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基础理论知识:随机振动中的削波和峭度

2017-10-17 10:48| 发布者: weixin| 查看: 1084| 评论: 1|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 随机振动中的削波和峭度
  1. 随机振动的描述及解释
  工程中大多数随机振动的幅值都近似地服从高斯分布(也成为正态分布),我们正在做的随机振动试验,如无特殊说明,都是按照高斯分布来实现随机化的。

  何为高斯分布?其实就是随机振动信号在幅值域呈现出的分布特性。标准的高斯分布,符合下图的描述:
1.png
  99.7%的事件,分布在μ±3σ以内

  95.5%的事件,分布在μ±2σ以内

  68.2%的事件,分布在μ±σ以内。

  其中:μ是均值,σ是标准差。

  2. 削波
  削波,就是将超过一定标准差的大值给剔除掉,直观上看,就像修剪草坪一样。

  无任何削波的情况下,时域波形如下:
2.png

  3σ削波下的时域波形:
3.png

  2σ削波下的时域波形:
4.png

  1σ削波下的时域波形:
5.png

  结论:
  很明显,削波是人为地剪切掉了了较大振动值。如果某试验是模拟现实的凹凸不平的路面上振动环境的话,削波相当于将凹凸不平的路面修整平了,这无疑降低了振动的严酷等级,属于欠试验。所以,一般情况下,削波是被禁止的。

  3. 关于峭度
  峭度和削波的概念刚好相反。峭度是增大较大值的幅值,增加较大值出现的频率。

  注:高斯振动的峭度等于3。峭度大于3的随机振动中,会有一部分极大值超过3倍标准差(或者更多),而恰恰是这些点,引起了产品的疲劳和损伤。

  峭度等于5时,对应的时域波形:
6.png

  峭度等于7时,对应的时域波形:
7.png

  4. 现实的随机振动环境到底是什么样的呢?
  下图是实际的路况的测量值。经过比对各种经典路况发现,只有航空运输和市区路面,可以近似为高斯振动。其他路况近似为高斯振动,则明显有较大的偏差。
8.png

  另,我们选择40个实况的路谱进行分析,如下图示,发现只有不到一半的可以路况峭度接近3,即可近似为高斯振动。有1/4以上的路况,峭度要大于5,最大甚至接近9。
9.png

  结论:
  很明显,不是所有的随机振动都能用高斯振动来近似的。这也解释了有一些产品进行标准的随机试验之后,仍然会发生失效的情况。随着现代控制理论和技术的发展,控制一定会更加精确,更加能模拟现实振动状况。事实上,越来越多的公司已经开始重视峭度,并将峭度控制应用到了实验室。比如国外的福特,还比如国内高铁研发的株洲南车。

  来源:VR振动研究公司办事处(ID:VRC_China)
  作者:Jason

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最新评论

引用 xx0_xx0 2017-10-24 20:56
学习了!!!!

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