贺旭东[4 指出在对大型试件进行振
动试验时,单轴振动台无法提供足够的推力,难以达
到规定的试验量级,且单点激励不利于实现振动分
布的均匀性,使应力和位移分布不够合理。Free—
man[5 指出通过单轴振动试验的设备无法承受多维
的外场振动环境。事实上,从严格意义来说,产品在
使用过程中的振动环境大都是多自由度的,单轴振
动试验难以准确描述产品的真实工况。
从20世纪6O年代开始,研究重点转移到多轴
振动系统领域,并取得一系列进展。Whiteman
系统台面的运动极限问题进行建模研究,建立各振
动台与台面之间的位移关系,为多轴振动系统试验
的实际应用提供理论依据。
等【6 ]研究了多维振动试验方法,指出多轴振动试验
能有效减少试验时间且提供更真实的应力分布情
况。美国的Wyle实验室、MTS公司和Team公司
1 振动系统几何模型
在实际振动环境中,大部分产品有6个自由度 等都开始研究多轴振动环境试验技术,且应用到实
* 国家自然科学基金资助项目(10972104,11102083)
收稿El期:201I-12—26;修改稿收到日期:2012—04—26
第4期 张步云,等:六自由度振动试验系统运动极限
的运动,其中:3个平动自由度分别为沿 轴、Y轴
和z轴的移动;3个转动自由度为绕轴z旋转的
R 、绕Y轴旋转的R 和绕z轴旋转的R 。图1为
六自由度振动简化模型。
的振动系统模型。该振动系统由振动台面和8个独
立单轴振动台组成,振动台用序号#1,#2,…,#8
表示。#1和#2表示X向的振动台,#3和#4表
示Y向的振动台,#5~#8表示 向的4个振动
台。为了消除不同轴向运动之间耦合关联,该系统
通过连接试验台面和振动台动圈的静压球形接头来
实现机械解耦。振动台的下铰点为具有4个自由度
的球铰联接,固定在系统底座。振动台的上铰点与
台面相连,传递作用力。
图1六自由度振动模型图
为准确计算振动台的轴向伸缩与台面运动之间
的关系,以#1到#4振动台与台面的连接点所在面
在具有8个独立的单轴振动台的六自由度振动
的几何中心为原点建立两个空间直角坐标系。其
中:一个坐标系O-xyz固连于大地,称为静坐标系
系统中,每个自由度的响应都是由8个振动台共同
激励产生的[1 。图2为美国Hill空军基地SVIC
S;另一坐标系O'-x Y z 固连于台面,称为动坐标
系M。
中心的多台多轴(MEMA)系统,由2个z向振动
台、2个Y向振动台、4个z向振动台和一个振动台
8个振动台的下铰点在坐标系S中的坐标不
面组成[8]。本研究以此系统为研究对象。
变,上铰点在动坐标系M中的坐标不变。台面处于
中位时两坐标系重合[g]。原点。到振动台下铰点
B 的向量为b 一Eb b b ] ,i一1,2,…,8,原
点O 到上铰点A 的向量为aj一[口扛 12 a J ] ,
一1,2,…,8。
2振动系统运动分析
2.1各振动台试验能力
图2美国Hill空军基地多台多轴系统
分析各振动台试验能力,即在已知振动台面运
根据斯图尔特平台系统的相关理论,在多轴电
动的情况下求得各振动台轴向的伸缩位移。一般称
动振动系统中引入类似分析方法,建立如图3所示
此类问题为振动系统反解问题。求得各振动台的轴
向伸缩位移,结合已知振动台参数,便可判断振动系
统的试验能力。如图3所示,振动台面的位姿 可
以表示为
===
Iqt3xl
其中:t。 为平动位移坐标向量,即原点O到o 的向
量表示,t3X1一IX1 z z。] ; 。Xl为转动坐标向
量, 3×l:==Ex4 X5 X6] ; 4,X5,X6分别为绕
轴、Y轴和z轴的转角。
用此3个参数可以计算出静坐标系到动坐标系
图3八振动台多轴系统几何模型 的转动传递矩阵R[ 为
[- ̄osx6 COSX5 COSX6 sinx5 sinx4一sinx6 COSX4 sinx6 sinx4一COSX6 sinx5 COSX4 1
R=l sinx6 COSX5 COSX6 COSX4一sinx6 sinx5 sinx4 COSX6 sinx5 COSX4一COSX6 sinx4 I
}一slnxs cosx5 slnx4 cos:E5 COSX4 -J
振动、测试与诊断 第33卷
台面的运动速度可以表示为
r}]
主一1 l (2)
j
其中: 为平动速度向量; 为角速度向量。
因为台面的运动是8个振动台共同激励的结
果,下面探求振动台的轴向伸缩位移与台面的位姿
之间的关系。第i个振动台上、下铰点间向量可表
示为Z ,有
f —t+Rai—b (3)
其中:z 为一个3×1维的向量,它表示振动台的
位置。
I Z l 一玎f (4)
其中:【fj I为台面运动时振动台的长度。
振动台的轴向伸缩位移△z 为
Al 一 ̄/l z 一z ( 一1,2,…,8) (5)
其中:z 为无台面运动时第i个振动台的轴向长度。
由式(5)可知,振动台的轴向伸缩位移△ 可以
表示成台面6个自由度的函数。若知振动台面的运
动,可由式(5)求出各振动台应该具备的试验能力。
2.2振动台面极限运动
振动台面运动分析相对各振动台轴向位移的求
解难度较大,国内外学者研究了分析振动台面运动
的方法L1。屯。。。在实际工程中仅仅求得振动台面的
运动是不够的。振动系统的最大试验能力在振动环
境试验中具有重要的实际意义,每一个轴向运动或
转动能达到怎样的极限位置是值得考虑的问题。
由式(3)和式(5)可以得到一组非线性方程组为
f ( )一(t+Ra{一bf) (f+Raf—b )一
(1 十Al ) ===0 (6)
其中: ===1,2,…,8。
当已知各振动台的伸缩位移△z 时,式(6)可以
写成
f ( )一0 (i一1,2,…,8) (7)
该方程组有8个方程,6个未知数。对于每组
给定的振动台轴向位移Al (i一1,2,…,8),运用
Newton—Raphson算法或QR分解法都可得到相应
的台面运动X。每个振动台的轴向位移都在一定的
范围内,即
I△Zf I≤max/ (8)
当振动台轴向位移不同时台面的运动也不同。
分析振动台面的运动极限即找出一组最优的振动台
轴向位移,使得振动台面某一自由度的平动位移或
转角达到最大值,该值即表示振动台最大的试验能
力。此时可以将振动台的轴向位移视为自变量,振动
台面的运动即为轴向位移的函数。式(7)可以写为
f厂l(z1,z2,…,z6,Al1)一0
_』
Il
¨勃,
… 6,Al2)一 (‘ J9)
厂8(z1, 2,…,X6,Al
;
8)一0
其中:Al ( 一1,2,…,8)为变量,其定义域为式(8)。
台面的每个自由度运动都可表示为Al (i一1,
2,…,8)的函数,即
z 一 (A/1,A/2,…,A/s)( 一1,2,…,6)
(1O)
记X』一--Xj, ̄lJxj的极小值为zJ的极大值。用
MATLAB中的优化命令fmincon函数求得X,的极
小值,由此得到每个自由度运动的极限位置。
3 算 例
3.1参数设定
当台面运动时,第i个振动台的轴向伸缩位移
△ 是以台面6个自由度为自变量的函数。若是单
轴振动系统,振动台的伸缩位移即为台面的运动位
移。在多轴振动系统中,由于不同轴向的振动之间
存在着机械耦合,每个振动台的运动不仅产生轴向
位移,还对其他轴向的运动产生牵连作用,所以当单
个振动台的位移达到最大值时,试验台面的位移并
不一定达到最大值。表1为多轴振动系统相关参
数,计算其台面的位移范围,可以得到上、下各铰点
在静坐标系中的坐标,如表2和表3所示。
表1多轴振动台参数设定 mm
各振动台参数 数值
#l~#4振动台轴向长度
#5~#8振动台轴向长度
振动台轴向位移极限
台面尺寸
台体高
同向水平振动台之间距离
垂向振动台之间距离
表2各振动台上铰点的坐标向量 mm
第4期 张步云,等:六自由度振动试验系统运动极限
表3各振动台下铰点的坐标向量 mm
值。可以计算出振动台的伸缩位移为何值时台面的
位移达到最大,如表4所示。可以看出,当某一轴向
振动台伸缩位移达到最大值时,该向的台面运动达
到最大值;但台面运动的最大值并不仅由这一轴向
的振动台提供,其他各向振动台都有位移贡献。由
3.2计算结果
表4得到该振动系统平动的运动范围为[一25 mm,
向量aj和向量b 的值分别为A 和B 的坐标
25 mm],绕X轴和Y轴转动角范围为[一20.805。,
表4各振动台位移与台面极限位移 mm
20.805。],绕z轴转动角范围为[一18.168。,
质量的试件会对振动台产生倾覆力矩,振动台和台
18.168。],此为该振动系统的试验能力。 面之间的运动关系更为复杂,这些问题需要进一步
另一方面,若已知试验条件,可以求得振动台应
研究。
具有的试验能力。例如,要求台面的X轴向位移达
到20 ITlm,同时绕z轴转动角度达到18。,可以得到
参 考 文 献
各振动台的轴向位移应满足的条件如表5所示。可
以看出,要达到设定的试验条件,需要振动台的最大
[1]Davis T.MIMO control system-a new ear in shaker
轴向位移为22.244 0 1Tim,设计的振动台完全能够
control[J].Sound and Vibration,2006,40(1):6-9.
[2]夏益霖.多轴振动环境试验的技术、设备和应用[J].
满足此试验要求。
导弹与航天运载技术,1996,6:48—55.
表5 l=20 mm。x4=18。时各振动台的轴向位移
Xia Yilin.The technology,equipment and application
mm
of multi-axis vibration environment testing[J].Mis
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[3]Harman C.Multi-axis vibration reduces test time[J].
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[4]贺旭东.多输入多输出振动试验控制系统的理论、算
法及实现I-D].南京:南京航空航天大学,2006.
4 结束语
[5]Freeman M T.3-Axis vibration test system simulates
real world[J].Test Engineering and Management,
在六自由度振动试验系统中,不同自由度之间
l990,12:10-14.
存在机械耦合,每个轴向的平动或绕轴的转动都是
[6]Whiteman W E,Berman M S.Inadequacies in uniaxial
由所有振动台共同作用形成的。笔者在机械解耦的
stress screen vibration testing[J].Journal of the
IEST,2001,44:20-23.
基础上计算试验系统的最大试验能力,在实际试验
[7]Whiteman W E.Fatigue failure results for multi-axial
实施中有着重要的应用。笔者仅对台面的位移和振
versus uniaxial stress vibration testing[J].Shock and
动台位移之间的关系进行了探讨,速度与加速度之
Vibration,2002,9:319-328.
间的关系并未涉及。在多轴振动试验中,具有一定
[8] Chen M,Wilson D R.The new tri—axial shock and vi.
564 振动、测试与诊 断 第33卷
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第一作者简介:张步云,男,1987年8月
生,博士研究生。主要研究方向为振动
测试与控制。曾发表《磁流变阻尼器减
振特性实验研究》(《南京航空航天大学
学报:自然科学版 ̄2012年第44卷第6
期)等论文。
E-mail:zhangbuyun@nuaa.edu.cn
2024年4月27日发(作者:实昭懿)
第33卷第4期
2013年8月
振动、测试与诊断
Journal of Vibration.Measurement&Diagnosis
VoI.33 No.4
Aug.2O13
六自由度振动试验系统运动极限
张步云 , 陈怀海 , 贺旭东 , 郭家骅
(1.南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室
(2.上海宇航系统工程研究所
南京,210016)
上海,201108)
摘要针对六自由度振动试验系统的试验能力问题,对试验系统台面的运动极限情况进行分析。研究的振动试验
系统由8个独立的电动振动台和一个台面组成,振动台和台面之间通过静压球形接头进行机械解耦。建立该振动
试验系统的几何模型,采用斯图尔特平台分析方法,推导出台面位移和各振动台位移之间的关系。建立了一种优
化计算方法,根据振动试验系统的参数计算出台面的极限位移,得到振动试验系统的最大试验能力;也可根据给定
的试验条件要求计算出各振动台应具有的试验能力。此工作为此类型振动试验的实施提供了判断依据。
关键词振动台;多轴振动;六自由度;运动极限;建模
0329 中图分类号
际产品的生产中。Wyle实验室为Hill空军基地研
引 言
在实验室条件下用振动台进行振动测试试验是
对产品在运输、使用环境中经受振动环境的最佳人
工模拟L1]。单轴振动试验技术在工程领域应用广
制的三轴向六自由度电动振动系统是目前较先进的
电动式多轴振动系统[8]。关广丰等[g。0]就六自由度
液压振动试验系统的控制策略进行了理论和试验研
究。严侠等[1 以三轴向六自由度液压振动台系统
为典型被控对象,建立了三轴六自由度液压振动台
随机振动控制仿真系统。陈建秋等L1 对六自由度
地震模拟振动台的控制系统进行了研究。这些研究
多以多轴液压振动系统为主。
在振动试验中关心的是多轴振动系统的试验能
力,尤其是六自由度电动振动系统。若已知振动系
统的相关参数,求得台面的最大运动能力(即能达到
的最大位移或最大加速度)是研究人员关心的问题。
另一方面,给定一定的试验条件,振动台能否达到这
样的指标是试验能否成功的关键。笔者根据斯图尔
特平台模型[1 ]的分析方法,以六自由度电动振动
泛,局限性也很明显。文献[2—3]指出单轴振动试验
无法完全复现外场故障,加大量级的补偿措施易导
致试件过试验或过设计,难以实现不同振动方向载
荷的准确迭加。贺旭东[4 指出在对大型试件进行振
动试验时,单轴振动台无法提供足够的推力,难以达
到规定的试验量级,且单点激励不利于实现振动分
布的均匀性,使应力和位移分布不够合理。Free—
man[5 指出通过单轴振动试验的设备无法承受多维
的外场振动环境。事实上,从严格意义来说,产品在
使用过程中的振动环境大都是多自由度的,单轴振
动试验难以准确描述产品的真实工况。
从20世纪6O年代开始,研究重点转移到多轴
振动系统领域,并取得一系列进展。Whiteman
系统台面的运动极限问题进行建模研究,建立各振
动台与台面之间的位移关系,为多轴振动系统试验
的实际应用提供理论依据。
等【6 ]研究了多维振动试验方法,指出多轴振动试验
能有效减少试验时间且提供更真实的应力分布情
况。美国的Wyle实验室、MTS公司和Team公司
1 振动系统几何模型
在实际振动环境中,大部分产品有6个自由度 等都开始研究多轴振动环境试验技术,且应用到实
* 国家自然科学基金资助项目(10972104,11102083)
收稿El期:201I-12—26;修改稿收到日期:2012—04—26
第4期 张步云,等:六自由度振动试验系统运动极限
的运动,其中:3个平动自由度分别为沿 轴、Y轴
和z轴的移动;3个转动自由度为绕轴z旋转的
R 、绕Y轴旋转的R 和绕z轴旋转的R 。图1为
六自由度振动简化模型。
的振动系统模型。该振动系统由振动台面和8个独
立单轴振动台组成,振动台用序号#1,#2,…,#8
表示。#1和#2表示X向的振动台,#3和#4表
示Y向的振动台,#5~#8表示 向的4个振动
台。为了消除不同轴向运动之间耦合关联,该系统
通过连接试验台面和振动台动圈的静压球形接头来
实现机械解耦。振动台的下铰点为具有4个自由度
的球铰联接,固定在系统底座。振动台的上铰点与
台面相连,传递作用力。
图1六自由度振动模型图
为准确计算振动台的轴向伸缩与台面运动之间
的关系,以#1到#4振动台与台面的连接点所在面
在具有8个独立的单轴振动台的六自由度振动
的几何中心为原点建立两个空间直角坐标系。其
中:一个坐标系O-xyz固连于大地,称为静坐标系
系统中,每个自由度的响应都是由8个振动台共同
激励产生的[1 。图2为美国Hill空军基地SVIC
S;另一坐标系O'-x Y z 固连于台面,称为动坐标
系M。
中心的多台多轴(MEMA)系统,由2个z向振动
台、2个Y向振动台、4个z向振动台和一个振动台
8个振动台的下铰点在坐标系S中的坐标不
面组成[8]。本研究以此系统为研究对象。
变,上铰点在动坐标系M中的坐标不变。台面处于
中位时两坐标系重合[g]。原点。到振动台下铰点
B 的向量为b 一Eb b b ] ,i一1,2,…,8,原
点O 到上铰点A 的向量为aj一[口扛 12 a J ] ,
一1,2,…,8。
2振动系统运动分析
2.1各振动台试验能力
图2美国Hill空军基地多台多轴系统
分析各振动台试验能力,即在已知振动台面运
根据斯图尔特平台系统的相关理论,在多轴电
动的情况下求得各振动台轴向的伸缩位移。一般称
动振动系统中引入类似分析方法,建立如图3所示
此类问题为振动系统反解问题。求得各振动台的轴
向伸缩位移,结合已知振动台参数,便可判断振动系
统的试验能力。如图3所示,振动台面的位姿 可
以表示为
===
Iqt3xl
其中:t。 为平动位移坐标向量,即原点O到o 的向
量表示,t3X1一IX1 z z。] ; 。Xl为转动坐标向
量, 3×l:==Ex4 X5 X6] ; 4,X5,X6分别为绕
轴、Y轴和z轴的转角。
用此3个参数可以计算出静坐标系到动坐标系
图3八振动台多轴系统几何模型 的转动传递矩阵R[ 为
[- ̄osx6 COSX5 COSX6 sinx5 sinx4一sinx6 COSX4 sinx6 sinx4一COSX6 sinx5 COSX4 1
R=l sinx6 COSX5 COSX6 COSX4一sinx6 sinx5 sinx4 COSX6 sinx5 COSX4一COSX6 sinx4 I
}一slnxs cosx5 slnx4 cos:E5 COSX4 -J
振动、测试与诊断 第33卷
台面的运动速度可以表示为
r}]
主一1 l (2)
j
其中: 为平动速度向量; 为角速度向量。
因为台面的运动是8个振动台共同激励的结
果,下面探求振动台的轴向伸缩位移与台面的位姿
之间的关系。第i个振动台上、下铰点间向量可表
示为Z ,有
f —t+Rai—b (3)
其中:z 为一个3×1维的向量,它表示振动台的
位置。
I Z l 一玎f (4)
其中:【fj I为台面运动时振动台的长度。
振动台的轴向伸缩位移△z 为
Al 一 ̄/l z 一z ( 一1,2,…,8) (5)
其中:z 为无台面运动时第i个振动台的轴向长度。
由式(5)可知,振动台的轴向伸缩位移△ 可以
表示成台面6个自由度的函数。若知振动台面的运
动,可由式(5)求出各振动台应该具备的试验能力。
2.2振动台面极限运动
振动台面运动分析相对各振动台轴向位移的求
解难度较大,国内外学者研究了分析振动台面运动
的方法L1。屯。。。在实际工程中仅仅求得振动台面的
运动是不够的。振动系统的最大试验能力在振动环
境试验中具有重要的实际意义,每一个轴向运动或
转动能达到怎样的极限位置是值得考虑的问题。
由式(3)和式(5)可以得到一组非线性方程组为
f ( )一(t+Ra{一bf) (f+Raf—b )一
(1 十Al ) ===0 (6)
其中: ===1,2,…,8。
当已知各振动台的伸缩位移△z 时,式(6)可以
写成
f ( )一0 (i一1,2,…,8) (7)
该方程组有8个方程,6个未知数。对于每组
给定的振动台轴向位移Al (i一1,2,…,8),运用
Newton—Raphson算法或QR分解法都可得到相应
的台面运动X。每个振动台的轴向位移都在一定的
范围内,即
I△Zf I≤max/ (8)
当振动台轴向位移不同时台面的运动也不同。
分析振动台面的运动极限即找出一组最优的振动台
轴向位移,使得振动台面某一自由度的平动位移或
转角达到最大值,该值即表示振动台最大的试验能
力。此时可以将振动台的轴向位移视为自变量,振动
台面的运动即为轴向位移的函数。式(7)可以写为
f厂l(z1,z2,…,z6,Al1)一0
_』
Il
¨勃,
… 6,Al2)一 (‘ J9)
厂8(z1, 2,…,X6,Al
;
8)一0
其中:Al ( 一1,2,…,8)为变量,其定义域为式(8)。
台面的每个自由度运动都可表示为Al (i一1,
2,…,8)的函数,即
z 一 (A/1,A/2,…,A/s)( 一1,2,…,6)
(1O)
记X』一--Xj, ̄lJxj的极小值为zJ的极大值。用
MATLAB中的优化命令fmincon函数求得X,的极
小值,由此得到每个自由度运动的极限位置。
3 算 例
3.1参数设定
当台面运动时,第i个振动台的轴向伸缩位移
△ 是以台面6个自由度为自变量的函数。若是单
轴振动系统,振动台的伸缩位移即为台面的运动位
移。在多轴振动系统中,由于不同轴向的振动之间
存在着机械耦合,每个振动台的运动不仅产生轴向
位移,还对其他轴向的运动产生牵连作用,所以当单
个振动台的位移达到最大值时,试验台面的位移并
不一定达到最大值。表1为多轴振动系统相关参
数,计算其台面的位移范围,可以得到上、下各铰点
在静坐标系中的坐标,如表2和表3所示。
表1多轴振动台参数设定 mm
各振动台参数 数值
#l~#4振动台轴向长度
#5~#8振动台轴向长度
振动台轴向位移极限
台面尺寸
台体高
同向水平振动台之间距离
垂向振动台之间距离
表2各振动台上铰点的坐标向量 mm
第4期 张步云,等:六自由度振动试验系统运动极限
表3各振动台下铰点的坐标向量 mm
值。可以计算出振动台的伸缩位移为何值时台面的
位移达到最大,如表4所示。可以看出,当某一轴向
振动台伸缩位移达到最大值时,该向的台面运动达
到最大值;但台面运动的最大值并不仅由这一轴向
的振动台提供,其他各向振动台都有位移贡献。由
3.2计算结果
表4得到该振动系统平动的运动范围为[一25 mm,
向量aj和向量b 的值分别为A 和B 的坐标
25 mm],绕X轴和Y轴转动角范围为[一20.805。,
表4各振动台位移与台面极限位移 mm
20.805。],绕z轴转动角范围为[一18.168。,
质量的试件会对振动台产生倾覆力矩,振动台和台
18.168。],此为该振动系统的试验能力。 面之间的运动关系更为复杂,这些问题需要进一步
另一方面,若已知试验条件,可以求得振动台应
研究。
具有的试验能力。例如,要求台面的X轴向位移达
到20 ITlm,同时绕z轴转动角度达到18。,可以得到
参 考 文 献
各振动台的轴向位移应满足的条件如表5所示。可
以看出,要达到设定的试验条件,需要振动台的最大
[1]Davis T.MIMO control system-a new ear in shaker
轴向位移为22.244 0 1Tim,设计的振动台完全能够
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表5 l=20 mm。x4=18。时各振动台的轴向位移
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4 结束语
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在六自由度振动试验系统中,不同自由度之间
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存在机械耦合,每个轴向的平动或绕轴的转动都是
[6]Whiteman W E,Berman M S.Inadequacies in uniaxial
由所有振动台共同作用形成的。笔者在机械解耦的
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基础上计算试验系统的最大试验能力,在实际试验
[7]Whiteman W E.Fatigue failure results for multi-axial
实施中有着重要的应用。笔者仅对台面的位移和振
versus uniaxial stress vibration testing[J].Shock and
动台位移之间的关系进行了探讨,速度与加速度之
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间的关系并未涉及。在多轴振动试验中,具有一定
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第一作者简介:张步云,男,1987年8月
生,博士研究生。主要研究方向为振动
测试与控制。曾发表《磁流变阻尼器减
振特性实验研究》(《南京航空航天大学
学报:自然科学版 ̄2012年第44卷第6
期)等论文。
E-mail:zhangbuyun@nuaa.edu.cn