振动台最大工作特性曲线说明

为脆弱的城市

电动振动试验机有使用频率范围、最大正弦加速度、最大正弦速度、最大位移这四个主要参数，比如下面的振动试验机，有

【最大正弦加速度：1000m/s2 、 最大正弦速度：2m/s 、

最大位移：51mmp-p   、 使用频率范围：5-2000Hz】

超过以上额定参数，试验无法进行，强制执行试验的话，振动台系统会出错报警，严重的情况下导致设备损坏，这大家都能理解。还有一点，光看上面参数，很容易理解成低频条件下，比如5Hz处，可以对应加速度1000m/s2或速度2m/s的试验条件，其实不然。可以通过下式（1）计算得到，5Hz时，若加速度为1000m/s2的话，得到位移和速度为1.01mo-p和31.83m/s，显然，早就超出了振动试验机的额定参数，即低频处受到最大位移和最大速度的限制。

因此，实际中振动台的工作频率特性如上图1所示，

①电动台有一个比较宽的频率范围（f0～f3），但并不是所有频率都可以达到最大加速度（最大推力），仅在f2～f3内满足，即所谓的恒加速度区C。低频段f0～f1称为恒位移区A，受最大位移的限制，加速度随频率的下降而成二次方关系急剧下降。f1～f2称为恒速度区B，能够达到最大速度值，除了f2，其他频率都满足不了最大加速度，f1能达到最大位移外，其他频率满足不了最大位移。在恒速度区B，基本上都不能达到最大位移和最大加速度。

②图中f1和f2对应的点称为交越点，即一个物理量变换为另一个物理量的点。如何进行计算呢？以上面的额定参数为例，f1处满足位移51mmp-p和速度2m/s，代入公式（1）下式，

f2处满足速度2m/s和加速度1000m/s2，由式（1）推导出，

代入上式（2），

③空载时，60Hz处的加速度是多少？假定动圈质量为25kg，最大推力为4tonf，则通过牛顿第二定律，

上面是错误的计算方法，因为60Hz不在恒加速度区，且最大空载加速度受振动台最大加速度1000m/s2的限制，正确的应该是利用式（2），

④试验负载质量越大，能达到最大推力的频率范围越宽，图1中参考某负载特性曲线，带负载后，交越点f2变为了f2’，最大推力的频率范围变大。

⑤有负载情况下，f2’的计算，这就需要知道振动台的动圈质量和振动台的最大推力。假定动圈质量为25kg，最大推力为4tonf，负载150kg，则通过牛顿第二定律，加速度

又因为f1处的加速度为

显然，f2’在f1和f2之间，

在排除试验体和夹具等安装不妥的情况下，在17.84Hz以上频率区域，在负载150kg时，可以达到最大加速度224.23m/s2（最大推力4tonf）。12.48～17.84Hz区域能达到最大速度2m/s，5～12.48Hz区域达到最大位移51mmp-p。8Hz时，最大加速度只能达到

此时的推力为

显然和4tonf相差很大。

同理计算，可以得到各种负载下的工作特性曲线，如图2（非上述额定参数机型），供参考。

⑥最大加速度、最大位移等参数并不是全频率范围都能对应，高频处受最大加速度限制，低频处受最大位移限制，介于两者之间的受最大速度限制。低频可以对应大位移，但加速度对应的小。比如，5mm位移，频率1000Hz的话，加速度达到20000g，显然电动型振动台无法满足。

综上所述，在对试验体进行试验前，必须对试验条件等参数进行分析，合理的选择和使用振动台，否则会损坏试验体或振动台。

值得庆幸的是，现在很多正规的振动控制仪厂家都在软件里面增加过载检查（safety check）功能，操作者只需要输入振动台的额定参数（设备导入时厂家输入）、试验条件和试验体或夹具等质量，软件内部便会自动计算，防止设备损坏，如图3。这是一个对设备保护很有用的功能，希望引起大家的重视！