振动台面上安装试验体的时候,通常情况下都要求试验体的重心尽量靠近振动台面中心。但是,通常情况下都无法满足这种理想要求,试验体的重心会偏离振动台面的重心位置来进行安装,此时,偏心距离就受到振动台偏心力矩的制约,若安装的偏心距离太大,会导致振动试验机的破损。
一般振动试验机厂家会告知设备的许可偏心力矩,通过此值计算出偏心距离,使试验体安装的偏心距离不超过算出的偏心距离,便可保证振动试验机不会损坏,下面就简单对计算方法进行说明。
以垂直加振为例,偏心力矩M通过下式可进行计算。
M = F ☓ L M:偏心力矩 F:力 L:距离
力矩又分为静态力矩MD(重力引起)和动态力矩MA(加振力引起),两者合计即为全部的力矩,即,
M = MD + MA
参考下图,计算试验体(含加振夹具)的偏心力矩。
静态力矩MD = mgL1
L1:试验体(含加振夹具)离振动台面中心的水平距离,单位m
g:重力加速度,9.8m/s2
m:试验体(含加振夹具)的质量,单位kg
动态力矩MA = maL1
a:试验条件的最大加速度,单位m/s2
所以,
M = MD + MA
= mL1(g + a)
以实际垂直加振为例,某振动台垂直许可偏心力矩:245 Nm,
L1= 10mm,m = 100kg,a = 100 m/s2
此时,偏心力矩
M = mL1(g + a)
= 100☓0.01☓(9.8 + 100)
= 109.8 Nm
和垂直方向的许可偏心力矩相比,偏小,加振可能。但是若加速度300m/s2的时候,偏心力矩达到308.9Nm,无法进行垂直方向的加振试验,可参照下图。
继续以水平加振为例,可得到偏心力矩的计算,
M = MD + MA
= mgL1+ maL2
= m(gL1 + aL2)
M:偏心力矩Nm m:试验体质量 kg g:重力加速度 9.8m/s2
a:加振加速度 m/s2 L1:试验体重心离振动台面中心的水平距离 m
L2:试验体重心离振动台面中心的垂直距离m
以实际为例,某振动台垂直许可偏心力矩:245 Nm,
L1= 100mm,L2 = 50mm ,m = 20kg,a = 100 m/s2
此时,偏心力矩
M = m (g L1 + a L2)
= 20(9.8☓0.1 + 100☓0.05)
= 119.6 Nm
和垂直方向的许可偏心力矩相比,偏小,加振可能。此例中,由于没有水平滑台,所以许可偏心力矩还是采用垂直方向的许可偏心力矩。现在,很多振动试验机水平加振时都配有水平滑台,大大增加了水平方向的许可偏心力矩。所以垂直方向加振可以的话,一般情况下,水平方向加振也没有问题,大质量试验体除外。
最后,还要考虑加振横纵比(crosstalk)的影响,可适当加大安全系数,即在求出偏心力矩的基础上乘以一个安全系数(1.3~1.5),再和许可偏心力矩进行比较,判断是否可以加振,当然横纵比比较大的试验体(含加振夹具)需要另外考虑了。
如何另外考虑,第一先得到横纵比,可以使用一个三轴加速度,安装在重心位置,对应试验条件进行小量级加振,观察和加振方向垂直面上两个加速度传感器的最大值。第二,计算其产生的力矩,第三再加上上述静态力矩和动态力矩,便得到该试验所需的总力矩。第四,进行判断是否小于许可偏心力矩。此方法仅限试验体形状比较怪异(重心偏高,偏心距离较大等)的情况,且计算比较复杂,了解一下即可,一般碰到的机会较少。