振动台在产品使用寿命期间,常用于验证其能否经受运输或振动状况的挑战,同时也可用于明确产品构造与功能的标准规范,这类设备有多种类型,其具体应用范围是什么,又需要哪些必备的检测工具呢?
摘要
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| 振动台 |
振动台可以模拟产品在制造、运输以及使用环节的振动状况,用以检测产品能否承受这些状况,有助于找出早期问题,同时也能模仿真实工作条件进行结构强度检测。这种设备在多个领域都有应用,包括国防、航空、航天、通讯、岩土工程、电子电器以及汽车制造等。振动检测的目标,是进行一系列可操控的振动模拟,用以考察产品在全部使用阶段,能否经受住运输或环境振动带来的挑战,同时明确产品构造与性能的规范条件。
| 振动台分类 |
振动试验台大体分为三种类型,分别是机械类型号的振动试验台,液压类型号的振动试验台,以及电动类型号的振动试验台。
机械振动试验台:把机械能转化成动能。
性能突出,动力强劲,波形欠佳,成本不高,可用于5赫兹到80赫兹之间的低频疲劳测试。
电动振动试验台:把电能转换成动能。
性能突出,适用范围广,涵盖低频到高频多个频段,信号形态优良,操作简便,但成本较高,因此在多数科研场所的常规检测工作中应用广泛。
液压振动试验台:把液压能转换成动能。
性能表现特殊,使用频率不高,动力输出强劲,承载数据量丰富,操作流程简单,不过运作极限节奏缓慢,通常在几十个节拍到几百个节拍之间,获取成本很高。
电液式振动台。
工作频段涵盖直流至高频,单次位移量达±500毫米,施加力度强大,震荡形态包含正弦波、三角波、方波以及无规律波动,能够进行大幅度测试,其构造体积与产生的作用力(能量)相比更为紧凑。
| 振动台相似模拟试验 |
试验目的
分析建筑物的动态反应特征,评估装置抗地震效果,核实构造减震方法等。此外,在核动力装置、海洋建造项目、水利设施、道路桥梁等范畴同样具有关键价值。
基本原理
把测试样本安放在一个强度很高的工作台上,借助施力装置让工作台模拟出多种振动形态,包括地震波,同时让测试样本也经历相应的晃动。
主要组成(液压伺服振动台为例)
液压动力单元、振动执行装置、伺服仿真调控单元、工作台基座、数字运算管控平台、测试感应元件、信息汇集与处理模块等。
振动台试验应用案例
桥梁抗震性能试验
当前多项研究指出,此类桥梁对地震波频率成分变化反应显著,不同地震作用下表现迥异,并且桥墩底部相较于墩梁连接部位,对行波现象更为敏感,所以有必要借助振动台实验,考察已运营连续刚构桥在材料质量下降后的抗震性能表现。
模型桥结构示意图
模型桥振动台试验
选用Ⅱ类场地的El地震波,以及Ⅲ类Taft地震波,进行测试。试验过程,将地震波峰值加速度值,从低到高逐步增加,依次对建筑模型施加125g至0.4g的峰值加速度,以模拟实际地震烈度从6度到9度的情况。重点监测的对象,是加速度和位移的峰值数据。
加速度峰值及位移峰值对比图
支挡结构抗震性能试验
这种支撑结构属于轻型挡土设施,常用于道路、铁路及城市交通等关键基础设施工程。它依靠墙体和底部上方填土(含所受荷载)的重量来维持平衡,然后两者合力对抗填土产生的水平压力,其主要优势在于重量较轻、建造便捷、成本效益高。
主要监测项为挡土墙的内部土压力、加速度、动位移和应变。
模型拉筋示意图
古建筑动力学响应试验
以西安小雁塔为参照,针对砖石古塔开展地震模拟振动台测试,是评估其整体抗震能力最可靠的途径之一。采用1/8缩尺比例的构造模型,实施模拟地震振动台测试,考察其在多种地震波、不同地震加速度作用下的损伤状态、动力属性、动力反应及其演变特点,能为同类砖石古塔结构的研究和维护提供理论支撑。
模型结构及传感器布设示意图
主要监测项为结构的加速度和动位移
汽车整车/白车身NVH试验
车辆运行产生的噪音、抖动以及声振粗糙度,这些要素统称为NVH。它是评价汽车制造水准的重要指标。全球汽车行业的整车厂和零部件供应商,都将车辆的NVH表现视为重点关注内容。根据相关数据统计,车辆存在大约三分之一的故障现象,以及五分之一的后续服务需求,均与车内噪音振动问题相关,各大企业则将接近百分之二十的研发投入用于处理这类车内声音和震动现象。
机械零部件疲劳试验
疲劳测试能够评估材料或部件在循环受力下的耐久性表现,此类测试通常耗时较多,配套仪器设备也较为精密。常规力学检测手段,包括静力拉拔、硬度检测和冲击试验等,都无法反映材料在反复变应力环境中的具体表现,所以对关键部件实施疲劳测试具有必要性。
金属材料进行疲劳测试时,经常运用的测试手段有单一载荷测试、载荷变动测试、高频振荡测试、超声波疲劳测试、红外热成像测试等。
振动台试验传感器及设备
三轴应变式加速度传感器
ARM-A-T微型三向应变型加速度检测装置,适用于机械制造、交通运输、航海航运、土木架构以及建筑工程等行业。
特点:
单轴加速度传感器
ARF-A加速度传感器能够检测机械、汽车、船舶、土木工程结构以及建筑物等在振动过程中的加速度变化情况。这种传感器体积小巧,重量轻便,同时具备测量直流电平的能力。
特点:
低频拾振器
BY-S07型低频振动传感器可用于如下情况的低频振动监测:
顶杆式位移传感器
SDP-E位移传感器属于通用型应变式感应设备,运用产生形变的悬臂构造,这种感应装置在监测微弱位移时能维持高精确度,并且可以完成稳固的检测工作,SDP-200E和SDP-300E系列还设有具备两个独立输入端和输出端的双端型号
特点:
拉线式位移传感器
DP-G位移传感器专用于大幅度位移的检测。通过拉长一根不锈钢丝来检测位移,无论是否发生位移,钢丝的拉力都保持不变。这种传感器体积小,重量轻,测量精度非常高。
特点:
激光位移传感器
激光位移传感器依靠极细的检测光点,能够从较远位置对目标物体实施测量,适合用来精确检测体积较小的零件。
荷载传感器
该型号的传感器具备平坦的受力平台,适合对圆柱形混凝土试块进行加载测试,测试时直接将混凝土试块安放在这个平台上,与压力计配合使用,能够同步检测受力大小和应力值。
特点:
应变片
TML企业专门制造各类应变片,这些应变片适用于多种测量对象。其中包括针对混凝土、岩石等特定材料设计的专用应变计。
用于混凝土表面的长栅长应变片
用于混凝土表面的长栅长金属基底应变片
混凝土/砂浆的内部应变测量:PMF系列
应变式传感器
KM系列应变感应装置适用于对混凝土、砂浆、人造聚合物等物质在固化期间产生的形变进行监测。
特点:
微型土压力计
PDA-PB与PDB-PB这两种微型压力感应装置的感应部件直径是7.6毫米,其厚度为2毫米,同时具备基础的防潮构造,所以能够进行短暂的水下探测。
防护等级:IP 67
特点:
微型孔隙水压力计
该KPE-PB型微孔压计适用于模拟实验中的孔隙压监测,其具备抵御水平力的双重构造,能够达成精准计量。
防护等级:IP 68
特点:
动态应变测试系统
TMR-300系列属于小型多通道数据采集设备,能够根据测量需求搭配不同传感器模块使用。该设备体积小巧,重量较轻,既可以方便地安装在机械装置、桥梁等有限空间位置,同时也能应用于汽车、飞机以及船舶这类移动载体上开展测量工作。
主要参数:
振动信号采集与分析系统
德维研发的通用型数据采集系统,属于性能全面的动态数据采集设备,搭配多样的采集板卡,能够检测应变、电压、电流、IEPE、电阻、电位计等各类信号。支持多通道同步检测振动信号。采用A系列一体化机箱方案,将数据采集与分析功能整合在一起。让测量工作更便捷,便于在任何地点随时开展复杂的测试以及数据分析工作。
主要参数:
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