内容提要：

当前产品振动试验中断处理方法主要依据GJB 150A和MIL-STD-810G标准，但是该标准只涉及一般性处理要求，缺乏具体的处理细节和注意事项，导致实用性降低。因此，本文针对基于LMS Test. Lab的电动振动试验系统，详细研究了振动试验中典型的中断处理方法。

本文首先分析了LMS振动控制采集分析软件和振动台系统的组成和工作原理，然后归纳总结了振动试验常见的中断原因和通用处理方法，最后从软件异常、硬件故障和人因中断等三方面分析研究了振动试验中断处理方法，有助于指导设计和试验人员快速有效处理振动试验中断问题，缩短停机时间，降低试验风险，同时为军民产品振动环境与可靠性试验大纲制定提供了参考。

引言

产品在运输、储存、使用过程中可能经受各类复杂力学环境的考验，振动环境会导致产品及内部的动态位移，引发产品疲劳、磨损、强度破坏等结构故障，工作失灵、性能降低、超出容差范围等功能故障，连接件松动分离、元器件脱落等工艺故障。为了评价产品环境适应性和可靠性，暴露生产工艺缺陷，通常使用振动台模拟产品典型或极限振动工况，考核振动对产品结构设计、功能性能、制造工艺等方面影响。

振动试验程序一般包括初始正弦扫频、功能试验、耐久试验、最后正弦扫频。其中，初始正弦扫频目的是寻找和确定试件的共振频率，使试件出现功能故障、性能指标超差的危险频率；功能试验旨在考核产品振动条件下的电性能特性，试验时产品通电；耐久试验则是考核产品强度、刚度、疲劳与寿命，仅在试验前后通电；最后正弦扫频通过检查产品在试验前后的响应及性能变化情况，帮助确定产品试验后的疲劳特性和潜在损伤[1-3]。

振动试验台作为模拟真实振动环境效应的标准试验设备，主要分为机械振动台、电动振动台和液压振动台三类。其中，电动振动台具有工作频率范围宽，波形失真小，控制方便，抗干扰能力强，误差小，精度高等优点，在电子、机械、航空、航天等领域广泛应用[4]。

相较于一般民用产品，军用产品振动试验更加强调试验控制的安全性，并且对试验数据采集与信号处理的需求较高。因此，LMS Test. Lab振动控制采集分析系统凭借着良好的安全稳定性和高速多通道数据采集与试验、分析、电子报告功能，在武器装备，尤其是航空航天领域得以广泛应用。但是，LMS Test. Lab也存在软件保护环节过多，设置流程细节繁杂的缺点，给工程技术人员的现场使用带来了困难。

试验中断处理为产品振动试验大纲中必不可少的部分，合理的试验中断处理能降低过试验、欠试验的风险，缩短停机时间，减少试验时间和费用等。试验中断的处理方法与产品特性、试验方法、中断原因、中断时刻等密切相关，因此较为复杂。当前产品环境试验中断处理方法主要依据GJB150A和MIL-STD-810G标准，但是大多数只涉及到一般性处理要求，缺乏具体处理方法和注意事项，增加了工程技术人员使用标准的难度。

本文针对基于LMS Test. Lab的电动式振动台系统，分析总结了振动试验中断原因和标准中的一般处理要求，详细研究了振动试验中断处理方法，为设计和试验人员快速有效处理振动试验中断问题提供了有效的参考。

01、基于LMS Test. Lab的振动试验系统原理

电动振动台系统由电动式振动台、功率放大器、冷却单元、滑台系统、励磁、振动控制仪、测量分析仪、计算机等组成，可以完成正弦振动、随机振动等环境与可靠性试验，实现GJB 150A、MIL 810G、GB/T 2423、TB/T 3058等系列标准要求[5]。

LMS Test. Lab将振动控制与信号的采集、分析和后处理模块集成在同一平台中，包括数据采集前端、测试分析软件，以及测量传感器等辅助试验设备，可以实现正弦、随机、冲击、跟踪与谐波驻留、时频域记录与分析等功能。

试验系统工作原理图（图1）

试验系统工作原理如图1所示，振动台依据电磁感应原理，通电动圈组件在磁路组件中受到电磁力而运动，与之相连接的台面就会产生振动。当控制仪设定产生的振动信号经功率放大器放大后，传到振动台动圈绕组上，振动台就会按要求进行振动，测试分析仪也会监测到相应的的振动信号用于分析处理。冷却单元通过闭环水循环保障振动台工作时动圈和励磁线圈处于正常温度范围内。由于开展实际振动试验时，试件和夹具的尺寸有时会大于振动台动圈台面，因此一般会加装扩展台面。滑台是在水平方向振动试验中传递振动的试件支撑装置，通过静压轴承之间形成的油膜将滑板浮起，使滑板在振动台的驱动下，沿力的作用方向做往复运动。油泵为滑台提供液压油回路。夹具尽可能地模拟边界条件，将振动不失真的传递给试件。控点传感器安装在夹具上试件与夹具的结合面，靠近固定点，测点传感器则选在试件上刚度较大的位置，避免局部薄壁振动。

02、振动试验中断处理原因及一般要求

2.1 振动试验中断原因

试验系统停机、试件故障、人因中断等三类因素都有可能引发振动试验中断，如图2所示，试验系统停机主要包括软件通讯等故障、控制参数超出允差范围、测量信号异常等软件异常，以及功放、励磁、冷却系统、控制测量系统等试验设备报警/停机，水电气供应异常等硬件故障；试件故障主要有试件外观损伤、结构破坏，或者设计工艺缺陷造成的功能性能异常；人因故障涵盖试验参数设置出错、夹具试件传感器安装方式不恰当、响应过大需要调整试验条件、试验期间人员/设备难以协调等方面[6]。

图2 振动试验中断原因分析

2.2 振动试验中断处理一般要求

GJB 150A和MIL-STD-810G将试验中断情况归结为允差内中断和超允差中断两大类，其中超允差中断又细分为欠试验条件中断和过试验条件中断，这两种标准处理试验中断的一般要求如图3所示[7-8]。

图3 振动试验中断处理逻辑框图

当试验开始并发生中断，试验条件仍保持在允差范围内时，不构成一次中断，因此若在中断期间试验条件保持在正确的试验量值，从中断点继续试验，持续时间不变。当出现超允差中断时，需要判断是欠试验还是过试验。对于欠试验中断，从低于试验条件的点重新达到规定的试验条件，恢复试验直至结束。对于过试验中断，若无安全问题，且试件无损伤，且能证明过试验条件对试件没有任何影响，则继续试验，适当延长时间。若试件出现损伤，对于不可修的试件和关键部件需修复的试件，则应采用新的试件重新进行试验，做完规定的试验时间；对于可修复的试件，修复部位非关键时，应采用经修复的试件重新开始整个试验。对于过试验后使用修复试验继续试验的情况，应征得委托方同意，避免后续出现失效时引发争议。一旦过试验中断导致出现安全问题，应使用新试件重新试验[9]。

03、LMS Test. Lab试验中断处理方法

中断过程应对试件外观、结构、功能性能进行检查，分析试验前后控制曲线和响应曲线，关注敏感点的危险频率，评估试件是否发生了变化或失效。同时，试验中断时，振动系统由于惯性等原因可能会产生大量级的瞬态冲击力，造成过试验。应根据历史经验，结合试件的响应特性、瞬态冲击的量值、频率、持续时间等因素对过试验进行风险评估。

由于振动试验为应力累积效应和特定功能退化的作用原理，作用效果与中断时间长短无关，因此在保证中断期间试件不受额外应力的前提下，出现允差内中断时可直接从试验中断点处直接恢复继续完成试验。若试件损坏失效，则应修复失效部件或更换新试件。若超允差过试验中断未发现试件出现安全、性能和材料问题，可以将过试验时间计入总试验时间，但均衡的持续时间不计在内。若超允差欠试验中断，应充分考虑欠试验的量级和时间，随机振动试验可借鉴低量值激励均衡的处理方法，允许的持续时间为：

•均方根值低于-12 dB时，无时间限制；

•均方根值在-12 dB~-6 dB之间时，不超过规定试验时间的1.5倍；

•均方根值在-6 dB~0 dB之间时，不超过规定时间的10 %[10]。

对应振动试验中断原因，分别从软件异常、硬件故障、人因中断等三方面对基于LMS Test. Lab的振动试验中断处理方法进行分析，试件异常或故障不在本文讨论范围中。

3.1 软件异常

通信故障：在启动LMS软件时，出现扫描不通，无法连接控制仪的情况，应检查确认线缆连接正常后重启软件和控制仪。值得注意的是，控制仪与软件导通连接扫描测试，应在软件打开后立即执行，若先打开项目文件，则无法找到硬件设备，造成通信异常。

自检异常：LMS软件出现DAC过载报警时，应提升驱动电压，否则自检无法通过；出现低启动电压警告的原因是传感器量程过大，灵敏度太低，应适当调低传感器量程；出现开环报警时，应使该通道信噪比大于开环信噪比阈值；若自检环节太慢，应进行自检加速8/16/32倍Flat设置；检查信号通路，防止信号干扰，否则自检完成后，振动台可能自发出现连续敲击声。

试验报警：试验开始后出现的LMS软件报警停机主要分为开环停机、过载停机和试验曲线异常三类

•开环停机：当控点开环停机时，应增大传感器量程，同时通过设置最大允许开环数，忽略部分控点开环，但是禁止忽略全部控制点，以防瞬时大电流，造成设备损坏；当测点开环停机时，应设置忽略测点开环，这是因为三轴传感器仅振动方向有信号，其他两方向无信号或信号极弱，若限幅测点开环，应额外设置忽略限幅点开环，由此带来的不利后果是无法反映传感器及连线是否松脱。

•过载停机：在发生信号过载停机时，应设置忽略控点或测点过载，而与传感器量程设置无关。事实上，忽略控点过载的设置，由于具有风险，试验应随时准备停止。值得注意的是，在实时时域信号监测过程中并未发现超限异常，这是采样频率过低，异常点显示不全的缘故。

•试验曲线异常：当控点曲线超差时，应调宽停机线，增加报警、停机允许线数和超限重复次数，提高传感器量程，同时信噪比调低，最小可设为1；若测量信号异常，则应在中断期间检查设备结构是否故障、传感器及线缆是否松脱。

3.2 硬件故障

对于水电气异常造成的试验中断，包括试件施加的电应力突然中断等，应检查相关设备是否出现报警信号，确认供应设备状态，确认连接线缆、水气管路正确连接。

针对功放报警/停机中断，开展水平方向试验时，可能出现静压轴承压力报警，应松开牛头连接，微调振动台台体倾角，达到更水平的状态，使连接性能更优。开展垂直方向试验时，可能出现功放过位移报警，应调节台体气囊以及支撑气囊压力，保证上下气囊的耳轴间隙一致，以确保台体在振动中无碰撞。当执行大量级正弦试验时，试验系统功率需求很大，可能出现功放输出过载停机，应检查功放线缆是否完好，连接是否正常，控点信号是否异常，造成瞬时大电流。特别地，夏冬两季实验室由于大量使用空调等电器设备，会出现总断路器电流过载跳闸断电，因此试验时应确保试验系统供电容量足够。

3.3 人因中断

排查通道选择、传感器参数、试验条件等，避免参数设置错误；确认传感器安装牢固，连接线留有适当余量，无紧拽现象，确认电缆线连接到控制仪的对应采样通道上连线、控点位置选择合理；委托方在试验现场会根据振动响应情况对试验条件进行调整，一般设置控制曲线下凹，对指定一个或多个测点，在一定频率范围内设定限幅试验条件；人员/设备无法协调等原因无法连续做试验，被迫中断。

结论

本文介绍了基于LMS Test. Lab的电动式振动台系统的组成与工作原理，分析总结了振动试验中断原因，以及GJB150A和MIL-STD-810G标准的一般中断处理要求，从软件异常、硬件故障、人因中断等三方面详细研究了基于LMS Test. Lab振动试验中断处理方法与注意事项。最后，针对振动试验中断处理给出了以下四点建议：

•设计人员应推演可能出现的各类中断情况，在试验大纲中详细制定试验中断处理办法，试验人员在遇到突发状况时应按大纲要求正确及时地处理试验中断。试验超允差中断后应结合试件状态全面评估影响，若欠试验时发生故障，按故障处理；若过试验时无故障，评估确认无影响后可认为试验通过。大型试验各岗位人员安排应采用双岗制，分别负责操作和检查，确认软件设置正确，硬件连接合理，减少人因中断。

•试验台、扩展台面、控制系统、夹具试件重量及形状等都会影响控制效果，尤其是夹具设计，应遵循质量小、刚度大的原则，优选铸造、其次焊接、最次螺接，避免多次螺接。垂直扩展台面过大，而试件质量较小时，多点平均控制的控点附近若不便于加装固定螺钉，应额外采用压条压接，保证信号良好传递，避免振动信号放大严重。

•注意传感器量程与灵敏度的权衡选择，量程太小时长时间过载对传感器自身结构、功能性能都会产生不利影响，致使传感器参数漂移，而量程太大灵敏度又不够，造成试验控制超差，出现过试验或欠试验。特别是控制传感器量程过载的情况，只能采取忽略控点过载的设置，以保障试验正常开展。该操作虽然可行，在传感器量程不够的情况下保证了试验的顺利开展，但是具有很大的失控风险，应做好随时中断试验的准备。

•比较扫频曲线发现特征频率小幅度漂移，或者正式试验后出现异常信号时，试验人员仅从试件外观无法发现潜在问题，难以确定受试设备是否出现结构故障，可分析时域曲线，有助于发现隐患，采取相应措施，避免试验超差的风险。

参考文献

[1] 季馨，王树荣. 电子设备振动环境适应性设计 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2012: 307-332.

[2] 施荣明. 飞机结构振动设计与试验 [M]. 北京: 航空工业出版社, 2014: 307-332.

[3] 姜同敏. 可靠性与寿命试验 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2012: 46-52.

[4] 亢立. 大推力电液振动试验台机械系统的设计研究 [D]. 苏州: 苏州大学, 2015: 1-3.

[5] 孟繁莹. 大型电动振动台动力学分析与数值模拟研究 [D]. 北京: 北京工业大学, 2013: 1-9.

[6] 张文娟. 对温度试验过程中"试验中断"和"试验中断处理"的认识 [J]. 现代测量与实验室管理, 2010, 18(5): 40-41+59

[7] GJB 150A, 军用装备实验室环境试验方法[S]. 2009.

[8] MIL-STD-810G, 环境工程考虑和实验室环境实验[S]. 2007.

[9] 熊伊, 姚珂, 江露. 浅谈GJB150A和MIL-STD-810G中的"试验中断" [J]. 环境技术, 2017(4): 151-155.

[10] GB/T 2423.56, 环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动和导则 [S]. 2018.

作者：李鹏1,2，辛敏成1，张海涛1，刘凯1,2，邹田骥1,2，吕从民1,2,*

单位：1. 中国科学院空间应用工程与技术中心；2. 中国科学院大学