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冲击试验与冲击响应谱试验

文章来源:苏州市利邦振动科技有限公司公司网址:http://www.agrmj.com发表时间:2018-12-20
核心提示:什么是冲击试验,什么又是冲击响应谱,本文简单讨论。产品在使用和运输过程中所经受到的冲击主要是由于车辆的紧急制动和撞击、飞机的空投和坠撞(紧急迫降)、炮火的发射、化学能和核能的爆炸、导弹和高性能武器的点火分离和再入等所产生的。冲击是一种很复杂的物理过程,具有连续的频谱,但又是一个瞬态过程。产品受到冲击后,其机械系统的运动状态要发生突变并将产生瞬态冲击响应。

什么是冲击试验,什么又是冲击响应谱,本文简单讨论。产品在使用和运输过程中所经受到的冲击主要是由于车辆的紧急制动和撞击、飞机的空投和坠撞(紧急迫降)、炮火的发射、化学能和核能的爆炸、导弹和高性能武器的点火分离和再入等所产生的。冲击是一种很复杂的物理过程,具有连续的频谱,但又是一个瞬态过程。产品受到冲击后,其机械系统的运动状态要发生突变并将产生瞬态冲击响应。
1、冲击试验
通过对产品进行一系列的冲击脉冲,来考验产品受冲击的能力,以检验产品的可靠性。描述冲击,相应的特征参数有:脉冲类型,脉冲宽度和振幅,冲击次数。
1)峰值加速度。峰值加速度的大小能直观地反映出施加给产品的冲击力的大小。由于产品的结构大都是线性系统,即使非线性系统,在应变不大的情况下,也可以看做线性系统。所以产品受冲击后所产生的响应加速度与激励加速度是成比例的,由此可见,一般情况下峰值加速度越大,对产品的破坏作用越大。
2)冲击脉冲持续时间(D)。冲击脉冲持续时间是指加速度保持在规定加速度波形上的时间间隔。冲击脉冲持续时间对产品的影响很复杂,它对冲击效果的影响与被试系统的固有周期T有关。对半正弦波,当D/T<0.3时;对梯形波D/T<0.2时;对后峰锯齿波,D/T<0.5,在产品上所造成的响应加速度都随着D/T比率的增加而增加,但最大不超过激励脉冲本身的峰值加速度。
对半正弦波,当0.3≤D/T<3时;对梯形波0.2≤D/T<10时;对后峰锯齿波,0.5≤D/T<1.2,在产品上所造成的响应加速度都将超过激励脉冲的峰值加速度。
对半正弦波,当D/T>3时;对梯形波D/T>10时;对后峰锯齿波,D/T>1.2时,在产品上所造成的响应加速度与激励脉冲的峰值加速度相同。
从上面的叙述可知,对同一种脉冲,由于其持续时间不同,对相同的产品所造成的影响也不相同。
3)冲击次数。由于冲击主要考虑的是对产品极限强度的影响,而不是考虑累积损伤,所以无须对产品进行重复试验,但是为了避免偶然性,也需要有一定的冲击次数。一般规定在每方向上连续冲击3次。
也可以这么形象的理解,冲击试验也可以叫做挨揍试验,脉冲类型相当于施暴者出拳的类型,是少林的长拳,还是武当的太极拳,是上勾拳还是下勾拳,在冲击试验中,就是脉冲类型,也就是大家熟知的:半正弦波、前锋锯齿波、后峰锯齿波、三角波、方波、梯形波还有方波。脉冲宽度就是作用时间,也就是单次挨揍的时间。振幅,则表征了冲击的力道。振动试验中的振幅,一般用加速度表示,也就是常说的多少G。泰森全盛时期一拳2300磅,也就是说他一拳能打出1035公斤的力。这里的单位不一样,一个是加速度,一个是力。但情形是类似的,还是可以类比的。(摘自VR控制仪公众号,写的太形象了)

冲击试验
冲击试验模拟:应尽量采用现场实测数据,即在振动台波形控制下直接复现现场实测的冲击,但是要在实验室直接复现现场冲击是非常困难的。为了解决这个问题,采用的是等效损伤原理,即保证在实验室内用标称脉冲对产生进行冲击所产生的故障、损坏、失效与现场所发生的故障、损坏、失效相一致。该方法称为规定标称冲击脉冲波形法,常见冲击脉冲波形有:半正弦波、后峰锯齿波和梯形波。
1) 半正弦波
冲击试验模拟 半正弦波

2)后峰锯齿波

冲击试验模拟 后峰锯齿波


3) 梯形波

冲击试验模拟 梯形波


下面视频为冲击台进行半正弦冲击试验。

下面视频为冲击台进行半正弦冲击试验

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2、冲击响应谱
冲击响应谱是指一系列单自由度质量阻尼系统,当其公共基础受到冲击激励时各单自由度系统产生的响应峰作为单自由度系统固有频率的函数绘出的曲线。简单来说就是在笛卡尔坐标系下以单自由度系统的固有频率为横坐标,以其响应峰为纵坐标画成的曲线。一个实际的物理系统可以分解为多个不同的单自由度系统,对于每个单自由度系统进行冲击响应分析计算,取系统响应的最大值,然后和它的固有频率组成一个数据点,这样分解成多少个单自由度系统就可以得到多少组数据点。最后将这些点加以合成,即可得整个系统的冲击响应谱,原理示意图如下图所示。
冲击响应谱

下面视频是冲击台进行冲击响应谱试验

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冲击响应谱计算:西门子LMSTest.lab软件提供了冲击响应谱计算的功能,如下图所示。

冲击响应谱计算


上图SRS计算,需要设置频率范围,品质因子Q,品质因子是阻尼的另一种表现形式,本,本公众号“单自由度振动系统及传递函数”文章有提到相关概念,品质因子Q与阻尼比的关系如下式所示。一般采用5%的阻尼比,即Q=10的品质因子,当品质因子≤5时,选择1/3oct带宽;当品质因子5-25时,选择1/6oct带宽;当品质因子≥25时,选择1/12oct带宽。

冲击时域信号


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