在振動試驗的耐振階段，危險頻率上的放大倍數(shù)越大，電子設備的性能和功能受到的影響越大，甚至造成產(chǎn)品的永久性損壞，這一理論有助于環(huán)境試驗項目科學地輔助科研生產(chǎn)設計。本文研究了船用電子設備在振動試驗時的危險頻率及其放大倍數(shù)，以及改進設計后的振動試驗數(shù)據(jù)采集圖譜，總結出了可行的產(chǎn)品設計方案。這一研究進一步說明了振動試驗在科研生產(chǎn)設計環(huán)節(jié)中的重要性和必要性。
船只在航行或?？恐械恼駝迎h(huán)境會以累積和周期性的方式對安裝于其內部的電子設備造成影響，使電子設備在危險頻率上放大倍數(shù)過大，導致電子設備產(chǎn)生疲勞破壞，使其功能和性能受到不良影響。危險頻率上放大倍數(shù)過大，則容易引起設備的失效，使設備出現(xiàn)故障或性能超差與失靈。所以，在船用電子設備量產(chǎn)前，需對其進行振動試驗。通過振動試驗分析出其特定的危險頻率及其危險頻率放大倍數(shù)，在危險頻率上進行耐振試驗，以判定其是否符合客戶的使用要求。
某智能語音電暖風機（以下簡稱試驗設備）在危險頻率上進行縱向耐振試驗時，產(chǎn)品外殼底板脫焊斷裂，初步斷定為該設備危險頻率放大倍數(shù)過大所致，預示著產(chǎn)品的設計存在缺陷，嚴重影響了產(chǎn)品的使用，實船安裝易發(fā)生故障。環(huán)境試驗工程師針對此設計缺陷需提出改進方法及措施，并通過振動試驗臺及相關數(shù)據(jù)采集等手段進行測量和驗證。
振動試驗臺作為對試驗設備進行振動試驗的重要設備，可以檢驗設備結構的振動性能。依據(jù)設備結構的振動性能，可以在實際生產(chǎn)應用中，采用改進產(chǎn)品設計或其他更加合理的方式來降低船用電子設備危險頻率上的放大倍數(shù)，并最大限度的發(fā)揮船用電子設備的功能效用。
利用現(xiàn)代化數(shù)字儀表結合計算機數(shù)據(jù)采集技術，對振動試驗時船用電子設備進行數(shù)據(jù)測量與分析，尋得其危險頻率及其放大倍數(shù)后，便可使得試驗設備的結構設計弱點得以暴露，有利于環(huán)境試驗工程師針對此產(chǎn)品設計缺陷提出改進方法及措施，進而降低影響設備功能性能的危險頻率放大倍數(shù)，降低設備使用風險與維護成本，提升振動試驗后續(xù)服務品質。
試驗條件
一、試驗要求
依據(jù)正弦振動試驗的試驗標準要求，方法參考某行業(yè)產(chǎn)品在船用振動試驗大綱中的船主體區(qū)正弦振動試驗條件，該試驗設備試驗條件如下：
功能試驗振動量值：
頻率（1~16）Hz，位移1mm；
頻率（16~60）Hz，加速度10m/s2。
掃頻方式：對數(shù)掃頻。
掃頻速率：1oct/min。
掃頻次數(shù)：10次掃頻循環(huán)。
試驗軸向：縱向、橫向。
該試驗設備實船安裝時不帶減震器，故在振動試驗時通過工裝夾具與振動臺體剛性連接，如圖1所示。
圖1 試驗設備振動試驗安裝示意圖
二、振動臺狀態(tài)和試驗設備外殼版參數(shù)
1.振動臺狀態(tài)
振動臺主要由激振器、伺服閥、液壓站和電控系統(tǒng)（數(shù)控和模控）組成。當被試產(chǎn)品通過工裝夾具固定于試驗臺后，開啟耐振試驗，尋找危險頻率及其放大倍數(shù)，檢驗被試產(chǎn)品的設計是否存在缺陷。
本次試驗的振動臺信息如下：
表1 試驗振動臺信息
2.試驗設備外殼板參數(shù)
試驗設備外殼板設計是使用厚度為1.2mm的022Cr19Ni10的不銹鋼。試驗設備1件，外殼板外觀光潔平整、去除毛刺銳邊、角，無變形。
3.試驗設備產(chǎn)品設計圖
本次試驗設備產(chǎn)品設計圖如圖2～3所示。
圖2 試驗設備設計示意圖
圖3 試驗設備外殼整體示意圖
試驗過程
一.改進前試驗結果及振動試驗圖譜分析
將試驗設備固定在試驗臺上，按功能試驗振動量值要求進行試驗，確定危險頻率及其放大倍數(shù)。該試驗設備在危險頻率上進行縱向耐振試驗時，產(chǎn)品外殼底板脫焊斷裂，初步斷定為該試驗設備危險頻率放大倍數(shù)過大所致，需改進設計，避開共振，或降低危險頻率上的放大倍數(shù)。
該設備外殼板采用材料為022Cr19Ni10的不銹鋼設計，外殼板厚度為1.2mm。其橫向、縱向振動圖譜如圖4所示。
圖4 1.2mm厚外殼板振動圖譜
如上圖，試驗設備采用1.2mm厚不銹鋼外殼板設計，通過傳感器在橫向振動試驗時采集到的危險頻率為42.4537Hz，放大倍數(shù)數(shù)據(jù)為4.7108，其縱向振動采集到的危險頻率為48.7972Hz，放大倍數(shù)數(shù)據(jù)為4.3090。可見，在此情況下試驗設備兩個軸向上的危險頻率放大倍數(shù)較大。
二.改進后振動試驗數(shù)據(jù)采集及分析
該試驗設備危險頻率放大倍數(shù)控制改進方案有加厚產(chǎn)品外殼，或對產(chǎn)品外殼進行加強筋設計等。我們通過這兩種方法進行設計改進，并通過振動試驗圖譜分析改進后的效果。試驗設備連接方式見圖1。
1.2.0mm厚外殼板設計振動試驗圖譜分析
試驗設備采用2.0mm厚不銹鋼外殼板設計，其橫向、縱向振動圖譜如圖5所示。
圖5 2.0mm厚外殼板振動圖譜
如上圖，試驗設備采用2.0mm厚不銹鋼外殼板設計，通過傳感器在橫向振動試驗時采集到的危險頻率為24.5302Hz，放大倍數(shù)數(shù)據(jù)為5.8996。其縱向振動采集到的危險頻率為35.4877Hz，放大倍數(shù)數(shù)據(jù)為6.6481。可見，在此情況下試驗設備兩個軸向上的危險頻率前移，放大倍數(shù)反而更大。
2.加強筋外殼板設計振動試驗圖譜分析
試驗設備采用1.2mm厚不銹鋼外殼板經(jīng)內部加強筋設計后，其橫向、縱向振動圖譜如圖6所示。
圖6 1.2mm厚外殼板內采用加強筋設計振動圖譜
如上圖，試驗設備采用1.2mm厚不銹鋼外殼板經(jīng)內部加強筋的設計后，通過傳感器在橫向振動試驗時采集到的危險頻率為43.7406Hz，放大倍數(shù)數(shù)據(jù)2.4534，其縱向振動采集到的危險頻率為33.4428Hz，放大倍數(shù)數(shù)據(jù)為2.6502。在此情況下，試驗設備在兩個軸向上的危險頻率基本和1.2mm厚不銹鋼外殼設計無差異，且有效地抑制了放大倍數(shù)。
綜上所述，不同設計下試驗設備振動結果如下表2所示。
表2不同設計下試驗設備振動圖譜數(shù)據(jù)
3.振動臺采集的部分圖譜展示
振動臺振動譜圖如下圖7所示。
圖7 振動圖譜的波形
由于篇幅所限，數(shù)據(jù)的采集譜圖就不逐一列出，經(jīng)過以上分析可以初步得出的結論是：三種不同的設計方案所得出的測試數(shù)據(jù)和頻譜圖均表明在試驗設備外殼內部進行加強筋設計時效果最佳，此時試驗設備性能測試的數(shù)據(jù)較為真實可靠，且對試驗設備的保護效果最佳。
試驗結論
一、試驗數(shù)據(jù)結果量值比較
綜合以上的數(shù)據(jù)進行分析，得出圖8所示的比較圖形。
圖8 不同外殼板設計下數(shù)據(jù)采集量值比較
由圖可知，當采用加厚外殼板設計時，危險頻率上的放大倍數(shù)增大，當采用加強筋設計時，放大倍數(shù)明顯降低了，也預示著振動臺對設備造成的影響最小，設計效果最佳。在后續(xù)試驗中繼續(xù)收集更多的有效案例數(shù)據(jù)加以分析，以彌補本次測量的不足。
二、結論
通過振動試驗，我們可以分析出船用電子設備的危險頻率及其放大倍數(shù)，從而提出降低危險頻率放大倍數(shù)的改進設計方案。通過分析不同改進方案的振動數(shù)據(jù)采集圖譜，驗證改進設計的有效性，對比得出最佳改進設計方案，最大限度的發(fā)揮船用電子設備的功能效用，降低設備使用風險與維護成本，提升產(chǎn)品質量。
引用本文：
李晶，辛穎，胡福林，黃少侃，陳曙.某船用電子設備危險頻率放大倍數(shù)控制改進方法[J].環(huán)境技術,2022,40(06):61-66.
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