多軸振動臺常用于模擬運輸、發射或服役環境中的復合振動。其核心任務之一，是把控振動波形。不同波形的機理、目的和判讀方法各不相同：
一、正弦波
正弦是最古老的試驗波形，數學上只有一個頻率分量，臺面像節拍器一樣往復。掃頻正弦以恒定加速度或恒定速度在20Hz-2kHz之間緩慢爬升，每十倍頻程停留足夠周期，使結構達到穩態。此時若控制點的響應幅值突然放大，Q值曲線出現尖峰，即可鎖定該方向的固有頻率和振型。掃頻結束后再回到該頻點做定頻耐久，在幾分鐘內累積上萬次循環，觀察焊縫裂紋或螺釘松脫。正弦試驗的優點是能量集中、信噪比高，可精確定位-3dB帶寬；缺點是只考察單一模態，對多軸耦合、阻尼非線性等效應覆蓋不足。
二、隨機波
隨機波用功率譜密度（PSD，單位g²/Hz）描述能量在頻域的分布，波形看起來像一團噪聲，卻暗藏統計規律。試驗前，根據公路譜、機載譜或航天發射段實測數據，繪制目標譜包絡。控制儀以1-3kHz的采樣率實時計算反饋譜，通過逆FFT生成時域驅動信號，并附加相位隨機化防止周期性。隨機試驗能在一次運行中同時激勵幾十階模態，暴露出螺釘微動磨損、PCB焊球疲勞等“多頻并發”故障。評判指標包括：總RMS值、峭度（＞3預示尖峰過強）、峰值因子（crest factor）以及10分鐘內的3σ以上穿越次數。由于能量分散，隨機試驗需更大推力與散熱，但試驗時間可比正弦縮短一半。
三、沖擊與混合波形
沖擊波形（如半正弦、后峰鋸齒、梯形）用于模擬爆炸分離、艦載炮擊或汽車碰撞。它持續僅0.5-11ms，卻產生上千g峰值。多軸臺通過壓縮空氣或彈性儲能瞬間釋放，實現六自由度同步沖擊。近年來，為了兼顧“真實+強化”，出現正弦加隨機（SOR）、隨機加沖擊等混合模式：先在30-500Hz鋪底隨機譜，再疊加±3dB的掃頻正弦，或在隨機運行中每隔30s插入一次100g沖擊，模擬火箭跨級分離時的“雜訊+瞬態”耦合。這種波形對控制算法提出更高要求——必須兼顧窄帶正弦的穩態誤差與寬帶隨機的統計收斂，常用自適應notch濾波+PSD閉環更新的復合策略。
四、波形選擇的工程邏輯
1.研發初期：單軸正弦掃頻，快速獲得模態數據庫。
2.設計驗證：三軸隨機，按規定加載，覆蓋運輸與服役。
3.極限摸底：六自由度隨機疊加沖擊，找出安全裕度。
4.產線抽檢：窄帶隨機+定頻正弦，縮短節拍同時保持檢出率。
五、判讀與迭代
試驗結束并不畫句號。工程師把控制譜、響應譜、應變/加速度時程一并導入疲勞軟件，基于Miner或頻域Dirlik法計算損傷等效。若某頻段損傷貢獻＞60%，下次試驗可提高該頻段的PSD或正弦幅值，直至裂紋出現，從而反推設計薄弱點并優化加強筋、阻尼墊或螺釘扭矩。
從單頻掃描到全譜復現，多軸振動臺的波形演變，正是一部“由簡到繁、再由繁到精”的結構體檢史。每一次波形迭代，都在讓未來的飛機、高鐵、衛星，在真實世界的驚濤駭浪中，多一分從容。
更新時間：2025-07-30
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