srs 冲击响应谱计算方法
基于LabVIEW的冲击响应谱试验测量系统研制
基于LabVIEW的冲击响应谱试验测量系统研制罗纪; 沈志强; 焦安超; 王磊【期刊名称】《《环境技术》》【年(卷),期】2019(000)0z2【总页数】5页(P47-51)【关键词】冲击响应谱环境试验; LabVIEW【作者】罗纪; 沈志强; 焦安超; 王磊【作者单位】北京卫星环境工程研究所北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V416.2引言冲击试验是环境与可靠性试验的一种,其目的是验证受试产品在运行过程中耐受冲击作用的能力。
传统的冲击试验,是以简单脉冲产生的冲击效果进行实际冲击环境的模拟。
这种方法很大的局限性,与真实的冲击环境存在较大差异,同时会损坏试验设备的减震装置。
冲击响应谱试验技术采用冲击载荷作用在系统上的响应来衡量冲击作用的效果,可以十分科学,合理的描述试验条件[1-2]。
本文在对冲击响应谱试验的原理及算法充分研究的基础上,以NI数据采集系统硬件为基础,利用Lab-VIEW编程语言开发了一套基于LabVIEW的冲击响应谱测试系统。
1 冲击响应谱的原理及计算方法冲击响应谱(SRS)通常又称“冲击谱”,是指将实际的物理系统分解成一系列线性的、相互独立的、单自由度的质量弹簧系统,当其公共基础受到冲击激励时,对每个单自由度系统进行冲击响应分析计算,得到响应最大值,和其对应的固有频率组成函数响应曲线[3-5]。
图1 冲击响应谱计算模型从对冲击响应谱的定义中不难发现,在冲击响应谱的计算过程中首先要进行冲击响应的计算,来自外界的输入施加到系统上时必将会产生相应的输出即系统的响应,在输入已知或事先给定的情况下,计算系统的输出首先需要知道的就是系统的模型,也就是结构动力学方程。
设单自由度系统的物理模型如图2所示。
单自由度系统的数学方程为:其中m、c、k分别为系统的质量、阻尼和刚度。
设代入式(1)可得:其中和分别表示系统的固有频率和阻尼比。
方程的通解为:上式为位移响应与时间t和固有频率fn的关系式,表示为X(t,fn),一般的冲击响应谱用加速度响应和频率的关系式进行表示,对上面的式求二阶导数后表示为冲击响应谱计算过程如下:假设冲击脉冲的持续时间为t∈(ta,tb),其中ta,tb分别是系统受到冲击激振作用的起始和结束时刻;分析的固有频率fn∈(fn,fm),其中fn、fm分别表示分析频率的上下限。
液体火箭发动机冲击响应谱分析计算方法
为 x ( t) . 一般情况下 , 冲击加速度的测量比较容易 实现 , 因此当基础受到加速度作用时 , 质量块 m 的 运动方程可表示为
mx + cx + kx = ku ( t) + cu ( t)
.. . ..
( 1)
. 因此了解发动机工作状态下的
冲击特性 ,制定相应的抗冲击策略 , 直接关系到全 箭的结构可靠性 . 冲击响应谱在结构分析方面的用 途主要用来衡量冲击作用的效果 ,估计冲击对结构 的损伤势 [ 3 ] . 根据冲击响应谱 , 可以计算在特定冲 击作用下发动机结构零件的强度和发动机自身的 安全性 . 某新型大推力液体火箭发动机在地面试验 过程中 ,测得了全程段的时域数据 , 因测试软件功 能所限 ,不能进行冲击响应谱分析 . 基于此 ,文中从 冲击响应谱概念着手 , 基于 Matlab 软件包开发了 冲击响应谱分析软件 , 力图快速 、 方便的对液体火 箭发动机地面试验数据进行冲击响应谱分析 ,为地 面试验数据的深入分析提供辅助手段 .
3 发动机地面试验冲击响应谱计算
在对某型液体火箭发动机多次地面试验时域 数据进行分析时 ,发现燃气发生器点火时所测的冲 击响应均较大 . 考虑到发动机自身的安全性 , 以及 该启动冲击对全箭结构的影响 ,有必要对发生器启 动冲击进行冲击响应谱分析 . 因发动机地面试验数据采集软件功能所限 ,不 能进行冲击响应谱分析 ,因此地面试验结束后对所 采集的时域数据利用文中开发的 Vibsr s 冲击响应 谱分析软件进行计算 ,所得计算结果导出为 t xt 文 文中件供深入分析地面试验数据时参考 . 考虑到篇 幅所限 ,只给出燃气发生器上一个三向加速度传感 器所测的发生器启动时的冲击响应谱分析结果 . 图 3~5 分别为轴向 、 径向 、 切向加速度传感器所测的 冲击响应及利用 Vibsr s 计算得到的最大冲击响应 谱 . 计算过程中时间范围根据冲击响应的时域图形 给定 ,频率范围选择为 0. 1 ~ 10 k Hz , 其他选项采
DDAM与SRS对舰船甲板设备抗冲击考核对比研究
DDAM与SRS对舰船甲板设备抗冲击考核对比研究DDAM(Dynamic Design Analysis Method)与SRS(Shock Response Spectrum)是目前常用的船舶结构抗冲击设计方法,都被广泛应用于舰船甲板设备抗冲击考核中。
本文将就此进行对比研究。
DDAM是一种基于动力学分析的结构抗冲击设计方法,它通过模拟结构在冲击载荷作用下的动态响应,进而评估结构的抗冲击能力。
该方法考虑了结构的固有振动频率、弹性特性、动力响应等因素,能够更加准确地评估结构的抗冲击能力。
而SRS则是基于谱分析的结构抗冲击设计方法,它根据对输入冲击载荷信号进行谱分析得到的冲击响应谱,评估结构的抗冲击能力。
该方法同样需要考虑结构的固有振动频率,但较DDAM更加简化,能够更快速地对结构进行抗冲击分析。
对比DDAM与SRS的应用情况,DDAM多用于复杂结构的抗冲击设计和评价,例如构件间有连锁反应的结构、存在难以考虑的非线性因素等。
而SRS则多用于简单结构的抗冲击设计和评价,例如单一支座的设备、简单钢结构等。
在舰船甲板设备抗冲击考核中,通常需要考虑的因素包括机械冲击、爆炸冲击、水波冲击等。
对于较为复杂的抗冲击设计,DDAM应用更为广泛,能够更全面地考虑各种因素对舰船结构产生的影响,更准确地评估设备的抗冲击能力。
而在对简单设备进行抗冲击考核时,SRS则更为适用,能够更快速地得到准确的评估结果,减少时间和成本的消耗。
虽然DDAM和SRS在舰船甲板设备抗冲击考核中各有优缺点,但都是目前最为成熟的抗冲击设计方法,能够为舰船结构的安全保障提供重要的技术保障。
未来随着技术的不断发展,人们对于舰船结构抗冲击技术的研究将会越来越深入,相信DDAM和SRS在此方面的应用前景也将更加广阔。
为了更加深入地探究DDAM与SRS两种抗冲击设计方法的比较,我们可以通过列出相关数据并进行分析,从而更好地说明它们各自的优缺点。
首先,我们可以比较DDAM和SRS在船舶结构设计中的适用性。
基于LabVIEW的冲击响应谱试验测量系统研制
47 环境技术 / Environmental Technology
冲 击 响 应 谱(SRS) 通 常 又 称“ 冲 击 谱”, 是 指 将实际的物理系统分解成一系列线性的、相互独立的、 单自由度的质量弹簧系统,当其公共基础受到冲击激 励时,对每个单自由度系统进行冲击响应分析计算, 得到响应最大值,和其对应的固有频率组成函数响应 曲线 。 [3-5]
(5)
比较所有的Xi(ti,fn1) ,得到其中的最大值Xi(ti,fn1)max, 则Xi(ti,fn1)max和 fn1 固有频率之间就形成了对应的数据关 系。
下一步计算,固有频率按照 1/n 倍频程步长 Δf 增加:
fn1=fnk fn2=fn1+Δf fn3=fn2+Δf ………
(6)
重复以上步骤就可以得到一系列的最大加速度响应
E nvironmental Technology
环境技术增刊
基于 LabVIEW 的冲击响应谱试验测量系统研制
罗纪,沈志强,焦安超,王磊 (北京卫星环境工程研究所,北京 100094)
Байду номын сангаас
摘要:冲击响应谱试验技术广泛应用于航天器产品的力学冲击环境试验。本文介绍了冲击响应谱试验的基本原
理及算法,并开发出了一套基于 LabVIEW 的冲击响应谱测量系统。试验测试结果表明,该系统能够很好的满足
LUO Ji, SHEN Zhi-qiang,JIAO An-chao,WANG Lei (Beijing Insititute of Spacecraft Environment Engineering,Beijing 100094)
Abstract:Shock response spectrum testing technology is widely used in impact environment testing of spacecraft products. This paper introduces the basic principles and algorithms of the impulse response spectrum test, and develops a set of impact response spectrum measurement system based on LabVIEW. The test results show that the system can meet the requirements of the impact environment test of spacecraft products. Key words:shock response spectrum test;LabVIEW
冲击响应谱试验技术讲座讲稿
4.2.4 水平摆锤式冲击响应谱试验机
冲头 传感器 谐振板 试件 支架 缓冲器 底座
试验结果表明:
1) 响应谱的低频斜率随试验台的后座支撑阻尼的减小而降低,可以调 节后座支撑阻尼,调整响应谱斜率; 2) 其柺点频率可近似表示为f2≈1/2D(冲击脉冲宽度),并随冲击峰值 的增大而稍有前移。可以调节冲头和响应板之间的冲击垫调节冲击脉 冲宽度,从而调节拐点频率; 3) 响应板的厚度不宜过薄,否则会造成台体垂直于台面方向的加速度响 应过大,超过规范对横向运动比的要求; 4) 合理选择支撑刚度,使一阶频率低于100Hz,以避免响应谱曲线出现 低频峰值; 摆锤式冲击试验台可以较好的模拟爆炸冲击环境,其响应谱容差满足要求, 符合试验规范。并且摆锤式响应谱试验机有如下优点: 1) 目前响应谱试验机谐振台面较厚,并且为水平方向冲击,在水平方向 的响应量值在台面上各点差别较小,因此有比较好的均匀度; 2) 可以方便地调整响应谱斜率和拐点频率,能进行不同的响应谱试验; 3) 响应板可以根据需要加大,安装试品方便。
1.2 冲击响应谱的定义 顾名思义,冲击响应谱是冲击作用在一个系统上,系统 上产生的响应,响应的大小和系统的固有频率和阻尼有关, 因此以横坐标为系统的固有频率,纵坐标为响应的最大峰 值,画出的曲线就是冲击响应谱。 更加专业的定义为: 冲击响应谱是指一系列单自由度 质量阻尼系统,当基础受到冲击激励时各单自由度系统在 不同的固有频率下的响应峰值。
怎样根据等效损伤原则来确定冲击的参数?
【例4】 从真实冲击环境的数据中 找到所对应的fi所对应的Ai,设找 到的fi=43Hz,对应的A=198m/s-2, 假设需要用半正弦进行冲击试验, 从归一化的半正弦冲击谱曲线查到fnD=0.78时,a(γ) =1.78,得 A=198/1.78=108.6m/s-2,D=0.78/43=18ms。 同理可以求得后峰锯齿波和梯形波的等效冲击试验脉冲加速度 峰值和冲击脉冲宽度。
冲击响应谱试验技术
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 (2)1.1 引言 (2)1.2 冲击响应谱的定义 (3)1.3 冲击响应谱的特点及用途 (8)1.3.1 冲击响应谱的坐标系 (8)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)1.4 冲击试验的等效损伤原则 (11)1.4.1 根据冲击响应谱进行试验确定 (11)1.4.2 等效损伤原则 (13)2 冲击响应谱的算法 (16)2.1冲击响应谱数字分析中的参数选择 (18)2.2 不同Q值间冲击响应谱的转换 (19)3 冲击试验规范 (21)4 冲击响应谱的试验方法 (24)4.1 振动台模拟 (25)4.2 机械式撞击试验装置 (26)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)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)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:1)研究冲击的目的不是研究冲击波形本身,而更注重的是冲击作用于系统的效果,或者说研究冲击运动对系统的损伤势。
而用冲击的时间历程来描述损伤势不但困难,而且有时会得出错误的结论。
而冲击响应谱规范则能很好的避免这样的错误;2)传统的冲击规范严格规定脉冲的类型,而相应谱规范则对冲击脉冲的类型和产生冲击的方法不做严格要求,因此做实验的灵活性增大;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。
冲击响应谱与经典冲击试验等效计算方法
冲击响应谱与经典冲击试验等效计算方法杨博;陈立伟;冯伟;张冰【摘要】产品即使在试验室里通过了经典冲击试验环境,在实际使用环境中还有损坏.因此简单采用经典冲击作为检测条件的试验规范已经不能满足使用需求.另外,试验中,给定的波形量级与脉宽往往超出电动振动台或冲击台的性能范围,阻碍了试验的顺利进行.基于等效冲击试验原理,采用冲击响应谱(SRS)代替经典冲击.运用改进的递归数字滤波法编制经典脉冲的冲击响应谱计算程序,实现了经典冲击与冲击响应谱的等效计算.算例和试验表明,方法合理可行.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】5页(P11-15)【关键词】经典冲击;冲击响应谱;等效冲击【作者】杨博;陈立伟;冯伟;张冰【作者单位】北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462【正文语种】中文【中图分类】V216.5产品在使用过程中会受到冲击载荷的作用。
为了考核、评定产品在冲击作用下的电性能、机械性能及结构强度,进一步提高可靠性,须对产品进行冲击试验。
冲击试验一般分为经典冲击和冲击响应谱两种。
经典冲击一般有半正弦波、梯形波和锯齿波三种,实践证明,部分产品试件即使在试验室里通过了用经典冲击即半正弦、梯形波和锯齿波做的冲击试验,在野外和实际环境中还有损坏;或者在试验室里没有通过经典冲击试验环境,但在实际使用环境中却未见异常。
因此简单采用经典冲击作为检测条件的试验规范已经不能满足使用需求。
随着试验技术的发展,冲击响应谱试验规范在越来越多的被提及和使用。
目前在动力学环境试验中,用冲击响应谱试验代替经典冲击试验来模拟试验件遭受的各种冲击环境也是冲击试验技术的发展趋势,GJB 150A中明确规定只有证明测量数据在经典脉冲的容差内,才允许采用后峰锯齿脉冲与梯形脉冲,其他均以冲击响应谱作为瞬态冲击的试验标准。
[整理版]冲击响应谱
冲击响应谱1简介冲击响应谱通常简称“冲击谱”,它是工程中广泛应用的一个重要概念。
国家电工委员会(IEC)、国家标准化组织(ISO)所属的技术委员会以及我国的国家标准,都已经把冲击谱作为规定冲击环境的方法之一。
因此,冲击谱是对设备实施抗冲击设计的分析基础,也是控制产品冲击环境模拟实验的基本参数。
2冲击谱详解所谓冲击谱,是将冲击源施加于一系列线性、单自由度质量-弹簧系统时,将各单自由度系统的响应运动中的最大响应值,作为对应于系统固有频率的函数而绘制的曲线,即称为冲击谱。
由定义可知,冲击谱是单自由度系统受冲击作用后所产生的响应运动在频域中的特性描述。
它不同于冲击源的傅里叶频谱,其区别在于:傅里叶频谱仅仅研究冲击源本身在频域中的能量分布属性,只是冲击源函数在频域中的展开,它不涉及任何一个要研究的机械系统的响应。
虽然冲击频谱与傅里叶频谱两者都是频率的函数,但有着明显的区别。
换言之,冲击谱是一系列固有频率不同的单自由度线性系统受同一冲击激励响应的总结果。
产品受冲击作用,其冲击响应的最大值意味着产品出现最大应力,即试验样品有最大的变形。
因此,冲击响应的最大加速度Amax与产品受冲击作用造成的损伤及故障产生的原因直接相关,由此引出了最大冲击响应谱。
3最大冲击响应谱又可以作如下细分1.正初始冲击响应谱(+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同方向上出现的最大响应值。
Amax(+I)与相应系统的固有频率fn的关系曲线。
2.正残余冲击响应谱(+R)是指激励脉冲持续时间结束后,一系列被激单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值Amax(+R)与相应系统的固有频率fn的关系曲线。
3.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fn的关系曲线。
4.负残余冲击响应谱(-R)是指激励脉冲持续时间结束后,一系列被激单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax(-R)与相应的系统固有频率fn的关系曲线。
基于冲击响应谱高速列车设备冲击环境特性分析
第53卷第5期2022年5月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.5May 2022基于冲击响应谱高速列车设备冲击环境特性分析豆硕,刘志明,王文静,李强,毛立勇(北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京,100044)摘要:为准确描述列车设备受到的冲击环境,基于冲击响应谱模型将基础冲击加速度作用到一系列固有频率变化的单自由度系统上,采用系统的最大响应间接地描述冲击载荷。
首先,对半正弦、梯形、前峰锯齿和后峰锯齿等经典脉冲型冲击加速度进行响应谱分析;其次,对线路实测的高速列车车体、转向架和车轴装设备的加速度振动环境,与IEC61373规范对应的半正弦冲击加速度的响应谱进行对比;最后,提出一种冲击响应谱时域合成方法,通过优化小波的幅值和相位参数使合成的冲击加速度满足目标响应谱精度要求,并反映冲击环境的方向特征。
研究结果表明:脉冲型冲击加速度具有相同的响应谱特性,在低频区,加速度响应谱斜率为6dB/Oct ,速度响应谱为水平的恒速线;在高频区,正值和负值响应谱不等,在不同方向上具有不同的冲击效果;现有规范对于车体、转向架和车轴装设备存在低频过试验问题,转向架和车轴装设备同时存在高频欠试验问题,列车设备受到的均为对称冲击环境,脉冲型冲击加速度不能反映列车设备对冲击环境方向的要求;合成的冲击加速度能精确匹配目标响应谱,可以满足3dB 误差要求,更接近真实的冲击加速度瞬态波形。
关键词:高速列车设备;冲击环境;冲击响应谱;冲击加速度;时域合成中图分类号:U270.12文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号:1672-7207(2022)05-1843-12Analysis of shock environment characteristics of high-speed trainequipment based on shock response spectrumDOU Shuo,LIU Zhiming,WANG Wenjing,LI Qiang,MAO Liyong(School of Mechanical,Electronic and Control Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)Abstract:To accurately describe the shock environment of train equipment,the shock acceleration was applied to a number of single-degree-of-freedom (SDOF)systems with variation of natural frequency,and the maximum response of the SDOF systems was used to describe the shock load indirectly.Firstly,the shock response spectrum (SRS)characteristics of classical impulse accelerations were analyzed,such as half-sine,trapezoidal,initialpeak收稿日期:2021−09−08;修回日期:2021−12−05基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(11790281);国铁集团科研计划课题资助项目(P2019J001)(Project(11790281)supported by the National Nature Science Foundation of China;Project(P2019J001)supported by China State Railway Group Co.,Ltd.)通信作者:刘志明,博士,教授,从事疲劳可靠性研究;E-mail:****************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.05.029引用格式:豆硕,刘志明,王文静,等.基于冲击响应谱高速列车设备冲击环境特性分析[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(5):1843−1854.Citation:DOU Shuo,LIU Zhiming,W ANG Wenjing,et al.Analysis of shock environment characteristics of high-speed train equipment based on shock response spectrum[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(5):1843−1854.第53卷中南大学学报(自然科学版)sawtooth and final peak sawtooth shock pulse.Secondly,the acceleration response spectrum of high-speed train body,bogie and axle mounted equipment measured on the line were compared with that of the half sine shock acceleration corresponding to IEC61373specification.Finally,a time domain synthesis method of SRS was proposed by optimizing the amplitude and phase parameters of wavelet,which can satisfy the precision of target SRS and reflect the direction characteristics of shock environment.The results show that the acceleration shock pulses have the same response spectrum characteristics.In the low frequency range,the slope of the acceleration response spectrum is6dB/Oct,and the velocity response spectrum is horizontal constant speed line.In the high frequency region,the positive and negative response spectrums show that the acceleration shock pulses have obviously different shock effect in different directions.Moreover,the existing shock resistant specification for car body,bogie and axle mounted equipment have the problems of over test in the low frequency range,and bogie and axle mounted equipment have the problems of fewer test in the high frequency range.The high-speed train equipment is subjected to symmetric shock environment and the specifications can't meet the requirements of shock direction.The synthesized shock acceleration can accurately match the target response spectrum,meet the requirement of3dB error,and is closer to the real acceleration shock waveform.Key words:high-speed train equipment;shock environment;shock response spectrum;shock acceleration;time domain synthesis高速列车在全寿命服役周期中,除了受到正常工况下的稳态激励,还会经历复杂的冲击环境,如列车高速通过道岔、轨缝、变坡点等时会产生超常的冲击载荷,从而引起设备故障[1]。
冲击响应谱分析原理以及合成与振动控制
冲击响应谱(SRS)是一个瞬态加速度脉冲可能对结构造成破坏的图示。
它绘制了一组单自由度(SDOF)弹簧的峰值加速度响应,就像在刚性无质量的基础上一样,质量阻尼器系统都经历相同的基本激励。
每个SDOF系统具有不同的固有频率;它们都有相同的粘滞阻尼因子。
频谱的结果是在固有频率(水平方向)上绘制峰值加速度(垂直)得出的。
一个SRS是由一个冲击波产生,使用以下过程: 指定SRS的阻尼比(5%是最常见的)、使用数字滤波器模拟频率单自由度、fn和阻尼ξ。
应用瞬态作为输入,计算响应加速度波形。
保留在脉冲持续时间和之后的峰值正负响应。
选择其中一个极值,并将其绘制成fn的频谱振幅。
对每个(对数间隔)fn重复这些步骤。
由此产生的峰值加速度与弹簧-质量阻尼系统固有频率的曲线称为冲击响应谱,简称SRS。
一个SDOF机械系统由以下组件组成:①质量,米②弹簧,K③阻尼器,CFn,固有频率和临界阻尼因子,ξ,描述一个应用系统,可以从上面的参数计算。
对于小于或等于0.05的小阻尼比,频率响应的峰值发生在fn的邻近区域,其中Q为质量因子,等于1/(2ξ)。
任何瞬态波形都可以作为SRS呈现,但这种关系不是唯一的;许多不同的瞬态波形可以产生相同的SRS。
SRS不包含所有关于瞬态波形的信息,因为它只跟踪峰值瞬时加速度。
不同的阻尼比为相同的冲击波形产生不同的SRS。
零阻尼会产生最大的响应,而高阻尼则会产生较平的SRS。
阻尼比与质量因子Q有关,在正弦振动的情况下也可以被认为是传递率。
阻尼比为5%(ξ=0.05)时,Q值为10。
如果没有指定阻尼因子(或Q),则SRS图是不完整的。
★SRS箱的频率间隔一个SRS由多个在对数频率范围内均匀分布的箱组成。
频率分布可以由两个数字来定义:一个参考频率和期望的分数倍频间隔,如1/1、1/3或1/6。
(倍频程是频率的两倍)例如,250hz和500hz的频率相差一个倍频程, 1 kHz和2 kHz的频率也是一样。
冲击响应谱
四、SRS图形构造介绍
对于任何冲击输入,我们都可以利用数学 公式计算出它们的响应峰值加速度,从而 构造出冲击响应谱曲线。由于每个弹簧/质 量系统都各有其固有频率,对于同一冲 击输入就有不同的冲击响应,因此我们可 以根据动力学原理的数学计算得到冲击响 应并绘制响应峰值。
四、SRS图形构造介绍
常用的方法是对应于相同的冲击 输入,从较低的固有频率开始, 记录其冲击响应峰值Gr,然后逐步增 加固有频率,得到一系列与固有频率 fn对应的冲击响应峰值G,然后进行光 滑连接,即得冲击响应谱图。如图所 示。
什么是冲击响应谱
利用不同固有频率的单自由度系统 来计算冲击输入下产生的冲击响应。 它为我们在频率域内提供了一个相 对于冲击输入的响应估计。 这样当包装件受到冲击时,便能根 据冲击响应谱估计产品和产品内不 同元件的响应情况。
三、计算方法
对于一弹簧/质量系统,其冲击输出加速 度Gr(t)相对于冲击输入加速度Gi(t)可通 过牛顿定律得到。如图所示 。
七、利用SRS寻找脆值的方法
七、利用SRS寻找脆值的方法
通过共振试验确定固有频率 将模拟产品放在包装内进行跌落试验 记录冲击输入,注意峰值G 得到SRS图,将已知元件脆值与响应G 值作比较 响应的冲击输入峰值G作为产品脆值
七、利用SRS寻找脆值的方法
七、利用SRS寻找脆值的方法
当今的趋势是大多数供应商会标明每 个产品的脆值。也可以结合破损边 界理论,利用SRS确定临界曲线而得 到脆值,而不用任何跌落试验,只 需 两 个 公 式 : ΔVp=Gcg/2πfc , Gp=Gc/2。
那么能否建立一个保守性小、更精 确,且能减少反复试验的新方法呢?
当然可以,它就是冲击响应谱理论。其 实牛顿早在他的论文中就提到过冲击响 应以没有得 以进一步发展
冲击响应谱合成
冲击响应谱合成电子电工产品环境试验第二部分 :试验方法试验Ei:冲击冲击响应谱合成1 范围GB/T2423的部分规定了合成冲击响应谱(SRS)实验.适用于需要模复杂瞬态激励的样品。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T2423的本部分的引用而成为本部分的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不住日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。
GB/T2421—1999 电工电子产品环境试验总则(idt IEC 60068—1:1998) GB/T2423(10—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fc:振动(正弦) ( IEC 60068—2—6:1995,IDT)GB/T2423.5—1995 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ea和导则:冲击 (idt IEC 60068—2—27:1987)GB/T2423.43—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法振动、冲击和类似动态试验样品的安装(IEC 60068—2—47:1999,IDT)GB/T2423.56—2006电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fh:宽频带随机振动(数控)和导则( IEC 60068—2—64:1993,IDT)IEC60068—2—57:1999 环境试验第2部分:试验方法试验Ff:振动时间历程法ISO 266:1997 声学优选频率ISO 2041:1990振动和冲击词汇3 术语和定义在LSO2041:1990,GB/T2423.102008,GB/T2423.5—1995和GB/T2423.56—2006中给出的术语和定义,与以下定义一起使用。
3.1-3dB带宽 -3dBbandwidth在频率响应函数中对应于一个共振峰值的最大响应0,707倍的两点间的频带宽度。
冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用
Vol. 41, No. 2航 天 器 环 境 工 程第 41 卷第 2 期138SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING2024 年 4 月https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用陈 夜,冯彦军,郑鸣轩,顾莉莉,周徐斌(上海卫星工程研究所,上海 201109)摘要:卫星运输过程中的动力学环境存在一定的随机性与不确定性,给卫星的安全运输带来隐患。
目前工程上尚未形成通用化的卫星运输仿真方法,也未制定指导性的运输分析力学环境条件。
文章提取卫星运输过程中经常出现的2种典型斜坡形式的冲击信号,基于ABAQUS软件建立卫星与运输支撑工装的有限元模型,分别开展了瞬态响应与冲击响应谱分析。
结果表明,相比于瞬态响应分析,冲击响应谱分析节约了95%的运算量,且分析偏差在17%以内,并能够实现对响应最大情况的包络,可更好地满足工程上对仿真分析快速且准确的需求。
关键词:卫星运输;动力学环境;冲击响应;仿真分析;有限元建模中图分类号:V414.3+3文献标志码:A文章编号:1673-1379(2024)02-0138-06 DOI: 10.12126/see.2023143Application of shock response spectrum in analysis ofsatellite transportation shock responseCHEN Ye, FENG Yanjun, ZHENG Mingxuan, GU Lili, ZHOU Xubin(Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China)Abstract: The dynamics environment during satellite transportation exhibits some randomness and uncertainty, which may bring hidden troubles to the safety of satellite transportation. At present, there is neither universal satellite transportation simulation method in engineering nor guiding mechanical environmental conditions for transportation analysis. In this paper, two typical ramp shock signals that can often be caught during satellite transportation were extracted, and finite element model of satellite and its support structure for transportation was established based on ABAQUS software. The analyses of transient response and shock response spectrum (SRS) were conducted respectively. The results show that, compared with transient response analysis, SRS analysis saves 95% of the computing load with a deviation of not more than 17%, as well as implements an envelop for the maximum stress response, indicating that SRS analysis may better meet the demand of fast and accurate simulation in satellite engineering practice.Keywords: satellite transportation; dynamics environment; shock response; simulation analysis; finite element modeling收稿日期:2023-09-12;修回日期:2024-03-17基金项目:上海市科技计划项目之扬帆专项资助项目(编号:23YF1444800)引用格式:陈夜, 冯彦军, 郑鸣轩, 等. 冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用[J]. 航天器环境工程, 2024, 41(2): 138-143CHEN Y, FENG Y J, ZHENG M X, et al. Application of shock response spectrum in analysis of satellite transportation shock response[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2024, 41(2): 138-1430 引言卫星在研制周期中经历吊装、试验、运输及发射等过程,需要承受多种形式力学环境的考验。
Sec14_冲击响应谱分析
● 使用模型中选定自由度的瞬态响应作为输入时间历程,生成频谱曲 线。
● 任何一个瞬态求解序列都可以生成频谱
S14-8
从大结构的瞬态分析中创建频谱
● 响应谱分析分两个步骤
Step 1:创建频谱,即用瞬态分析创建频谱 Step 2:应用频谱,即用第一步创建的频谱来评估结构响应
● 通过确定大结构和与其连接的结构的响应来创建频谱,如发动机和 泵
● 频谱创建后,应用于一系列单自由度振荡器系统,作用在小结构和 大结构的连接位置。每个单自由度振荡器的峰值响应由它的瞬态响 应ui(t)计算得到。振荡器的基础运动uB(t)来源于大结构(如建筑物, 地球)的载荷或基础激励。
$
$ Use DTI to specify the damping fraction and spectra frequency (SDOF oscillator damping and natural frequency) table.
$ Also, use this entry to specify the GRID's for which spectra will be calculated.
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
S14-17
案例分析:Step 1-创建频谱
● 在固支端Z方向上加载加速度强迫运动,频率为250Hz
..
sit) n , ( 2 f 22H 5 ,0 s 0 z e t c 0 .0s 0 e4
一种新型冲击响应数据判读方法[发明专利]
专利名称:一种新型冲击响应数据判读方法
专利类型:发明专利
发明人:张程,李正举,林勇文,刘刚,谢伟华,尹家聪,陈曦申请号:CN202010623129.3
申请日:20200630
公开号:CN111964860A
公开日:
20201120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种新型冲击响应数据判读方法,包括:对得到的航天器系统级冲击响应数据按照区域特征进行分类;根据时域响应,计算数据的SRS(Q=10)曲线,画出区域内测点的冲击响应谱;采用数学统计方法对多条冲击响应谱曲线进行包络;计算平直谱包络的三大关键特征值,拐点频率,峰值,斜率;根据拐点频率,峰值,斜率画出最大包络。
本发明提供了一种新型冲击响应数据判读方法,根据航天器系统级试验实测冲击响应数据制定组件冲击试验条件,判读过程只基于试验数据,无人工干预,有效提高卫星组件冲击试验条件制定的合理性和高效性,减少欠试验和过试验的发生,增强组件和单机冲击力学试验的可靠性和安全性。
申请人:中国空间技术研究院
地址:100194 北京市海淀区友谊路104号
国籍:CN
代理机构:中国航天科技专利中心
代理人:茹阿昌
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基于LabVIEW的冲击响应谱分析的实现方法
0 前言冲击是指在短时间内作用装备上的高量级输入力脉冲,在装备上的响应通常以某几种物理量方式呈现出来,冲击参数可以定义为运动(例如位移、速度、加速度)或载荷(例如力、压力、应力或扭矩等),如图1所示,某型号冷发射弹射试验时某部位产生的冲击加速度响应曲线。
通常以运动或载荷参数的时间历程表示的冲击测量不能直接用于工程目的,所以需要转化成不同的形式,并且所应用的数据处理方法取决于数据的最终用途,工程中通常采用冲击响应谱处理。
冲击响应谱反映了冲击作用于系统的效果,反映了冲击激励对系统的损伤势,可以用作衡量冲击作用效果的尺度。
数字冲击响应谱的分析方法有直接积分法、FFT 方法、递推法、递推数字滤波法等,比较好的方法有改进的递推数字滤波法和样条函数法,本文选择的方法是改进的递归数字滤波法。
现有的冲击谱处理软件,大都需要手动选取冲击有效持续时间,人机交流较多,操作步骤繁琐,需要数据处理人员具有较丰富的经验,数据处理的效率不高,极大地浪费人力。
本文基于LabVIEW 环境编写的冲击响应谱分析软件可以实现对采集到的冲击响应时间历程自动提取冲击有效持续时间,并按照冲击有效持续时间截取有效冲击响应时间历程,通过设置分析起始频率、截止频率、阻尼比(ξ)或品质因子(Q)及倍频程数等参数,软件自动计算冲击响应谱并生成数据处理报告,该软件操作极为简单,尤其适用于大批量数据处理。
1 冲击响应谱(SRS)的相关概念1.1 冲击有效持续时间E T 和e T 的概念根据GJB150.18A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第18部分:冲击试验》的规定,冲击的有效冲击持续时间有下列两种定义:(1)冲击的有效持续时间E T 是包含绝对值超过1最大峰值p A 的所有时间历程幅值所对应的最小时间长度;(2)冲击的有效持续时间eT (对处理复杂瞬态数据更合适)是包含至少90%以上的均方根RMS 时间历程幅值超过最大均方根幅值10%的时间历程所对应最小时间长度。
冲击响应分析方法及其应用
I ts r h a ot ta h oo n e t m icn ns t f l i : n pp , n e r e w g h a i e e l
C at 1 cb t ee p et hc t t hi e m n a h ds i s dvl m n o sok t n u ad ir er hp r e re h e e o f e e q n a e c s c s bcg ud R , a let cn n , cl ad tn h ppr a r n oS Sad y s ot t dfuy c ao ots e k o f n n s h a e e s i t n r i f a . f i e i C at 2 i t h r pyi l e , gnr a o s s R , s d s t o , s am dl ad e l rm o S Sad hp r u e h e y h c o s n e a l i f n e t e g g ea l tn u S S hi e i s a ao aot t n u. v e ui b R e q v c C at 3 e r a hs u S d t apctn h s I pl m ks er e aot S il lao m t d. u e hp r a e c b e s R i a p i i eo m s g I aat t m t d d m I aat t m t d e d d ruh n rn Flr h a R p vrn Flr h a s i t og vi i e eo n a n i ie e o r t e h u cnnos t s u tn ad i pr r ac ad p vm n a a o otuu s e i li , t r f m ne i r e et l i y m m ao n h e o s e n m o r s e
matlab计算单位冲击响应,冲击响应谱计算的matlab程序
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1、disp( )disp( srs.m ver 2.0 July 3, 2006)disp( by Tom Irvine Email: )disp( )disp( This program calculates the shock response spectrum)disp( of an acceleration time history, which is pre-loaded into Matlab.)disp( The time history must have two columns: time(sec) & acceleration)disp( )%。
2、clear t;clear y;clear yy;clear n;clear fn;clear a1;clear a2clear b1;clear b2;clear jnum;clear THM;clear resp;clear x_pos;clear x_neg;%iunit=input( Enter acceleration unit: 1= G 2= m/sec2 );%disp( )disp( Select file input method );disp( 1=external ASCII file );disp( 2=file preloaded into Matlab );fil。
3、e_choice = input();%if(file_choice=1)filename, pathname = uigetfile(*.*);filename = fullfile(pathname, filename);% fid = fopen(filename,r);THM = fscanf(fid,%g %g,2 inf);THM=THM;elseTHM = input( Enter the matrix name:);end%t=double(THM(:,1);y=double(THM(:,2);%tmx=max(t);tmi=min(t);n = length(y);%out。
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(2)
& &(t) x
k c
M
& &(t) yቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
If the relative displacement is expressed in terms of equivalent static acceleration, 2 & & eq = z ω n (3) y the transfer function becomes,
& & ( t ) = δ( t ) x
and
& &m = dm x
5
The simulation
formulas have not been recommended whenever the
~ H 0 ( z) = T Z L−1 [H (s)]
(5)
is exact. The digital recursive filters given in [2] for the absolute acceleration and relative displacement models can be derived from this formulation. The formulas given in [2] are therefore said to be impulse invariant. It can be shown (using superposition) that if the input is a series of scaled impulses the error of &m , will be zero. This is true even simulation, & e though the impulses are not band limited. Also H(s) need not be band limited for the simulation to be exact. In the case of a SDOF simulation, the natural frequency can be equal to or above the sampling frequency. The shock response spectra of a 1 g, 0.64 ms haversine was calculated (Fig. 4), using an impulse invariant simulation of the absolute acceleration model (eq. 6.96 in [2]). The correct shock spectra should be almost a constant 1.0 above a few hundred Hz. Note the gradual decline in the computed shock spectra to a minimum at 1000 Hz (one half the sample rate) and then an increase as 2000 Hz (the sample rate) is approached. As a second example, the shock spectra of an exponentially decaying sinusoid was calculated. The decaying sinusoid was modified to reduce the velocity and displacement change [3]. The input acceleration time history sampled at 2000 sample/s is given by
Impulse invariant simulations -Stearns shows that if the input is an impulse, i.e.,
Fig. 2 Relative displacement model
The input to the system is the absolute acceleration of the base. The response of the system is the relative displacement between the base and the mass. The transfer function of this system is given by
H (s ) =
2 ωn 2 s 2 + 2 ζ ωn s + ωn
(4)
Fig. 1. Absolute acceleration model
The input to the SDOF system is the base acceleration. The response of the system is the absolute acceleration of the mass. The transfer function of this system in the complex Laplace domain is given by
ζ
ωn = natural frequency of a single- degree-of-freedom
INTRODUCTION
There are many ways to calculate the shock response spectra. A popular technique is to use a digital recursive filter to simulate the single-degree-offreedom (SDOF) system. The output of the filter using a sampled input is assumed to be a measure of the response of the SDOF system. The response is then searched for the maximum value. This process is then repeated for each natural frequency of interest. Currently used filters exhibit large errors when the natural frequency exceeds 1/6 the sample rate. This paper will discuss the design of an improved filter which gives much better results at the higher natural frequencies. The companion problem of peak detection of a sampled system will not be discussed in this paper.
This is the model most frequently used in shock response spectra calculations. Relative displacement model – The relative displacement model is shown in Fig. 2.
& &( t ) = base input acceleration x & &( t ) = response acceleration y
z(t) = relative displacement y(t) – x(t) = fraction of critical damping system, rad/sec
= delta function; δ( t ) = 1 for t=0,
δ( t ) = 0 elsewhere
dm SDOF u(t) t
= digital delta function; dm = 1 for m = 0 , dm = 0 all other m = single degree of freedom = units step function; u(t) = 1 for t > 0 , u(t) = 0 for t < 0 = time
AN IMPROVED RECURSIVE FORMULA FOR CALCULATING SHOCK RESPONSE SPECTRA David O. Smallwood Sandia National Laboratories Albuquerque, New Mexico 87185 Currently used recursive formulas for calculating the shock response spectra are based on an impulse invariant digital simulation of a single degree of freedom system. This simulation can result in significant errors when the natural frequencies are greater than 1/6 the sample rate. It is shown that a ramp invariant simulation results in a recursive filter with one additional filter weight that can be used with good results over a broad frequency range including natural frequencies which exceed the sample rate.