工程技术领域中，振动现象比比皆是。从大的方面来看，振动现象又可分为确定性振动和随机振动（非确定性振动）两大类。产品在运输和实际使用中遇到的振动，很多都是随机振动。如车辆行驶在颠簸路面引起的随机振动，地震对房屋结构的随机激励等。因此，随机振动试验在产品的耐振性能测试中起着至关重要的作用。
今天我们就以VENZO 880振动控制器的随机试验模块为基础，一起来了解随机试验，希望通过本文的介绍，能给大家在工作和学习中提供一些有意义的参考！
PART1 随机振动的介绍
随机振动一般指的不是单个现象，而是大量现象的集合。这些现象似乎是杂乱的，但从总体上看仍有一定的统计规律。因此，随机振动虽然不能用确定性函数描述，却能用统计特性来描述。
随机振动过程明显的特点就是非周期性，瞬时值无法预估。但它表现出的统计规律性，使得我们可通过统计方法来处理和分析随机信号。
随机振动过程有平稳和非平稳的，有各态历经和非各态历经的，有正态分布和非正态分布的。随机振动试验中，通常都是平稳、各态历经、正态分布的随机信号。所以以下的描述都是基于这三个特点的随机信号来进行说明。
下面我们从以下几个角度来认识随机振动：
√ 时域
1）平均值
它描述的是一组随机振动数据的平均值大小，在随机振动试验中，通常平均值接近于0。其数学表达式为：
2）有效值
它表征的是一组随机振动数据的能量大小。在随机振动试验中，由于平均值接近于0，所以有效值约等于标准偏差。其数学表达式为：
√ 幅值域
1）概率密度
幅值的概率密度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，幅值的概率密度曲线为正态分布曲线，概率密度曲线下的面积为1。下图X轴为峰值因子（随机信号有效值的倍数）。可以看出，瞬时幅值在-2倍有效值到-1倍有效值之间的概率，就是那个灰色条纹部分的面积。
同时，我们也可以看出，绝大部分的瞬时幅值落在-3倍到3倍有效值之间。所以随机大量级试验时，如果需进行sigma剪切，一般以3倍有效值作为剪切标准，以保证随机数据的有效性。
√ 频域
1）自功率谱密度
数学上定义，它是随机信号自相关函数信号的傅立叶变换；物理上定义，它是随机信号在通过理想单位带宽带通滤波器之后信号的能量。而从工程上定义，它是时域数据FFT绝对值平方除以2再除以频率分辨率，再取谱平均。
如下图自功率谱密度曲线中，△f频率段的能量值是该频率段的面积S，当△f趋近于0时，面积S除以△f就是该频率点的自功率谱密度。
加速度自功率谱密度单位一般为g²/Hz或m²/s⁴/Hz，由于1g=9.80665m/s²，所以两者的转换关系为1g²/Hz=96.17m²/s⁴/Hz。
2）频谱
频谱信号，也就是我们常说的FFT信号。它是时域信号的傅立叶变换，随机信号的频谱是在频率域中对其能量分布的一种描述。如图所示，随机信号在当前时刻，频率50Hz处的加速度值为0.1795g。
PART2 随机试验条件和容差
√ 试验条件
随机振动试验条件包括试验频率范围、加速度均方根值、加速度谱密度的谱型及试验持续时间。
1）试验频率范围
试验频率范围的最低频率一般为1Hz、2Hz、5Hz、10Hz、20Hz，少数试验的最低频率会选取50Hz、100Hz等。试验频率范围的最高频率一般有100Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz，部分试验的最高频率会选取20Hz、50Hz、5000Hz等。
具体的频率设置时，需要我们根据试验标准或者相关的试验要求的说明来进行判断。
2）加速度均方根值
随机试验的加速度均方根值就是我们常说的随机谱图有效值，有效值的平方是加速度自功率谱密度谱图在试验频率范围内面积的积分。随机试验过程中，有效值应在目标有效值的附近上下浮动，且不能超出相应的容差范围。根据加速度有效值，我们也可以推算出试验所需的推力或根据试验件的质量、体积等进行振动台选型。
3）加速度谱密度的谱型
加速度自功率谱密度谱图的谱型一般包含上升、下降、平直段，如图所示。也有些谱图仅包含上升、平直段，或下降、平直段，或只有平直段。对于试验人员来说，应根据试验项目的随机试验标准设置正确的谱型。
4）试验持续时间
随机试验持续时间应由相关的试验标准或测试规范给出，一般以分钟或小时作为单位。
√ 试验容差
自功率谱密度曲线的示值容差一般以dB或%作为容差单位。如在试验频段内，示值报警容差为±3dB，中断容差为±6dB。
有效值容差的单位可设置为dB或者g。如有效值报警容差为±2.5dB，中断容差为±5dB。
PART3 随机试验案例
VENZO 880振动控制器软件的随机模块可满足国军标、国标、国际标准、产品行业标准等标准的试验需求。下面我们进行一个随机试验的案例：
□ 某乘用车车轮的随机试验
√ 试验目的：
检验试验件因受振动导致的失效和损坏。非弹性体的振动是在粗略路面行驶引起的随机振动。本试验引起的主要失效是由疲劳造成的损坏。
√ 试验条件：
根据GB-T 28046.3-20114.1.2.5的试验要求，试验件在每个轴向的试验持续时间为8小时。加速度均方根值为107.3m/s²。自功率谱密度和频率如下方图表所示。
√ 试验要求：
试验结束后，试验件不允许出现损坏。在GB-T 28046.1定义的工作模式3.2下达到功能状态A，其他工作模式下达到功能状态C。现对某汽车车轮进行Z向的随机试验。
传感器使用电荷传感器，灵敏度为9.5pC/m/s²，通道编辑如下图所示：
对随机谱进行设置，根据试验条件的图表设置频率和对应的自功率谱密度值即可，如下图所示：
对计划表进行设置，试验时间8小时，如下图所示。
确认硬件设备及线缆连接正确，即开始试验，试验运行曲线如下图所示。
