随机振动试验4个域描述(1)
随机振动没有周期性,无规律可言,其波形在时间轴上无法数式化表示,不像正弦振动那样可以预测到下一步的运动状态。一般,振幅的概率密度函数近似符合正态分布(Normal Distribution)。假定:随机振动试验是平稳的各态历经(ergodic process)的正态分布。通过上述假定,我们可以通过数学统计和概率论的方法来加以描述随机振动,离开这个假定,随机振动试验无从谈起。一般随机振动可通过下面4个域进行描述。
***时域(平均值、均方值、方差)
(1)平均值μ:描述随机变量的平均状态,表示随机变量的位置特性。通常平均值为零,在随机振动试验中,基本上用不到。
式中,T为样本长度或采样周期(秒),x(t)表示幅值。
(2)均方值ψ2:表示试验能量的大小。其正平方根为有效值(rms),描述随机变量在平均值周围的集中程度。
(3)方差σ2:
其正平方根值为标准偏差值σ,即表示随机变量在平均值周围的分散性,或在平均值上下的波动大小。比如落在±1σ内的加速度分布情况为68.27%、落在±2σ内的加速度分布情况为95.45%、落在±3σ内的加速度分布情况为99.73%……。当平均值为零时,标准偏差等于有效值,在随机振动试验中也可表示有效幅值的大小。
以上三值从不同角度描述了随机振动幅值的统计参量。平均值μ反映随机振动幅值的静态分量(一般为零),方差σ2反映振动幅值的动态分量,由于ψ2 = μ2 + σ2,均方值ψ2即反映动态分量也反映静态分量,反映了随机振动中与能量有关的所有信息。
***幅值域(概率分布函数、概率密度函数)
由于随机振动是没有规则性,t秒后的振幅是无法确定的,但是可以通过概率来找到其规律性。如下图波形,振幅在X和X+ΔX之间的时间是可以统计出来的,也就是整个时间内的概率是
当T趋向于无穷大,ΔX趋向于零的时候,便可得到概率密度函数,该函数符合正态分布。
(1)概率分布函数P(x):是描述随机振动瞬时幅值低于某一特定值的概率,与幅值概率密度函数一起表示随机振动瞬时幅值大小的分布规律。一般用于对随机信号的分析和研究中,在随机振动试验中不常用。数学式,
(2)概率密度函数p(x):表示随机振动瞬时幅值落在某一区间内的概率。在随机振动试验中,此函数符合正态(高斯)分布。数学式,
当平均值μ=0,标准偏差σ=1时,该正态分布为标准正态分布。
数学式为,
概率分布曲线如下,
图中,P(x)是幅值x的函数,幅值小于x1的概率是P(x1),幅值趋近于正无穷大时,概率为1,趋近于负无穷大时,概率为0,即0≤P(x)≤1。
图中阴影面积即落在x和(x+Δx)之间的概率。
页:
[1]