[发明专利]基于峭度传递规律的随机振动加速试验激励信号生成方法

说明书

本发明涉及一种基于峭度传递规律的随机振动加速试验激励信号生成方法，包括：获得试验结构的固有频率与阻尼比；基于固有频率和阻尼比计算结构的半功率带宽，获得结构实际所受振动激励的PSD；使用傅里叶逆变换生成与上述振动激励具有相同PSD的平稳高斯激励信号；设定结构所需的响应峭度；基于结构的固有频率和半功率带宽选取激励信号中的相应带宽，并对该带宽内的相位进行调制，直到上述激励信号在相应带宽内的分解信号的峭度值达到设定的响应峭度；对上述激励信号全频段内的傅里叶变换幅值与调制后的相位重新组合进行傅里叶逆变换，生成所需的振动加速试验激励信号。本方案使振动加速试验的结构响应具有高峭度特性，振动加速试验效率高。

技术领域

本发明涉及产品寿命与可靠性技术领域，尤其涉及一种基于峭度传递规律的随机振动加速试验激励信号生成方法。

背景技术

随着产品可靠性水平的不断提高，对一个长寿命高可靠性的产品进行寿命评估成为一个较为棘手的问题。如果按照传统的寿命试验技术进行评估，则往往难于在较短的时间内完成。此外，由于科学技术的飞速发展，产品更新换代的速度也不断加快，人们迫切希望在较短的时间内得到产品的寿命信息。因此，对加速寿命试验技术的研究显得尤为重要。

在产品可靠性试验方面，耐久性振动试验是考核产品结构在服役动力学环境作用下能否达到预期寿命的主要手段。产品实际服役动力学环境一般是随机振动环境，因此在工程中一般采用随机振动加速试验方法来评估产品结构的振动疲劳寿命。设计随机振动加速试验的激励信号时，通常会先获取产品服役过程中所受激励的功率谱密度PSD。目前，为了在较短时间内造成相同的疲劳损伤，通常采取以下2种方法：一是振动加速试验激励信号整体的功率谱密度PSD量级在实际服役振动环境激励信号功率谱密度PSD量级的基础上按比例增加，或在保持实际服役振动环境功率谱密度PSD谱形不变的前提下，通过峭度控制的方法使产生的随机激励信号由高斯激励信号变为超高斯激励信号。这是因为大量研究表明，高峭度响应信号可以加速结构的振动疲劳损伤累积进程。

而对于把实际激励信号功率谱密度PSD量级按比例增加的方法，如果激励信号功率谱密度PSD的量级增加过高，那么试验中产品的失效可能不再是疲劳失效,与此同时激励信号均方根值的增加可能导致产品的非线性响应,从而导致疲劳损伤模型的不适用。功率谱密度PSD量级的增大可能会导致原本不会对产品造成损伤的在疲劳极限以下的载荷超过产品的疲劳极限，从而对产品造成损伤使预期寿命低于实际使用寿命。

而对于通过峭度控制把激励信号变为超高斯激励的方法，通过峭度控制使得振动台产生超高斯激励信号的方法能够在保持功率谱密度不变的同时使激励信号产生较大的幅值，但同样也存在以下问题：第一，超高斯激励中存在的突发的大幅值冲击信号会对振动台的寿命产生一定的影响；第二，目前通过峭度控制方法产生的非高斯激励一般为平稳超高斯激励信号，已有相关文献表明，产品在平稳超高斯激励下的疲劳寿命与在平稳高斯激励下的疲劳寿命不会有显著区别，究其根本原因是平稳超高斯激励信号的高峭度特性不易传导到结构的动力学响应上，从而导致产生的加速效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种随机振动加速试验激励信号生成方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于峭度传递规律的随机振动加速试验激励信号生成方法，包括：

S1.获得试验结构的固有频率f与阻尼比ξ；

S2.基于所述固有频率f和所述阻尼比ξ计算所述试验结构的半功率带宽；

S3.获得所述试验结构实际所受振动激励的功率谱密度PSD；

S4.使用傅里叶逆变换生成与所述试验结构实际所受振动激励具有相同功率谱密度PSD的平稳高斯激励信号g(t)；

S5.设定所述试验结构所需的响应峭度K_r；