可靠性强化试验技术日益受到国内外可靠性工程领域的普遍关注,该技术的应用与推广离不开相关试验平台的支撑,目前气动式振动台是该技术的主要支撑平台之一。与常规电动振动台相比,气动式振动台的主要优点在于能够产生一种超高斯幅值分布的宽带随机振动激励,但是其振动激励的能谱特性存在缺陷,限制了该类设备在振动强化试验中的应用。因此,为了提升气动式振动台的振动试验能力,开展该类设备振动激励能谱优化研究已成为目前可靠性工程领域亟待解决的课题之一。针对气动式振动台振动激励的中低频能量较低的缺陷,本文从分析影响该类设备振动激励的主要因素出发,结合工程实际提出了其振动激励的优化目标。在此基础上,通过运用线性系统理论描述和分析该类设备振动激励的能谱优化问题,进一步明确了振动激励能谱优化的关键要素:气锤产生原始激励信号的机理、气锤动力优化设计、台板振动信号的响应机理、台板动力优化设计。主要研究内容与结论如下:1.针对气锤产生原始激励信号的问题,分析了气锤的工作原理,建立了气锤的力学模型,根据碰撞动力学理论推导了气锤产生的碰撞信号的解析表达式,通过理论分析、工程实验和数值仿真,提出了一种生成原始激励信号的方法,揭示了气锤产生原始激励信号的机理,为气锤动力优化设计研究奠定了理论基础。2.基于气锤产生原始激励信号的机理分析,从评价两种常见气锤的中低频性能出发,分析了气锤产生的原始激励信号与碰撞信号的中低频能量之间关系,分别采用数值计算和解析计算,揭示了气锤产生的原始激励信号的中低频能量随气锤设计参数变化规律,据此提出了气锤动力优化设计指导原则。3.针对台板振动信号的响应问题,建立了台板的振动力学模型,结合实际气锤产生的原始激励信号,针对传统力学分析方法在计算台板动力学响应时暴露出来的不足,提出了一种基于传递函数和叠加法的台板动力学响应分析新方法,揭示了台板振动信号的响应机理,为台板动力优化设计研究提供了理论支撑。仿真与实验研究表明:本文的台板动力学响应分析新方法与传统力学分析方法相比具有更高精度和更高效率。4.基于台板振动信号的响应机理分析,根据线性系统理论建立了气动式振动台的动力学模型,从分析台板固有频率和阻尼对动力学模型的中低频传递特性影响出发,确立了以夹层台板为主的台板动力优化设计思路,提出了夹层台板动力优化设计方法并设计了夹层台板,进一步采用有限元仿真研究了台板及外部几何约束的动力优化设计,据此提出了台板及外部几何约束动力优化设计指导原则。5.依托自研和引进的振动试验平台,通过对比由不同气锤和台板组成的振动台振动激励的能谱特性和幅值分布特性,验证了本文提出的气锤和台板动力优化设计指导原则的有效性,并以某模块级电子产品为对象进行了振动强化对比试验,进一步验证了气锤和台板经动力优化设计的自研振动台的效率优势。总之,本文紧紧围绕“气动式振动台振动激励能谱优化”这一目标,以“气锤产生原始激励信号的机理”、“台板振动信号的响应机理”以及“气锤和台板动力优化设计”为主要内容开展了一系列研究,研究方法与结论对促进气动式振动台的总体动力优化设计,进而提升该类设备的振动试验能力具有理论指导意义与工程应用价值。