冲击响应谱试验技术

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4.2.1 固定谐振频率试验装置 ................................................................................................................. 27
4.2.2 可调谐式试验装置 .......................................................................................................................... 28
1.4.2 等效损伤原则 ................................................................................................................................... 13
2 冲击响应谱的算法.........................................................
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冲击响应谱试验技术
1 冲击响应谱概述
1.1 引言 航空、航天、电子等行业产品在生产、运输等过程中 存在着各种冲击，而这对产品
的质量和可靠性有着很大的负面影响。为了解决这一问题，在此基础上产生并发展起了冲 击试验。经过一百多年的发展，冲击试验技术已经相当成熟了，它也在国防、民生等行业 发挥着不可替代的作用。然而传统的冲击试验 ，主要是以简单脉冲产生的冲击效果来模拟 实际的冲击环境， 这种方法有很大的局限性， 有被冲击响应谱规范试验技术所代替的趋势。 这主要表现在冲击响应谱较传统的冲击规范有如下几种合理性和优势：
负初始冲击响应谱(-I) 是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励 脉冲反方向上出现的最大值 amax (- I ) 与相应的系统固有频率 f n 的关系曲线。
负残余冲击响应谱(-R) 是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激励单自由度系统与 激励脉冲反方向上出现的最大响应值 amax (- R) 与相应的系统固有频率 fn 的关系曲线。
1.4 冲击试验的等效损伤原则 .................................................
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1.4.1 根据冲击响应谱进行试验确定 ....................................................................................................11
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1.2 冲击响应谱的定义........................................................
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1.3 冲击响应谱的特点及用途 ..................................................
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1.3.1 冲击响应谱的坐标系 ....................................................................................................................... 8
4.2.3 用跌落式冲击台进行冲击响应谱试验 ..................................................................................... 28
4.2.4 水平摆锤式冲击响应谱试验机 ................................................................................................... 30
冲击响应谱可通过试验测得，也可以通过计算求出半正弦波、后峰锯齿波、梯形波的 冲击波相应的各种冲击响应谱。图 5、图6、图7是国家标准的冲击试验方法中给出的无阻 尼单自由度系统的三种冲击响应谱。图 8给出了带有波纹的半正弦的冲击响应谱，图 9所示 的是两种波形冲击响应谱的比较。
从图4、5、6可以看出，与半正弦波相比，后峰锯齿波的残余谱在非常宽的频率范围 内才出现第一个零值，在相当宽的频带内与初始谱有相近的量值，而且相当平滑，这样的 频谱特性有利于改善冲击试验的再现性，且由于对称的原因有的专家建议，如用后峰锯齿
下面，通过一个简单的例子来看看两种冲击规范的区别： 【例 1】：图 1(a)给出了两个面积相等但波形不同的半正弦脉冲 (它们的速度变化相等 ) ， (b)给出了两个相同半正弦脉冲但其中之一叠有一极窄脉冲。单从时间历程上来看，很难得 出它们两组的区别。图 2 所示分别是两组曲线的冲击响应谱曲线，比较可知，冲击脉冲 A 对高频系统的危害较大，而 B 对低频系统的损伤势大；脉冲 C 和脉冲 D 虽时间历程峰值 相差很多，但由他们的冲击谱曲线易知除极高频外两者的损伤势是相同的。
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2.1 冲击响应谱数字分析中的参数选择 .........................................
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2.2 不同Q值间冲击响应谱的转换 .............................................
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3 冲击试验规范.............................................................
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冲击响应谱试验技术
形的比较
X
X
图 1 冲击波
图 2 与图 1 的冲击脉冲相应的冲击响应谱
由此可以看出，用冲击响应谱规范来描述系统的损伤势有更好的效果。 1.2 冲击响应谱的定义
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值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，以其响应峰值为纵坐标画成的曲 线。
Vmax 为冲击激励的最大速度响应值；
Dmax 为冲击激励的最大位移响应值。
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图8 带有波纹的半正弦脉冲的冲击响应谱
I —初始响应谱； R —残余响应谱
图9 后峰锯齿波的冲击谱与半正弦脉冲的冲击响应谱的比较
I —初始响应谱； R —残余响应谱 W —后峰锯齿波 300 m / s2 18ms ； X —半正弦波 196 m / s2 20ms ； Y —半正弦波 196 m / s2 8ms ； Z —半正弦波 196 m / s2 3ms ； 1.3 冲击响应谱的特点及用途 1.3.1 冲击响应谱的坐标系 对冲击响应谱曲线的描述， 随用途不同可以采用不同的坐标系。 IEC标准和国家标准中 给出了两种坐标系， 一是用 m / s2 - fn 坐标 系表述的冲击谱， 二是用ａmax/A—ｆnD坐标系描述的
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冲击响应谱试验技术
图中
图7 对称梯形脉冲的冲击响应谱（ A＝490m/s 2 ,D=11ms）
I —初始响应谱； R —残余响应谱
a(γ) = amax （归一化相应系数） A
γ= f nD （归一化频率
(1-1)
1 β= f / fn = 2γ( 激励频率和频率的比)
式中， amax 为加速度最大响应值； A 为激励脉冲幅度； D 为激励脉冲持续时间； fn 为
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4 冲击响应谱的试验方法 .....................................................
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4.1 振动台模拟.............................................................
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4.2 机械式撞击试验装置 .....................................................
3) 冲击响应谱是响应等效的，对产品的作用效果也等效，因此冲击响应谱模拟比规 定冲击脉冲来模拟更接近实际冲击环境；
4) 对于工程设计人员来说，通过冲击响应谱的分析，可以对设备各部件所承受的最 大动力载荷能够有比较准确的把握，从而预测出冲击潜在的破坏；同时还能提供给工程设 计人员一个比较灵活的技术，以确保试验的可重复性。
专题讲座
冲击响应谱试验技术
西北工业大学航天学院 吴斌
2009 年 4 月 20 日
目录
1 冲击响应谱概述............................................................
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1.1 引言....................................................................
1.3.2 冲击响应谱特点分析 ....................................................................................................................... 9
1.3.3 冲击响应谱的用途 ..................................................................................... 10
冲击响应谱
冲击激励波形
图 3 实际物理系统拆分成多个单自由度系统物理模型
冲击响应谱按响应峰值取法的不同可以分为三种： 1) 初始响应谱，简称“主谱” ； 它是取冲击作用时间内的相应峰值求得的冲击响应谱。 2) 剩余响应谱，简称“余谱” ； 它是取冲击激励结束后的相应峰值做出的冲击响应谱。 3) 最大响应谱，即主谱及余谱的包络谱；
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，原理如下图 3 所示。