年1月株洲工学院学报统皆能量分析：包装设计的项突破宋宝峰译株洲工学院包装工程系湖南株洲典8究，同时也促进了运输包装中材料和产品振动试验研究及其各项结果的可能实际应巧。实验室巧验研克结果表明，5丘穴在产品包装的试略评价工作中将具有十分户阔的使用前景。
从本质上讲，根据个给定产品的物理结构进行振动实验就是获取自然频率或模态形状，并且将出它们与阻尼系数的关系的个过程。实际的振动实验工作可应用多种方法来获得*终结果。例如，采用产品的不同模型，振动输人的不同类型，多种方式数据采集和分析，当然还有不同方法的结果表述。
在本文第部分中经论述，SEA是レ：振动为基础的适台于被包装产品的种试验方法。在这里所描述的试验过程，将集中巧理论和实验结果的比较方面。
利巧随机振动输人建立产品模型并开展试验，巧应用区及长?公司的信号分折仪进行数据采集和整理分析。
试验结束后通过数据分析的1结果可说明这些试验是否符合理论叙述的和关息义。
1仪器和装置本文介绍的试验研究是在英国牛津大学的动力工程实验室中进行的。试验装置的简图如1所示图例所示数字表示下各类仪器：节气试验装置简围收搞期；1化91化巧介：化柏畔，扣教巧，主架从那运输包装、力学的研究。
1.试验结构，2.加速度传感器，3.电荷放大器，4.
激振器，5.阻抗头，6.电荷放大器，7.功率放大器，8.信号分析仪和随机噪声源，9.计算机，1.加速度信号，11.力信号，12.速度信号。
为得到这项研究的有关数据进行了系列试验。
每个试验本身只收集组数据，*后应用几组实验数据进行各方程组的数值运算。*终计算结果在时间和空间上都取平均值。
数据的采集是在设定的产品上进行的，开始时使用块铅板，分成多块矩形区域再安装测量头图2.这块侣板分成25块矩形，其上随机地安装激励点和响应测点，但只允许个矩形上有个测点。铅板四周留有1/2英寸边缘，这样做可咛免传递波在边缘处反射造成对试验结果的影响。
按照般的研究方法，把上述产品发展成为由角部相联结的两块相同板料所组成的个结构。迭种结构在每个角部装填泡沫块，再作试验图3.搡种泡沫垫将表面附加的阻尼值，好比产品堆码时或包装系统中的状态。这在产品试验和包装设计中提供了成功应用51的种可行性验证方法。
谱力x速度测量值的实部，此值取自于电磁振荡器的力传感器的数值和输出加速度传感器的速度读数。储存功率测量相等于功率耗散直接从错板上多点可移动测量响应点处取速度平方值求得。
角部泡沫块组成箱型结构对单块板和结构进行试验时，试验件用橡胶绍套和金属夹悬挂在方型槽钢构架上。输人激振器台电磁式激振器固定在个钢质夹臂上并安装在试验错板表面，指向往下《便进行垂直振动输人。这样，激振器通过橡胶绳索约束系统上*小的张力与激振器的田杆保持接触。
由于激振器与错板的这种接触本身并不充分，因而需要用少量蜂蜡把凸杆粘结于板的表面。蜂蜡还用来把测量响应加速度的传感器粘结到铅板的不同位置上。加速度传感器不准安装在铅板四周边缘1/2英寸内，因为这是不可能测出块无限平板的响应指示值的。另外的测点选作为力传感器的输人点，而其中某些点具有双重性，次可作为输人点，另外次可作为响应点。这可从图2中看出。
下步骤就是进行随机振动试验，得到频率响应图。仪表指/7、远调整在每个峰值相应的相位上。当相位调至*接近的相应点时读出与其相关的频率值。这就可认为是对应于每个响应模态的合适的自然频率的读数。般情况下这不能在响应图的峰值精确值处求得，而是靠在侧处。
接着，对应于相位峰值减去3的频率可：求得。频带宽度4/可レリ，从其上限值F上与下限值F下之差算出，即扩上护下=豕4/数值除凹，初相位的自然频率，就等于具体模态的阻尼，即4/=.在整个铅板上取所有模态的阻尼值平均值即可得出单铅板的阻尼值。而箱型结构的阻尼值则要进行二块铅板单独测量后才能确定。阻尼测定值取自于铅板上通过四分之的几个大同激励点求出。此四分之范围的采用，主要由于均匀的矩形块对于轴线是对称的。自谱和互谱的测量值应用谱分析仪在定的频宽上确定测量积分值。测量时用8姑公司信号分析仪验证了对应于定的功率谱密度巧0条件下的功率谱。此时不考虑频宽内积分值的各个局部值，便得到可比较的读数。至于此频宽的选定，是由于它展示7可作验证理论的足够的共振态。
自谱3值的采集可取两条途径。首先，求得铅板上不同激励点的153和1514.力传感器和响应加速度计必须《相对的位置上仔细排列，而其测量值就在这个点上读出50个数字后加；、平均而得。第二个自谱8积分值的采集是在保持固定的激励点位置上进行的，但在《后试验中，使加速度计在馆极每个小矩形块中随机地在选定测点位置上任意移动。在大《移动点的试验中，采用每个小矩形块的相同测点，由于这些点是任意选定的，因而给出了平均的移动响应加速度计5，￡1的测烈值，这同样也给化1空问上平均的此积分数平均值。
应该注意的是，因为确定巧理论是否有效的时间和空间上的平均值并不定来自于相同的测点，所1试验中并不必须使用相同的测点。但是，在大多数试验中还是使用了相同的测点，因为这样做可《加快试验进程并且减少粘附在铅板上蜂蜡量，而这种粘结材料成了种附加的阻尼因素。
3测试结果Lyon1975已经说明，可用功率和能量作为变量来表示SEA的运动方程。可用这种方法表达功率平衡方程，即输入到个系统中总的时间平均输人功率等于时间平均耗散功率的总和。其中耗散功率通常认为是系统内阻尼的函数和向其他系统时间平均功率的转移，如果系统内不发生对其他系统功率转移的话，则总的能量耗散简单地只是阻尼的画数。这种简化了的功率平衡条件，就可在验证5￡4原理是否适用于运输包装结构设计时显著地降低了试验的复杂性。
这项研究基于上述功率平衡方程必须符合实际应用的有效性。数据收集过程中的第步就是测定5￡4的两种关键参数：模态密度和损失系数。*后步就是要在不同材料和尺寸的铅板上进行试验，然后说明已经开发的测试程序并在应用试验到实际产品之前作出评价。
在早期研究时，单块错板的测试具有重要性，因为单块铅板实际上4双板结构模型中块。这有助于测出在整体单板上测定损失系数，因此时不必考虑块板与另块相联结时可能产生的膏合损失。这样就可心：确定铅板本身的阻尼系数值，因为此时并不存在锅合，而声箱射损失极其微弱而可忽略不计。
通过分别测定非铐合的每个部件的能量耗散，就能用实验方法得到结构部件的内部损失系数。对于箱型结构而育，两块错板应尽可能相同。这样当其在非合状态时具有相同的阻尼系数。每块铅板的质量是0.515Kg，那么箱型结构质量为1.055Kg板的质量加上角部衬垫物的质量。当这种结构经受半频带衰减过程测量程序应用对数坐标，每块铅板的阻尼系数开始测定为7=.13线性坐标上结果相同。在试验过程中获得上述数据的，而且是在~800比频带范围内的包括所有峰值的组合值。但送是在试验参数特别指的是选定的频率范围*后确定之前测量的。如果选择400也的频率，那么巧在1说~536出频带范围内的峰值条件下再次确定阻尼系数，其值是。1445.
模态密度的测量可切在分析仪显示器图形上通过计算出可视模态共振峰值数容易地求得。此外，作为对试验过程的验证，理论值可《计算得出，而模态峰值次数的平均值应接近于期望值应记住在定频带范围内通过外部稳态能源激励的单板，其输入功率与单板阻尼系数产生的耗散功率相平衡。由于单板没有与任何其他振子相连，因而不发生任何能量转移。因此，结构系统中总的能量￡，正好等于振动能量，即；化。=町》=￡这是能量守恒状态的种简单表达式，条件就是存在稳态情况，宽频带随机振动的持续态也存在这种条件。
音作力激励源时，互功率谱表示了输人功率更可靠的计算值。因此，互功率谱的实部平均的单独测量值应等于质量、阻尼和频域自功率谱8￥￥测量平均这样就给出了测定输人功率的个实验读数レッ及计算耗散功率的个单独读数。因此，如果这适用于模型化、结构，那就证明55理论适合于低频带宽度和低模态密度的情况，同时也提供了种有效的试验方法，利用这种方法就能评价不准使用普通的纯产品评价试验破坏性的那些贵重物品的包装性能。所，为了达此评价目标而应用5拉理论的有效性，需要知道结构的质量并进行关于自谱AFF，自谱BVV，互谱FV和阻尼系数T的多重测量。
储存能量的数值原先依据所有的试验矩形块中随机点确定的，而不考虑靠近板的边缘处1/2英寸产生障碍的影响。但是，在作出比较性结果分析时，有必要知道无限板的假设结果会产生多大影响。从概念上讲，当测点安装在太靠近有限板边缘的话，波的反射有可能影响加速度计的读数。由于假定在这1/2英寸测定自由区内不计无限板阻抗的影响的假设，通过这分析可评价出有限板的局限性。因此，当接近板子边缘的矩形块上响应测点从空间平均值计算中给予消除时，上述的分析已经仔细考虑到测量的变化。其结果对于自谱3测量值可表示成二组：组是整板的；另组只是中问的或小矩形体的。
完成这些工作1后，接着的就是用实际的测量值计算方程1并比较出理论与试验值的吻合情况。因为随机振动用作为输人功率源，*后数值可直接用来与随机振动±工业标准范围偏差作比较。这就决定所用方法是否已经足够满意，虽然从期望值方面某些工业标巧偏差的随机振动试验允许达到±638.
但不论怎样，其结果能符合标准规定的偏差范围。
重要位盘。所使用的实例试验结果指出，不管是否考虑阻尼，其结论是可接受的。这结果也说明了太靠近自由板边缘处选择响应测点带来的偏差方差。
如果用中问测点进行计算，其*盾结果得到显著改善。此外，阻尼测量的重要性也是十分关键的。非费合部件阻尼值的确定往往给出特别预言性的结果。为了理解这点，需回顾下此实验中输人的随机振动为输入源，所，当存在平衡状态时就建立7稳态条件。因此可以说输入功率就等于耗散功率，或写成；对于各项方程计算而言，从板的四个激励点的平均输人功率是6616[、心二1.13239￡4和结构质量正如上述，储存功率平均值分为两个测量值。
个是整板化的，另个是内部脚町矩形块的。响应测量值为：在此注意，￡测量值稍大于储存能量。
阻尼系数范围从0.00，0.014到0.018.这些测量值的变化由下述因素决定的。第，测量0800此频率范围内错板的阻尼；第二，在1400此频率范围内测定同铅板的阻尼；第王，在1400此频率范围内在铅板之间插人泡沫壁料衬垫后再测量阻尼。
通过方程1，对于每种情况的组数值，可应用于计算能量的总和。因为箱型结构包含顶部和底部两块板，每块板单独测量，然后加起来得到整个结构的数值。
正如所预计的那样，增加泡沫垫后增加了阻尼数值。相反的，增加频率范庭和更多响应峰值就会提高数值精确度。同时，内部矩形块的测量得到了比整板更精确的期望值。这就表明，靠近铅板四周边缘的加速度计响应加速度测量值受其边缘处反射波的影响。
4结论这些测试结果指出，小型激振器或小型激振器组可《用在实验室中《较少费用收集有关数据。响应加速度计的测点位置在显示频率模态的评价中也起着重要作用，这就提示了单测点位置的使用充其量也只是近似的，除非这个试验只是与先前试验作简单的比较研究，此时才可以使用相同的测点和相同的方式。
确定使用什么阻尼值会影喃到报告的结果。而且这些数值为0.013，0.014或0.0化时，按照5了的0 4782的标准，这些数宇都处在工业碌准所允许范围内。当然，0.013数值时给出的结果要比0.018的好得多。这是不奇怪的，因为0.013是在两倍于0.014和。18所确定频率带范围内非费合部件上得到的。这样，它具有较高的模态密度，因而具有较大数值，由此得出平均值。
在验证SEA的理论中，这项研究工作的另贡献就是能应用于产品试验。作为这项研究的具体应用，在箱型结构上所得到的数值指明了在包装系统中潜在的使用前景。而迭些系统中指的是这样类产品，那就是它们体积太大或价格昂贵，即不适合依据包装动力学进行损坏边界试验的那些产品。
(完)
鲁公网安备37030402001756
