振动冲击试验方法与技术
(用电动振动台进行)
王树荣
前言
电动振动试验系统是环境试验的主要试验手段之一，用它可以完成环境试验标准中的振动试验和冲击试验。
当今国内外在环境试验上有许多标准和方法,但归纳起来为二大体系：
一类是以IEC（国际电工委员会）为主体的国际通用的民用 (商用) 产品的环境试验体系,它是国际贸易中民用 (商用) 产品的环境适应性水平要求的共同语言、统一准则，它是以欧洲资本主义国家为主导制订的，可以说它是欧洲资本主义国家环境试验现状和水平的反映。我国自80年代开始采用等效或等同的方法先后将TC50（环境试验）、TC75（环境条件）制订（转化）成环境试验国标（GB/T2423系列标准）与环境条件国标（GB/T4798系列标准）。IEC标准的特点是模拟试验方法（程序）经典、试验再现性高。
另一类是军用产品的环境试验体系，最有代表性为美国的MIL标准和英国国防部07-55标准。我国自80年代开始采用等效或等同的方法先后将相同专业的美国MIL标准转换为我国军标，美国军标的特点是工程应用性好。在环境试验领域内最常用的美国军标和相应的我国军标示例见下表：
在此值得一提的是我国军标GJB4-83 舰船电子设备环境试验是我国自行制订的国军标。
从上面的叙述可见，我国的环境试验标准有民（商）用和军用二大标准体系，民用是等效或等同采用的IEC标准体系，军用是等效或等同采用美国军标体系。
对上述等环境试验标准中的电动振动试验系统能完成的试验综合归纳一下，可以看出，电动振动试验系统的应用面是很广的，它既可进行振动试验又可进行冲击试验。
就振动类的试验而言，当今环境试验中的振动试验有：正弦振动方法、随机振动方法、拍频振动方法、时间历程方法、地震试验方法、声振试验方法等。其中随机振动方法又可分为宽带随机和窄带随机，在具体进行宽带随机振动试验时，还可将窄带随机或正弦振动叠加在在宽带随机振动上，对声振试验要在混响声场内进行，电动振动试验系统无法实现。
就冲击类的试验而言，当今环境试验中有：冲击试验、碰撞试验、颠震试验、强碰撞冲击试验、倾跌与翻倒试验、自由跌落试验、随机跌落试验等。其中可以用电动振动台上完成的有冲击试验、碰撞试验、颠震试验。在这里还要指出的是颠震试验和碰撞试验其实是一回事，即在舰船电子设备环境试验中称颠震试验，在其它专（行）业中称碰撞试验。
注：下面所介绍的可用电动振动试验系统进行的环境试验项目是从王树荣编著的环境试验一书中摘出来的。
第12章 正弦振动试验
12.1 试验目的、影响机理、失效模式
正弦振动试验的目的是在试验室内模拟产品在运输、储存、使用过程中所可能经受到的正弦振动及其影响。正弦振动主要是由于飞机、车辆、船舶、空中飞行器和地面机械的旋转、脉动、振荡等诸力所引起的。振动对产品的影响主要有：
(1) 对结构的影响
这种影响主要是指变形、弯曲、产生裂纹、断裂和造成部件之间的相互撞击等。这种破坏又可分为由于振动所引起的应力超过产品结构强度所能承受的极限而造成的破坏，以及长时间的振动（例如107次以上应力循环的振动）使产品发生疲劳而造成的破坏，这种破坏通常是不可逆的。
(2) 对工作性能的影响
这种影响主要是指振动使运动部件动作不正常、接触部件接触不良、继电器产生误动作，电子器件噪声增大、指示灯闪烁等，从而导致工作不正常、不稳定，甚至失灵、不能工作等。这种影响的严重程度，往往取决于振动量值的大小，而且这种破坏通常不属于永久性的破坏。因为在许多情况下，一旦振动停止，工作就能恢复正常,可见这种破坏往往是可逆的。
(3) 对工艺性能的影响
这种影响主要是指螺钉松动、连接件或焊点脱开等。这种破坏通常在一个不太长的振动时间内（例如半小时）就会出现。
上述的种种影响，特别是当产品的固有频率和激励频率相等引起共振而导致响应幅值急剧增大时，会更迅速和更严重地发生。1974年日本对121艘船舶所作的调查中发现，在4778起设备事故中，由于振动引起的占17%。在损坏的656件自动控制设备的元器件中，由于振动损坏的占18.7%。我国的电子电工产品由于振动引起的结构破坏、性能下降、工作不良和失灵的事例也屡有发生，而且是比较严重的。所以，正弦振动试验是用来确定产品能否经受住预定的振动条件，能否在预定的振动条件下可靠地工作、不出故事和性能不发生下降的一种行之有效的方法。
实际上产品所遇到的振动在大多数情况下是随机性质的振动，对这些随机振动，本应随机振动试验方法进行试验更切合实际。但由于历史原因，即最先有的是简单的容易产生的正弦振动，后随着科学技术的发展，复杂的技术含量高的随机振动才一步一步的发展起来。加上随机振动控制仪刚出来时设备价格昂贵，而且需要较高的技术操作水平，试验成本高，其次至今还有许多标准一直沿用正弦振动试验，所以当今还有相当一部分在使有中实际经受到的是随机振动，而在对产品的摸底、鉴定、例外和验收中用的仍是正弦振动试验来进行。另外，正弦振动还可用来研究产品的动态特性等。所以正弦振动试验在力学环境试验中还是一个最重要的振动试验项目，也是一个很经典的试验方法。。
12.2 正弦振动的描述
正弦振动试验是属于“规定一种机械运动”的力学环境试验方法，而这种机械运动就是以正弦曲线为基本运动的轨迹。所以在正弦振动试验中，若知过去的运动状态就可以确定未来任何时刻运动的各要素。
12.3 试验条件及其选择
对正弦振动，目前国内外无论是军用标准还是民（商）用标准都被广泛采用着，不同的是采用的目的和施加的对象不一样。在微电子器件试验方法与程序的美军标和国军标中利用正弦振动对器件进行强度、疲劳和噪声考核，在电子及电气元件试验方法的美军标和国军标中除航天航空上的产品外，其它都用正弦振动进行环境适应性和结构完整性考核，在军用设备环境试验方法的美军标（810）和国军标（150）中用正弦振动进行振动响应检查和舰船设备环境适应性和结构完整性考核，在卫星环境试验要求美军标（1540）和国军标（1027）中也要用正弦振动进行响声检查与共振频率、模态、振型分析。在IEC和国标中正弦振动用得更广泛。
前面已述，正弦振动试验的试验条件（严酷等级）有频率范围，振幅值，试验等持续三个参数共同确定。
如果有产品安装平台环境条件数据就直接用产品安装平台的数据。如果没有，或是可用在多种场合使用、或是具有多种用途的货架产品、可以根据下面标准中给出的条件通过工程判断来确定时间历程振动试验的条件。
12.3.1 频率、频率范围及其选择
对频率、频率范围，首先要熟悉标准。有的标准（特别是军标）是直接给出，即按产品的使用环境直接给出了试验的频率或频率范围；民（商）用标准通常是用两种方式来规定的。第一种方式是给出一组下限频率（通常为：0.1 、1、 2、5、10、55、100HZ）和一组上限频率（通常为：10、20、35、55、80、100、150、200、300、500、2000、5000HZ），由使用者根据需要进行选择试验频率和频率范围。另一种方式是直接给出一系列的频率范围（通常为：1-35、1-100、 2-80、10-55、10-100、10-150、10-200、10-500、10-2000、10-5000、55-500、55-2000、 55-5000HZ），使用者根据需要进行选择。
如何确定和选择和确定试验的频率范围？下面的叙述可供参考：
产品在运输、贮存和使用过程中，有时会遇到很低的振动频率，例如车辆上用的设备，
其车辆主要基波频率可能低到在1.5~4Hz之间，而振动试验设备，要达到1.5Hz，其加速度波型失真就会超差很大，达不到试验的要求。因此在确定试验频率范围时就要权衡，如果一个产品试验频率范围不宽，低频端在1 Hz或1 Hz以下，高频端在100（或~500Hz），则可用液压振动台来实现；如果一个产品试验频率范围很宽，其高频段在500~2000 Hz或以上，而低频端又要到1 Hz或1 Hz以下，则只能适当的提高低频段的起点频率，例如低频端从5~10 Hz开始，因为要达到500~2000 Hz的频率，必需用电动振动台来进行试验，而当今的电动振动台随着科学技术的发展，其低频端已可达到5~10 Hz（一些21世纪研制出的性能优良的电动振动台已可达到2 Hz，但加速度失真仍偏大）。
下面再以船用产品为例来说明这个问题。船舶的振动主要由船舶的动力机械产生的，因此下限频率应根据最低螺旋桨的轴速度来确定。目前国际和国内沿海和远洋船舶大部分都使用中.低速柴油机，它们的最低稳定转速在40-80转/分之间，因此下限频率应选择在5-10HZ。船舶的上限频率主要螺旋桨轴的转速×浆页数×60来确定。目前几个发达的资本主义国家的军用舰艇设备的振动标准中，其上限频率都是这样规定的。例如装有海神1250型柴油机的舰船，因其轴转速为11400转/分，经减速后为5150转/分，螺旋浆叶为三片，这样可取300Hz的频率为上限频率。对陆用和空用产品，也可视振源的特点，采用计算的方法或现场实测的方法来确定其试验的频率及频率范围。
12.3.2 振幅及其选择
在正弦振动试验中，其振幅有位移幅值和加速度幅值二种，在实际试验时，有的试验仅给出位移幅值，有的试验同时给出位移幅值和加速度幅值。
仅给出一个位移幅值：对IEC标准和国标，其上限频率不超过10Hz的试验，只给出一个位移幅值；对美军标和国军标，例如电子及电气元件试验方法，在10~55 Hz的频率范围内也仅给出一个位移幅值，其值为0.75mm(单振幅)。
同时给出位移幅值和加速度幅值：产品安装（放）平台实际振动的特点是频率愈高加速度愈大，频率愈低位移幅值愈大，而且是随着振动频率的变化而不断改变的。就对产品的影响而言，低频主要是位移破坏，高频主要是加速度破坏，而当今的正弦振动试验是建立在以往科学技术基础上的，当时（形成正弦振动试验时）的试验室模拟技术还不可能实现像现场振动一样随着振动频率的变化而其振幅有位移幅值不断改变，只能采用尽量逼近现场振动的方法，因此采用低频段位移幅值不变（称定位移），高频率段加速度幅值不变（称定加速度），从定位移变到定加速度之间的频率称交越频率（振动特性一种关系变到另一种关系的频率）。在IEC标准和国标中有二种交越频率，即8~9 Hz的低交越频率和57~62 Hz高交越频率，前者主要用于舰船产品的试验，后者主要用于陆用和空用产品的试验。
就位移幅值和加速度幅值而言，对元器件类标准，由于其通用性，通常给出一系列可供不同用途整机进行选择的的严酷等级，例如在微电子器件试验方法与程序的美军标和国军标中试验的频率范围为20~2000 Hz，其振级有：0.75mm/20g、0.75mm/50g、0.75mm/70g三个等级；在电子及电气元件试验方法中，高频振动的试验频率范围为10~2000 Hz，其振级有：0.75mm/10g、0.75mm/15g、0.75mm/20g、0.75mm/30g、0.75mm/55g、0.75mm/80g六个等级；
在IEC标准和国标中，对8~9 Hz的低交越频率，有0.35mm/0.1g、0.75mm/0.2g、1.5mm/0.5g、3.5mm/1g、7.5mm/2g、10mm/3g、15㎜／5g七个等级，对57~62 Hz的高交越频率，有0.35mm/5g，0.75mm/10g，1mm/15g，1.5mm/20g，2mm/30g，3.5㎜／50g六个等级，对上限频率只到10HZ的位移幅值，有10㎜，35㎜，100㎜三种位移幅值。在这里还需指出的是，对IEC标准和国标，它是不分元器件和整机的。对诸如美军标810和国军标150等军用装备（整机）标准，通常是按其安装平台的振动给出的。这种按其安装平台给出的振动是加严的，因为数据处理时它可能取的是实测振动的极值包络，有时还加上一定的安全系数。
12.3.3 试验的持续时间及其选择
试验的持续时间是描述产品的耐受振动能力的重要参数。对试验持续时间的选择相对于上述二个参数的选择要困难得多。因为目前一般很难给出多长的试验时间相当于实际使用的多少时间。对扫频试验，通常以扫频循环数给出试验时间。对定频试验，则直接以分钟和小时给出试验时间。IEC和国标对扫频试验给出了1，2，5，15，20，50，100等七个扫频循环数等级，对定频试验给出了10分，30分，1小时，1.5小时，2小时，10小时等六个试验时间等级；对微电子器件试验方法与程序和电子及电气元件试验方法的美军标和国军标，给出了12个（三方向）和36个（三方向）二种扫频循环数等级。在这里还需指出的是进行扫频试验时，其扫频速率通常为1倍频程/min。如何具体地选择试验的持续时间，通常是根据振动对产品的破坏机理来确定的。
振动对产品的破坏，一般可以分为三种，即对产品工作性能的破坏，对产品结构完好性的破坏，对产品寿命的破坏。如果主要考虑振动对产品工作性能的影响，如工作不正常、不稳定、失灵、甚至不能工作等，通常是振动一旦停止，工作性能就能恢复正常，所以其试验时间可按设备所需的最长连续工作时间结合实践经验来确定。结构破坏主要是指脱焊、螺钉松动、连接件脱开、部件的相互撞击。对这种破坏一般在30分钟到一小时就能发现。对其中的螺钉松动和连接件脱开、部件的撞击也可按最长的连续工作时间来考虑。在某些情况下，也可按全部寿命时间来考虑。如果是为了确定产品承受累积应力的能力（疲劳），其时间应根据产品的使用要求，按使用时可能出现的应力循环数来确定，或按无限寿命，即107次应力循环来确定试验时间。
12.4 安装和控制
在正弦振动试验中，被试样品是否能真正受到所规定的试验条件（严酷等级）的考核，对于不同的人、不同的地点（设备）或不同的时间所做的试验，其结果是否都相一致，即试验是否具有高的再现性，在很大的程度上取决于试验时对样品的安装、固定以及试验中的控制和检测。
正弦振动试验标准中的试验条件，是以产品实际所遇到的环境振动为依据制定的，而且考虑的是振动输入点上的情况。所以对样品的安装固定以及试验中的控制与检测，必须根据这一原则来进行。然而，由于产品的品种繁多，大小形状不一，在具体处理时会碰到许多问题。如何解决？首先应选择好固定点。
所谓固定点就是固定样品的点。它是指样品与夹具、或样品与振动台台面点接触的部分。在实际使用时，此处通常是固定样品的地方。如果产品的实际安装结构的一部分作夹具使用，则应取安装结构和振动台台面点接触的部分作固定点，可见固定点一定要选取在产品在实际使用时振动输入的地方。有时振动试验的目的不是为了考核产品经受环境应力的能力，而是要考核产品的内部结构强度，例如晶体管、集成电路的内强度试验，此时固定点就要选择在样品的本体上，使激振力通过壳体传到内部结构上。
固定点确定以后，紧接着就是确定检测点。因为试验的要求需要通过检测点来保证，即检测点是用来保证样品在试验时，实际所受到的试验条件（严酷等级）能在所规定的容差范围内。检测点可位于夹具上、振动台或样品上，但要尽量接近固定点，并且在任何情况下，检测点上的传感器都要和固定点刚性连接。如果样品的固定点等于或少于4个，则每一个都作为检测点使用。如果超过4个，则规定4个具有代表性的固定点作检测点用。在特殊情况下，例如对大型和复杂的样品，检测点可以规定在其它地方（即不紧靠固定点）。当大量的小样品安装在一个夹具上时，或当一个小样品有许多固定的情况下，则选择一个检测点就可以了，但该点应选择在夹具上，其条件是夹具装上样品后的最低共振频率应超过试验的上限频率。
当固定点、检测点确定以后，就是确定控制点。因为检测点上的试验容差要求主要是通过控制点来保证的。所谓控制点就是振动试验中用来取得控制所需反馈信号的点，可见试验的准确性和再现性将取决于控制点控制试验的精度。控制点是从检测点中选出来的。而且为了使整个试验达到所规定的容差要求，控制点上的要求要高于检测点上的要求。控制点一般有二种：一种是单点控制的控制点；另一种是多点控制的控制点。
综上所述，为了使试验结果准确和达到高的再现性，在实际试验时，除要将控制点在规定的容差范围内，还应同时检查和监测各检测点上的试验量值是否在规定的容差范围内。
12.5 试验程序
正弦振动试验的程序通常有预处理，初始检测，初始振动响应检查，功能试验，强度（耐久）试验，最后振动响应检查，恢复，最后检测各步组成。下列各步是正弦振动试验的核心。
12.5.1 初始振动响应检查
初始振动响应检查的目的是寻找和确定样品的危险频率（指样品本身的共振频率，以及由于振动而使样品出现功能故障、性能指标超差等的频率），为如何做好功能试验，强度（耐久）试验提供资料。在早期的振动试验标准中，这一步称为共振检查。后来在实践中发现，产品在这方面的薄弱环节不仅仅是共振点，要提高产品的抗振性能，还必须知道影响产品结构强度和性能的所有频率点。
事实上，振动响应检查还可以用来研究产品的动态特性及评价结构强度和疲劳特性，因为共振频率或其它有关响应频率的变化往往标志着刚度的变化（例如连接松动）,或疲劳的出现。特别是当有了样品使用环境条件方面的数据后，响应检查就更为有用，因为可以根据响应检查的结果来改进设计，使产品的主要危险频率尽量避开实际使用环境条件中出现的频率。或采取相应措施。
初始振动响应检查一般可按功能试验或耐久试验相同的条件进行，即用功能试验或耐久试验相同的振幅值，也可用低于功能试验或耐久试验相同的条件进行，主要看能否检查出危险频率，和用功能试验或耐久试验相同的条件进行是否会对功能试验或耐久试验的结果有影响。振动响应检查通常以1倍频程／分的速率在一个扫频循环上完成。但在具体进行响应检查时，应注意下列问题：
（1）注意扫频速率是否合理
振动台的激励频率通过产品的共振频率而造成的共振状态，除与该共振的动态放大因子（Q）和激励频率本身的幅值有关外，还与扫频的速率有关。若扫频的速率选择得不合适，则被试系统的动态响应幅值可能会达不到稳定振动理论所预计的那样大。例如，如果扫频速率太快，则共振可能只能部分被激励，或在极端情况下甚至完全被漏掉。通常要保证达到静态谐振曲线（扫频速度为零）幅值的95%，从f=0扫到f=fn(谐振频率)的总振动次数，在衰减比值较小的情况下，应达到N大于或等于300个振动周期。此时的扫频速率可用V＝fn2/300来进行计算。图13-3表示出不同的振动周数对Ｑ＝20（图13-3a）、Ｑ＝10（图13-3b）二个单自由度系统所激起的共振状态。
（3）注意做好观测和记录
在进行初始振动响应检查时，应注意观测和记录各危险频率（特别是共振频率）上的响应幅值和激励幅值。如果响应幅值太大，可用降低激励幅值的方法进行。还应观测和记录在各危险频率上的样品的性能变化。以便与最后振动响应检查所得的结果相比较。
12.5.2 功能试验与强度（耐久）试验
功能试验的目的是考核产品在振动条件下的功能特性；强度（耐久）试验的目的是考核产品强度、疲劳和寿命。对于这两步，有些标准将其分开来进行，有些标准将其合在一起进行。分开进行时，其顺序是先进行功能试验，后进行耐久试验，而且功能试验的幅值通常小于强度（耐久）试验的幅值（例如为强度（耐久）试验的一半）。合在一起进行时，先将功能试验的时间分成二个1/2时间，其顺序是在强度（耐久）试验前完成1/2时间功能试验，然后进行强度（耐久）试验，强度（耐久），强度（耐久）试验结束后再完成余下的1/2时间功能试验。无论采用何种方法，在功能试验期间要进行功能检查和电性能检测。功能试验和强度（耐久）试验可用下列二种方法来完成：
（1）定频试验
定频试验主要用在：
仅需进行预定频率试验的产品。因为某些在特定场合使用的产品（例如安装处受到某动力机械振动影响的产品），它所受到的主要振动频率是已知的，或可以测出来的。
为了研究产品在某些频率点上可能出现的疲劳影响，或研究样品经受振动的总能力，需要对产品进行长时间的（例如107次应力循环的）试验。
对危险频率点不超过4个样品，用定频试验方法进行试验较为合适。
（2）扫频试验
扫频试验主要用在：
安装在各种运输工具上使用的产品。因为这类产品在实际使用中经受到的是一个很宽频率范围的振动。
危险频率点不十分明显，或危险频率点太多（多于4个）的样品。
装有减震器的样品。因为要防止在固定频率上试验时，由于动态放大系数过大而产生不符合实际的过度发热和损坏。
对上述（1）与（2）两种方式在实际运用时，通常只选用其中的一种（定频或扫频）就可以了，没有必要二者都选用（例如先用定频方式进行一段时间，然后再用扫频方式进行）。因为进行了危险频率点上的定频试验，就没有必要在整个试验频率范围内再进行扫频试验。其理由是危险频率的确定原则就是根据他们对产品的影响来决定的。同样用扫频方式进行试验后，也没有必要用定频方式再进行试验了。
定频方式与扫频方式相比，扫频方式的应用更广泛，它特别适用于那些结构复杂和封闭式的产品，而且对试验人员的技术水平的依赖性也低，所以通常都优先选用扫频方式进行。
12.5.3 最后振动响应检查
最后振动响应检查的目的主要是为了进一步得到样品在试验前后的性能变化情况,它对确定样品试验后的疲劳特性和潜在损伤特别有用。
最后响应检查应该用与初始响应检查完全相同的方式、条件（如振动量值）和要求（如扫频速率）进行,例如扫频的方向不同，扫出的危险频率也有所不同，即向上得出的危险频率值与向下扫得出的危险频率值会有所不同，所以具体比较时只能将相同扫频方向上的危险频率值进行比较，看其是否发生了变化没有，否则就很难判断共振频率是否真的发生了变化。以及确定产品是否适用于预定的环境。
12.6 对试验设备的要求
任何一个试验室，要使正弦振动试验符合要求，首先应使振动试验系统符合要求，而且这种要求与下面介绍的振动试验一样，不是指振动试验系统技术条件中的技术指标，而是指试验台装上样品（包括夹具）后进行试验时，在固定点、检测点和控制点上的要求。这些要求有：
（1）样品固定点应基本同相并沿平行直线运动
所谓同相是指各固定点所产生的正弦振动波形之间没有相位差。所谓平行直线运动是指各固定点的运动轨迹应为一直线，并且要相互平行。实际上往往振动台装上样品（包括夹具）后，由于样品（包括夹具）对台体的影响，会造成各固定点所产生的正弦振动波形之间不同相，同时也会造成各固定点的运动轨迹不是一条直线（例如椭圆）和不平行。这在某些情况下，就会直接影响到试验结果的精度和再现性。所以要求各固定点要基本同相并沿平行直线运动。
（2）横向运动
横向运动是指与振动方向相垂直的方向上的最大振幅，而且具体是指垂直于振动方向的二相互垂直方向上最大振幅的矢量和与振动方向振幅之比。横向运动的测量通常在检测点上进行，而且仅需在所规定的试验频率上进行。对横向运动的要求，国标和IEC 标准规定为：当频率低于或等于500Ηz时，应不大于50℅；当频率大于500Ηz时，应不大于100℅。对小样品可以规定为25℅。在特殊情况下，例如对大而复杂的样品，特别是重心不在振动台中心线上的样品以及要进行高频试验的样品，允许大于100%。这些要求看起来似乎很低（因为振动台技术条件和检测方法标准中要求通常在15%-25%之间），而实际上上述这些要求有时也不是很容易达到的。因为前面已说这些要求是指振动台装上样品（包括夹具）后，在检测点上的要求，而振动技术条件和检测方法标准中的要求是指空载或刚性负载下的要求。在实际试验中，若检测点上的横向运动达不到要求，可通过改用推力大的振动台，或通过改进夹具和安装等方法来达到。
（3）波形失真
失真是振动台质量和性能好坏的一个重要指标。若失真大，则测量系统所测得的振幅就不准确，因为他既包括了一个所需的基本频率，又包含了许多高次和谐波成分，这就会导致在所需的基本频率上产生低于规定的振幅值，从而造成欠试验等。在这种情况下，如果把基波幅值调到所规定的幅值上，则那些不需要的谐波频率成分的幅值也随之增加，并且会对试验样品产生一个与实际要求不相符的高应力，从而造成过试验。所以一定要重视正弦振动试验中的波形失真度要求。正弦振动试验中的波形失真度通常是指加速度波形失真度，而且是从控制点上检测。对加速度波形失真的要求，一般均规定为不超过25%。在具体测量时，对用电动振动台做试验时，其谐波成分应包含直到5000Ηz，或试验台最高频率的5倍，而且在两者中取大者。对用机械台做试验时，其谐波成分可仅包含直到试验台最高频率的5倍。对25%的失真度要求无论是国产振动台还是进口振动台，一般均可达到。对特别大和特别复杂的样品，以及为了恢复基波幅值而使用跟踪过滤器时，通常也允许在试验频率范围内的某些频段上超过25%。
12.8 加速振动技术
耐久试验，特别是预定频率上的107次应力循环的耐久试验，往往需要很长时间，有的甚至长达几百小时，例如107次应力循环在30Hz上试验时就需近100小时，在50Hz上试验时就需近50小时，这种情况无论对人，对试验设备，或从经济性和生产效率来说都是个问题。而加速振动是解决这一问题的一个较好的途径。
加速振动是指选用振动试验参数中某一最敏感的参数，使其在某种特定的试验机理支配下，以改变这一参数的量值来缩短试验时间。用增加振动加速度值的方法来缩短试验时间是其中最好的一种方法。
用增加振动加速度来缩短试验时间的方法是从疲劳理论出发的。所谓疲劳是指产品在交变重复载荷（应力）作用下，使损伤不断累积，最后导致破坏的现象。根据疲劳理论，重复载荷在结构上所产生的应力σ和应力作用下结构发生破坏的应力循环数，可以画成如图12-5所示的曲线。
（1）在一定的应力（例如图中的σ1）作用下，材料所能承受应力循环数为N1。该N1就称为在σ1作用下的疲劳寿命。如果材料在低于某一特定应力不再发生破坏，即在此应力下材料就可承受无限次应力循环，则该应力就称为材料的极限应力，即图12-5中的σel。
（2）持久极限应力一般在屈服应力的50%~80%之间，具有代表性的数值为50%‘即σel=0.5σs。所以图12-5中的纵座标以σel标准化，纵座标为1的地方是持续极限应力，纵座标为2的地方为屈服应力。
（3）静拉伸试验表明，当应变超过0.4%时，材料就进入塑性状态。此时材料的内应力就超过弹性极限应力，即达到屈服应力，从而产生永久变形。疲劳经验告诉我们，当应变超过0.4%时，其寿命就小于104次应力循环。如果把材料看成理想塑性，则当外力增加时应力就不变。也就是材料在小于104次破坏时，其破坏曲线平行于N轴，即图12-5中的ac段。如果材料不产生屈服，材料在小于104次时的破坏曲线如图12-5中acˊ段（虚线）。
（4）如果曲线存在转折点的话，则大都在106~107之间，美国振动冲击手册取转折点为106次，即与疲劳极限相对应的破坏循环数为5×106次，这就确定了图12-5中的b点。此点说明，材料在σel的作用下，经过5×106次应力循环还不被破坏，就永远不会在该应力下破坏，这就决定了bd段为一平行于N轴的直线。
（5）将材料在104~5×106次被破坏的实验数据的平均值画在图12-5的双对数座标上
则σ-N曲线的中间部分（即a和b点之间的部分）为一直线。
由上面的叙述可见，图12-5中的曲线可以作为产品在振动条件下经受疲劳破坏的依据。由图12-5中的ab段可见，当试验样品所经受到的应力低时，所要求的破坏循环数就多；反过来，当试验样品所经受到的应力高时，所要求的破坏循环数就少，即所需的试验时间就短，这就是加速振动的原理。可见只要将上面叙述的σ-N的关系换成A-N的关系。
12.9 扫频技术
产品实际所经受到的振动环境，在绝大多数情况下，其振动频率与振幅是在不断变化着的。作为试验室的模拟技术，也是要尽量模拟现场的，但早期的试验设备是实现不了，所以在正弦振动试验中，频率变化的方式由于历史原因，有定频振动（分频率点振动）、线性扫频、分段线性扫频、指数（对数）扫频四种形式。
1 2.9.1定频振动（分频率点振动）
定频振动是将整个试验频率范围分成若干个频率点，在整个试验频率范围内用多个振动频率点来代替实际环境中的振动频率与振幅的不断变化，例如每隔5Hz一个频率点，或选定若干个频率点（例如对产品敏感的频率点、共振频率点、经常出现的振动频率点等）；然后再将试验时间平均分配到各个频率点上，例如在每个频率点上振动5分钟。美国军标MIL-STD-167和日本标准NDS-XF8017就是采用这种方式，并且每隔1Hz一个频率点，功能试验时在每个频率点上振5分钟，对共振试验则振15分钟。这种方式比较陈旧，是早期正弦振动试验中的一种做法，随着振动控制技术的发展，目前已很少采用了，但有的标准或规范仍保留了这种方法。
12.9.2 线性扫频
线性扫频是在整个试验频率范围内的每个频率上的振动时间相同。目前国内外对家电、船舶等大型设备，由于重量大、频率低，有时仍采用机械振动台来进行试验，而目前有不少机械振动台只能进行线性扫频，所以这种方法还在继续使用。用这种方式进行扫频的缺点是高频段上的振动时间太长，而低频段上的振动时间又太短，激励不充分。
12.9.3 分段线性扫频
分段线性扫频是将整个试验频率范围分成若干频段，然后在每个频段内线性扫频。这种方法主要用于在不能进行指数（对数）扫频，而又要克服线性扫频的缺点的场合。MIL-STD-202F就规定有这种方法，并且是作为指数（对数）扫频的替代方式用的。即必要时，可将频率范围分成几个频段，但不能减少试验样品所受到的振动应力。在具体运用分段线性扫频方法时，其频段的划分和各频段内扫频速率的确定，应尽量使其符合频率随时间按指数规律变化这一原则。在具体操作时，通常为每个频段的最高频率和最低频率之比不应小于2、每个频段内的扫频速率应恒定、在各频段内取一频率点，观察所取的各频率点上的振动次数是否大致相同。
12.9.4 指数（对数）扫频
指数（对数）扫频是指频率随时间按指数规律变化。指数扫频的优点是各频率上的振动次数近似相同，这样就便于比较和分析正弦振动对产品的影响。
12.10 试验控制技术
12.10.1 单点与多点控制试验技术
在振动试验，可采用单点控制，也可采用多点控制，如图13-6a和图13-6b所示：
单点控制比较简单，对已知或能证实各固定点是同相并沿平行直线运动的试验，用单点控制比较适合，具体运用时，对一些小型的动态特性不复杂的样品用单点控制更合适。在进行单点控制时，必须同时监测其它检测点上的信号，看其是否与控制点信号的相差在试验规定的容差范围内，如不在要采取调整措施以保证达到试验规定的容差范围。对一些体积大、动态特性比较复杂的设备，由于振动台台面本身振动量值的不均匀性和样品复杂动态特性对台体的影响，往往会造成试验结果的误差大和再现性差的问题。所以用多点控制比较合适。
12.10.2 跟踪滤波器技术
在正弦振动试验中，如果振动波形的失真大，测量系统将显示不出正确的振幅值，因为它既包括了所需的基本频率（基波），又包含了许多不需要的其它频率成分（高次谐波）。这就会导致在所需的基本频率上产生低于规定的振幅值。如果低得没有超过容差范围，则是允许的。如果超过，则必须设法把基波幅值恢复到所需值，否则就很容易产生欠试验。使基波幅值恢复到所需值的方法很多，使用跟踪滤波器是一种方法。这种仪器的特点就是它的中心频率能随扫频时的激励频率同步变化，从而进行有效的滤波，以达到把基波幅值控制到的规定的严酷等级上，从而保证样品能经受到所规定的振动应力。然而跟踪滤波器的使用也受到一定的限制。这主要表现在幅值被恢复到正常值时，那些不需要的高次谐波成分也随之增加，如果这些高次谐波成份对样品也有影响，则必须会对产品产生附加的高应力，其结果又会使样品过试验。所以只能用在高次谐波对其影响不大的样品上。另外随着基波被恢复，高次谐波成份的增加，失真也必然增加，可见此时就有可能要放弃对失真的要求。
12.10.3 用驱动力控制振动试验技术
当一个样品在其共振频率上被激励时，若其视在质量高于它的工作安装结构（包括振动台的活动部分）时，应考虑试验样品对试验台体的反作用，此时用驱动力控制振动试验是一种较好的方法。
现假设有一样品，其质量为2千克，安装结构（夹具加动圈）为5千克，样品的共振频率50Hz，振动台面的激励加速速度为5g，共振时的动态系数为3。
当样品共振时，实际上所受到的振动加速度（响应加速度）a=3×5=15g，此时样品的运动力F=ma=2×15=15Kg。如果仍按台面的5g计算，则相当于30÷5=6千克的样品在起作用。这6千克的视在质量，既为实际起作用的质量，可见它高于安装结构的5千克的质量。
在共振时，当样品的视在质量高于它的安装结构时，其样品和台体振动的相位要相差90度，所以样品对台体的反作用力是很大的。此时就振动台而言，就需要相当大的功率输入，而且动态放大系数愈大，这种情况就愈严重，采用驱动力控制（力传感器）可以作为解决这一问题的途经。
12.10.4 带减震器样品的试验
对带有减震器的产品，一般应连同减震器一道进行试验，如果被产品和其它产品一道安装在一个公共的系统中，从而造成不能使用原有的减震器进行试验时；或当带减震器的产品在试验时没有合适的减震器可用时，则必须修改原振动量级，以不同的振幅进行不带减震器的试验。其振幅的大小可根据在整个试验频率范围内减震器在每条轴线上的传递特性来确定。如果原有的减震器的特性未知，则可根据减震器的通用特性曲线来确定，以便给样品提供一个更符合实际的振动输入电平。图12-7中的A、B、C三条是IEC标准和正弦振动试验国标中减震器的传递特性曲线，第四条D是当前国内生产的无谐振峰减震器的传递特性曲线。
12.10.5 双台并激与多台并激振动试验
虽然随着科学技术的发展，振动台的推力和台面的尺寸已愈来愈大，国内外已研制出10吨、16吨、20吨、30吨等大推力振动台，但仍存在由于样品的体积和/或重量（例如大型人造卫星）太大而无法在一个振动台上进行试验的问题；同时也仍存在着样品重量不大，但长度方向的尺寸太长（例如运载火箭）而无法以一个支点（相对长度而言），也无法用一个很长的夹具来支撑进行试验的问题
1. 双台并激振动试验系统的特点:
A. 交叉偶合问题:
两个振动台之间的交叉偶合是双台并激中必须解决的主要问题. 例如, 振动台1 受到激励, 振动台2 没有激励, 但由于二者通过试件联接, 振动台2 的实际振动响应可能比振动台1 还要大. 控制系统必须消除两个振动台之间的交叉偶合,使各个振动台的控制点响应加速度分别达到各自的设定要求.
B夹具设计
试验系统由振动台, 夹具,试件和控制系统组成.相对单台系统, 夹具的结构设计更复杂和重要.
在双台并激的情况下, 如果双台间距不大, 要求双台相位差也不大 , 则振动台承受横向力不大,可直接用环形钢箍将试件和台面连接.
在某些情况下,如要求双台相位相反, 试件刚度较大,振动台承受横向力距很大, 振动台和试件之间要使用带油膜的万向连接器.以减低振动台所承受的横向力距.
C.振动台: 只要具备较好的抗横向力性能,一般振动台均可做双台并激振动试验. 但要求功放燥声小,动态范围大.
D.控制系统各通道相位差要小 ( 如 1–2度), 测量系统灵敏度要高,否则,
双台相位差无法控制.
