实验室力学与热学环境试验技术

　　《实验室力学与热学环境试验技术》主要针对力学和热学类实验室环境试验，对其基本方法、实用技术及相关知识进行了系统介绍。主要内容包括：装备环境工程及环境试验的基本知识，加速度、振动、噪声、冲击、温度等常用的单因素环境试验技术以及典型的多因素综合环境试验技术，环境试验测试技术基础，动力学环境数据采集、处理及环境条件预示技术，环境试验通用要求等。*后对装备环境工程和环境试验的发展趋势进行了展望，并附上环境试验常用概念和相关术语供读者学习和查阅。

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目录
第1章 概述 1
1.1 装备环境及效应 1
1.1.1 装备环境 1
1.1.2 装备环境效应 2
1.2 装备环境工程 2
1.2.1 定义及主要工作项目 2
1.2.2 发展沿革 3
1.3 装备环境试验 5
1.3.1 自然环境试验 6
1.3.2 使用环境试验 7
1.3.3 实验室环境试验 7
1.4 环境试验与可靠性试验、安全性试验的关系 8
1.4.1 环境试验与可靠性试验 8
1.4.2 环境试验与安全性试验 9
参考文献 10
第2章 加速度试验技术 11
2.1 加速度环境 11
2.1.1 来源及表征 11
2.1.2 加速度环境效应 12
2.2 加速度试验的静力学基础 12
2.2.1 材料的强度极限与屈服极限 12
2.2.2 强度理论 13
2.2.3 结构静力学数值模拟 14
2.3 加速度环境试验条件 15
2.3.1 恒定加速度试验条件确定方法 16
2.3.2 变加速度试验条件确定方法 17
2.4 加速度试验的加载设备与技术 17
2.4.1 离心机 18
2.4.2 火箭橇 21
2.5 加速度试验的夹具设计技术 22
2.5.1 夹具的设计技术 22
2.5.2 夹具的质量控制 23
2.6 加速度试验应关注的几个问题 24
2.6.1 加速度梯度和允差要求 24
2.6.2 离心机的转臂平衡要求 24
2.6.3 试件在离心机上的试验方向约定 25
2.6.4 离心机转速计算 25
2.7 加速度试验技术的发展趋势 25
参考文献 28
第3章 振动试验技术 30
3.1 振动环境的来源 30
3.2 振动试验的振动力学基础 30
3.2.1 概述 30
3.2.2 受迫振动 31
3.2.3 随机振动 33
3.2.4 振动隔离 33
3.2.5 振动数值模拟案例 34
3.3 振动环境的效应 36
3.3.1 疲劳破坏 36
3.3.2 峰值破坏 39
3.4 振动环境的表征 39
3.4.1 随机振动 39
3.4.2 正弦振动 41
3.5 振动环境试验条件 41
3.5.1 公路运输振动试验条件确定方法 41
3.5.2 喷气式飞机外挂物振动试验条件确定方法 42
3.5.3 再入飞行振动试验条件确定方法 45
3.5.4 复杂装备的组件振动试验条件确定方法 48
3.6 振动试验的加载设备与技术 49
3.6.1 液压振动台 49
3.6.2 电动振动台 53
3.6.3 水平滑台 55
3.6.4 振动控制器 57
3.6.5 振动试验加载设备的选用与配置 58
3.7 振动试验夹具的设计原则与方法 59
3.7.1 振动试验夹具的典型结构形式 59
3.7.2 振动试验夹具设计制造的基本原则 60
3.7.3 振动试验夹具优化设计 62
3.7.4 动态特性设计的再讨论——共振频率*大化原则 65
3.7.5 更复杂问题的设计实例——基于响应分布规律模拟的夹具设计 67
3.8 振动试验应关注的几个问题 68
3.8.1 控制方法选择 68
3.8.2 试验允差要求 69
3.9 振动试验技术的发展趋势 71
参考文献 75
第4章 噪声试验技术 78
4.1 噪声环境来源 78
4.1.1 机械旋转 78
4.1.2 机械摩擦 78
4.1.3 冲击 78
4.1.4 高速流动 79
4.2 噪声传播的线性波动方程 79
4.3 噪声环境的表征 81
4.3.1 声速 81
4.3.2 声压与声压级 81
4.3.3 声功率与声功率级 82
4.4 噪声环境效应 82
4.5 噪声环境试验条件 83
4.5.1 发动机喷流噪声预示 83
4.5.2 气动噪声预示 84
4.5.3 航天器内噪声预示 85
4.6 噪声试验设备 85
4.6.1 声源 86
4.6.2 声场 87
4.6.3 声场测量仪器 88
4.7 噪声试验应关注的几个问题 89
4.7.1 试验方法和设备的选用 89
4.7.2 试件的安装 90
4.7.3 声场测量 90
4.7.4 试验控制及允差要求 91
4.7.5 试验中断 91
4.8 噪声试验技术的发展趋势 92
参考文献 94
第5章 冲击试验技术 96
5.1 冲击环境的来源及效应 96
5.2 冲击试验的冲击动力学基础 96
5.2.1 冲击动力学的特点 96
5.2.2 应力波传播 97
5.2.3 材料的动态响应 98
5.2.4 冲击载荷的数值模拟 99
5.3 冲击环境的表征 100
5.3.1 时域表征 100
5.3.2 频域表征 101
5.4 冲击环境试验条件 103
5.4.1 爆炸分离冲击环境 104
5.4.2 运输冲击环境 108
5.5 冲击试验的加载设备与技术 109
5.5.1 跌落式冲击机 109
5.5.2 电动振动台 114
5.5.3 冲击谱试验机 114
5.5.4 火工装置 115
5.5.5 几种冲击加载技术的比较 116
5.6 冲击试验夹具设计方法 117
5.6.1 冲击试验夹具设计的基本方法 117
5.6.2 冲击试验夹具的优化设计方法与实例 118
5.7 冲击试验应关注的几个问题 121
5.7.1 冲击试验方法的选用 121
5.7.2 加速度测试系统的频响要求 122
5.7.3 试验允差 123
5.7.4 试验中断 125
5.8 冲击试验技术发展趋势 126
参考文献 128
第6章 温度试验技术 130
6.1 温度环境的来源 130
6.1.1 大气层内温度环境 130
6.1.2 大气层外辐射换热环境 131
6.1.3 气动加热环境 132
6.2 温度试验的传热学基础 133
6.2.1 导热 133
6.2.2 对流 136
6.2.3 热辐射 139
6.3 温度环境的效应和表征 142
6.4 温度环境试验条件 143
6.4.1 极值温度 143
6.4.2 贮存高低温 144
6.4.3 工作高低温 146
6.4.4 温度冲击 146
6.5 温度试验的加载设备与技术 147
6.5.1 温度试验箱的基本构成 148
6.5.2 温度试验箱的主要技术指标 150
6.6 温度环境试验的夹具设计技术 151
6.7 温度试验应关注的几个问题 152
6.7.1 温度试验箱的选用 152
6.7.2 温度稳定及其判定 153
6.7.3 温度设定 154
6.7.4 试验持续时间 154
6.7.5 试验允差 155
6.7.6 试验中断与处理 155
6.8 温度试验技术发展趋势 157
参考文献 158
第7章 典型综合环境试验技术 160
7.1 概述 160
7.2 温度-湿度综合试验技术 161
7.2.1 概述 161
7.2.2 湿热环境效应 161
7.2.3 湿热试验技术 162
7.2.4 湿热试验的测试 163
7.3 温度-振动综合试验技术 163
7.3.1 概述 163
7.3.2 温度-振动综合试验的加载设备与技术 164
7.3.3 温度-振动综合试验的测试技术 168
7.4 加速度-振动综合试验技术 169
7.4.1 概述 169
7.4.2 加速度-振动综合试验的加载设备与技术 170
7.4.3 加速度-振动综合试验的测试技术 176
7.5 加速度-气动力综合试验技术 176
7.5.1 概述 176
7.5.2 加速度-气动力综合试验的加载设备与技术 177
7.5.3 加速度-气动力综合试验的测试技术 178
参考文献 178
第8章 环境试验测试技术基础 181
8.1 概述 181
8.2 测试系统的一般构成 182
8.3 环境试验中常用的传感器 183
8.3.1 加速度传感器 184
8.3.2 应变传感器 189
8.3.3 位移传感器 193
8.3.4 温度传感器 195
8.3.5 声传感器 198
8.4 信号转换与调理 199
8.4.1 电桥 199
8.4.2 电荷放大器 202
8.4.3 调制与解调器 204
8.4.4 滤波器 209
8.4.5 常见的信号转换与调理集成仪器 212
8.5 数据的采集、显示与存储 215
8.5.1 模拟/数字转换(A/D转换) 215
8.5.2 信号显示与存储 216
8.6 其他测试技术简介 217
8.7 环境试验测试的基本流程与注意事项 220
8.7.1 环境试验测试的基本流程 220
8.7.2 环境试验测试的注意事项 220
参考文献 223
第9章 动力学环境数据采集、处理及环境条件预示技术 225
9.1 动力学数据采集 225
9.1.1 频率混叠的消除——采样定理 225
9.1.2 频率泄漏的抑制——加窗处理 227
9.2 动力学数据处理基本流程 229
9.3 数据预处理 231
9.3.1 不合理点的辨识与处理 231
9.3.2 虚假趋势的辨识与处理 231
9.3.3 信号削峰的辨识与处理 232
9.3.4 过大噪声的辨识与处理 233
9.3.5 信号断续丢失的处理 233
9.3.6 数据检验与分离 233
9.4 随机数据的统计特征 234
9.4.1 均值、方差和均方值 234
9.4.2 概率密度函数 234
9.4.3 自相关函数和互相关函数 235
9.4.4 傅里叶变换、傅里叶谱(FS)和能量密度谱(ESD) 236
9.4.5 功率谱密度 237
9.4.6 自能量谱和互能量谱 239
9.4.7 相干函数 239
9.4.8 频率响应函数 239
9.5 动力学环境条件预示 239
9.5.1 正态分布参数上限统计估计 240
9.5.2 非参数上限统计估计 241
9.5.3 容差上限参数的选择 243
9.5.4 简化统计模型 244
参考文献 245
第10章 环境试验通用要求 246
10.1 试验剪裁 246
10.2 试验条件及允差 247
10.3 试验顺序 248
10.3.1 标准要求 249
10.3.2 顺序策略 249
10.4 试验中断 250
10.4.1 允差内中断 250
10.4.2 允差外中断 251
10.4.3 故障导致的中断 251
10.4.4 计划中断 251
10.5 失效