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沖擊試驗與沖擊響應譜試驗

文章來源:蘇州市利邦振動科技有限公司公司網址:http://www.kcmil.com發表時間:2018/12/20
核心提示:什么是沖擊試驗,什么又是沖擊響應譜,本文簡單討論。產品在使用和運輸過程中所經受到的沖擊主要是由于車輛的緊急制動和撞擊、飛機的空投和墜撞(緊急迫降)、炮火的發射、化學能和核能的爆炸、導彈和高性能武器的點火分離和再入等所產生的。沖擊是一種很復雜的物理過程,具有連續的頻譜,但又是一個瞬態過程。產品受到沖擊后,其機械系統的運動狀態要發生突變并將產生瞬態沖擊響應。

什么是沖擊試驗,什么又是沖擊響應譜,本文簡單討論。產品在使用和運輸過程中所經受到的沖擊主要是由于車輛的緊急制動和撞擊、飛機的空投和墜撞(緊急迫降)、炮火的發射、化學能和核能的爆炸、導彈和高性能武器的點火分離和再入等所產生的。沖擊是一種很復雜的物理過程,具有連續的頻譜,但又是一個瞬態過程。產品受到沖擊后,其機械系統的運動狀態要發生突變并將產生瞬態沖擊響應。
1、沖擊試驗
通過對產品進行一系列的沖擊脈沖,來考驗產品受沖擊的能力,以檢驗產品的可靠性。描述沖擊,相應的特征參數有:脈沖類型,脈沖寬度和振幅,沖擊次數。
1)峰值加速度。峰值加速度的大小能直觀地反映出施加給產品的沖擊力的大小。由于產品的結構大都是線性系統,即使非線性系統,在應變不大的情況下,也可以看做線性系統。所以產品受沖擊后所產生的響應加速度與激勵加速度是成比例的,由此可見,一般情況下峰值加速度越大,對產品的破壞作用越大。
2)沖擊脈沖持續時間(D)。沖擊脈沖持續時間是指加速度保持在規定加速度波形上的時間間隔。沖擊脈沖持續時間對產品的影響很復雜,它對沖擊效果的影響與被試系統的固有周期T有關。對半正弦波,當D/T<0.3時;對梯形波D/T<0.2時;對后峰鋸齒波,D/T<0.5,在產品上所造成的響應加速度都隨著D/T比率的增加而增加,但最大不超過激勵脈沖本身的峰值加速度。
對半正弦波,當0.3≤D/T<3時;對梯形波0.2≤D/T<10時;對后峰鋸齒波,0.5≤D/T<1.2,在產品上所造成的響應加速度都將超過激勵脈沖的峰值加速度。
對半正弦波,當D/T>3時;對梯形波D/T>10時;對后峰鋸齒波,D/T>1.2時,在產品上所造成的響應加速度與激勵脈沖的峰值加速度相同。
從上面的敘述可知,對同一種脈沖,由于其持續時間不同,對相同的產品所造成的影響也不相同。
3)沖擊次數。由于沖擊主要考慮的是對產品極限強度的影響,而不是考慮累積損傷,所以無須對產品進行重復試驗,但是為了避免偶然性,也需要有一定的沖擊次數。一般規定在每方向上連續沖擊3次。
也可以這么形象的理解,沖擊試驗也可以叫做挨揍試驗,脈沖類型相當于施暴者出拳的類型,是少林的長拳,還是武當的太極拳,是上勾拳還是下勾拳,在沖擊試驗中,就是脈沖類型,也就是大家熟知的:半正弦波、前鋒鋸齒波、后峰鋸齒波、三角波、方波、梯形波還有方波。脈沖寬度就是作用時間,也就是單次挨揍的時間。振幅,則表征了沖擊的力道。振動試驗中的振幅,一般用加速度表示,也就是常說的多少G。泰森全盛時期一拳2300磅,也就是說他一拳能打出1035公斤的力。這里的單位不一樣,一個是加速度,一個是力。但情形是類似的,還是可以類比的。(摘自VR控制儀公眾號,寫的太形象了)

沖擊試驗
沖擊試驗模擬:應盡量采用現場實測數據,即在振動臺波形控制下直接復現現場實測的沖擊,但是要在實驗室直接復現現場沖擊是非常困難的。為了解決這個問題,采用的是等效損傷原理,即保證在實驗室內用標稱脈沖對產生進行沖擊所產生的故障、損壞、失效與現場所發生的故障、損壞、失效相一致。該方法稱為規定標稱沖擊脈沖波形法,常見沖擊脈沖波形有:半正弦波、后峰鋸齒波和梯形波。
1) 半正弦波
沖擊試驗模擬 半正弦波

2)后峰鋸齒波

沖擊試驗模擬 后峰鋸齒波


3) 梯形波

沖擊試驗模擬 梯形波


下面視頻為沖擊臺進行半正弦沖擊試驗。

下面視頻為沖擊臺進行半正弦沖擊試驗

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2、沖擊響應譜
沖擊響應譜是指一系列單自由度質量阻尼系統,當其公共基礎受到沖擊激勵時各單自由度系統產生的響應峰作為單自由度系統固有頻率的函數繪出的曲線。簡單來說就是在笛卡爾坐標系下以單自由度系統的固有頻率為橫坐標,以其響應峰為縱坐標畫成的曲線。一個實際的物理系統可以分解為多個不同的單自由度系統,對于每個單自由度系統進行沖擊響應分析計算,取系統響應的最大值,然后和它的固有頻率組成一個數據點,這樣分解成多少個單自由度系統就可以得到多少組數據點。最后將這些點加以合成,即可得整個系統的沖擊響應譜,原理示意圖如下圖所示。
沖擊響應譜

下面視頻是沖擊臺進行沖擊響應譜試驗

下面視頻是沖擊臺進行沖擊響應譜試驗

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沖擊響應譜計算:西門子LMSTest.lab軟件提供了沖擊響應譜計算的功能,如下圖所示。

沖擊響應譜計算


上圖SRS計算,需要設置頻率范圍,品質因子Q,品質因子是阻尼的另一種表現形式,本,本公眾號“單自由度振動系統及傳遞函數”文章有提到相關概念,品質因子Q與阻尼比的關系如下式所示。一般采用5%的阻尼比,即Q=10的品質因子,當品質因子≤5時,選擇1/3oct帶寬;當品質因子5-25時,選擇1/6oct帶寬;當品質因子≥25時,選擇1/12oct帶寬。

沖擊時域信號


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