Sec14冲击响应谱分析
冲击响应谱绝对校准研究中冲击响应谱的计算方法
冲击响应谱绝对校准研究中冲击响应谱的计算方法
曹亦庆;李新良;秦海峰;郑喜红
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】介绍了应用于冲击响应谱绝对校准中的冲击响应谱的计算方法,该方法的实现基于MATLAB编程语言,即通过MATLAB中的仿真直接求解单自由度二阶微分方程的数值解以获得冲击响应谱的绝对复现.
【总页数】3页(P10-11,42)
【作者】曹亦庆;李新良;秦海峰;郑喜红
【作者单位】中国一航北京长城计量测试技术研究所,北京,100095;中国一航北京长城计量测试技术研究所,北京,100095;中国一航北京长城计量测试技术研究所,北京,100095;中国飞行试验研究院,陕西,西安,710089
【正文语种】中文
【中图分类】TB936
【相关文献】
1.冲击响应谱校准技术的研究 [J], 厉巍;陈永久;朱永晓
2.冲击响应谱校准技术的研究 [J], 厉巍;陈永久;朱永晓
3.基于LabVIEW的冲击响应谱校准系统研究 [J], 朱永晓;厉巍
4.一种冲击响应谱试验设备校准装置的研制 [J], 白天;赵健;闫磊
5.一种宇航继电器冲击响应谱等效计算方法的研究 [J], 宋伟;孟晓脉;王力;纪明明;纪志坡;陈永刚
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冲击响应谱控制系统的开发
第６ 期
刘洪英等：冲击响应谱控制系统的开发
面的冲击响应信号经 Ａ Ｄ转换后传 回； ／ ４ ）计算 冲击响应谱 ， 与参考谱 比较 ， 进行 冲击 响
波形计算 的冲击响应谱值满足试验规范的要求。 由于 Ａ 值对冲击谱值影响最大－ ， ６ 因此在计算 ，
冲击 响应谱值与规范谱值作 比较时 ， 主要修 正 Ａ 值。 应谱修正 ， 发出下一组信号 ； ５ ）驱动信号能够从小量级开始 ， ３Ｂ上升一级 根据冲击响应谱修 正方 法进行加 速度时域波形合成 每 ｄ 时， 只是单纯考虑了冲击响应谱值满足规范值要求 ， 而 发出； ６ ）具有管理参数文件和试 验文件及实验试验文 对应的时域波形的最大加速度值很可能超过振动台的 最大许可值 ， 因此必须 同时结合修正 ｔ 值对加 速度时 件打印的功能 。 域进行优化。为了实现修正时域波形和实现限制加速 ３３ 系统的组成 ． 在进行算法研究 时将 冲击响应谱修正 本系统 由参数设置 、 时域合成、 试验、 数据管理 、 打 度峰值 的目的， 和时域波形修正很 好地结合起来 ， 开始 时域波形合成 印五部分组成 。 时就同时修正 Ａ 值和 ｔ 值 ， 拥 以后在每一试验量级上都 １ ）参数设置 值和 ｔ 值进行修正， 如果有必要还将对波形数目 在试验规范设置对话框 中， 以设置试验规范 以 可 对Ａ 及动圈加速度峰值限制参数。当各参数设置确定后 ， 进行 修正 。 进行时域合成时结合设备加速度峰值 限制进行时域和 ３ ）试 验 根据试验规范合成一个满意 的时域波形 以后， 就 谱优化 计算 出实现该规范谱 的时域信号作为下 一步 试验的驱动信号。这一功能可以在根据规范谱合成时 可以以此为驱动信号 ， 先将驱动信号转化为一个小量 在小量级下 均衡 ， 均衡完成后 ， 逐步将量级升 域波形时就预估所使用设备的能力是 否能实现所要做 级信号 ， 的试验规范 ， 这对合理使用设备 、 正确指导试验有很大 至试验量级， 通常设五个 预置量级 ， 一 ２Ｂ 一 ｄ ， 即 １ｄ ， ９Ｂ 的帮助 。 ６ Ｂ 一 ｄ ，ｄ 。为了做到对冲击 响应谱 的有效控 ｄ ， ３Ｂ０Ｂ ２ ）时域合成 制， 在每一个量级上都要对驱动信号进行修正 ， 而不是 合成时域波形有多种方法 ， 电动振动 台模拟爆 简单意义上的量级递增。 用 炸冲击环境 ， 波形需满足初 始和最终速度 、 位移为零 的 ４ ）数据管理 条件［ ， ４ 本研究采用合成小波法 （ Ｖ Ｙ ） ］ ＷＡ Ｓ Ｎ 进行时域 程序具有保存 参数文件 和试 验结果文件 的功能 ， 波形的合成及优化。 实现了试验数据文件 的存贮和回放。 该法采用的基本波形用下列式子表示 － ： ５ ］ ５ ）打印
考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法
考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法
1 舰载设备冲击响应谱分析
舰载设备冲击响应谱分析是指利用有限的水中数据，如波形和能量谱，来描述信号的多模态信号分析，从而给出物理应力和船舶结构的集合反应。
从最简单的振动理论出发，尝试建立一种有效的船舶结构特征参数和船舶力学参数间的相互作用。
舰载设备冲击响应谱分析主要用来检测和预测舰载设备的效率，避免隐藏的潜在的损坏，从而达到最优的设计生物学，或者可以根据谱跌的采样数据，建立舰载设备的振动力学模型，从而更加准确、可靠地判断舰载设备的机械参数和性能参数。
2 谱跌分析法
谱跌分析法指的是用谱去评估和分析在舰载设备上进行冲击试验所获取到的信息，从而预测舰载设备在船舶结构中的行为。
该方法首先采用了Fourier变换，分析信号所处在的频率域，并把信号中的频率特征分离出来，对响应谱进行分析。
进而可以确定振动频率，并根据采样数据结构谱分析，确定信号背景的频率。
舰载设备的冲击响应谱可以用来总结舰载设备的整体响应特性，以及舰载设备和船舶结构之间的相互作用。
3 冲击响应谱分析法的应用
使用冲击响应谱分析法可以快速地分析舰载设备对结构力学变化的反应，从而精确地识别结构力学参数。
在谱跌分析中，可以快速准
确地识别和确定结构力学参数，也就是说，这种测试方法可以用来判断舰载设备的可靠性、强度和稳定性。
此外，使用这种分析法还可以确立舰载设备的性能指标，如最大承载能力、应力和压力，从而有效掌控和调整舰载设备的性能。
以上是关于舰载设备冲击响应谱分析法的相关介绍，最终能够更准确地预测和识别舰载设备的机械参数和力学特性，从而通过谱跌分析实现最佳的船舶设计和分析。
水平冲击响应谱培训资料
冲击响应谱培训手册一、冲击响应谱概述：冲击响应谱试验机是用于完成冲击响应谱试验的环境试验设备。
冲击响应谱是一系列频率不同、具有一定阻尼的单自由度线性系统受到冲击所产生的最大响应值与系统频率的关系曲线，它以系统的固有频率为横坐标，以其响应峰值为纵坐标，其加速度的时间历程为振荡衰减的形式，持续时间一般小于20ms，其能量分布在较宽的频率范围内。
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，从频域分析冲击对设备的损伤情况更真实有效。
冲击响应谱的用途极其广泛，其可以用做衡量冲击作用效果的尺度、可以用于冲击事件的统计分析、可以用于不同冲击波形的等效转换、可以用于试验有效性及重复性检查，也可以用于指导承受冲击作用系统的设计。
冲击响应谱对冲击脉冲的类型和产生冲击的方法没有严格的要求，实验的灵活性较大；通过对冲击响应谱的分析，可以对设备各部件所承受的最大冲击载荷有比较准确的把握，从而预测出冲击潜在的破坏。
冲击响应谱是对产品实施抗冲击设计的分析基础，在航空、航天及其它火工品科研生产和有关重大科技专项中，冲击响应谱试验已经成为必做的环境试验之一。
HSRS系统是一种气动式冲击响应谱试验机，它革新了冲击的发力方式，采用压缩气体推动冲击锤，可以产生比摆锺更大的冲击能量，占用空间小，易于安装和维修，安全性高，更换试件和波形垫方便。
本系统包含了一个基座、一块冲击谐振板、两套水平导轨、一个冲击锤、两个冲击气缸、一套台面复位装置、两套冲击缓冲垫和相应的控制仪。
在做冲击响应谱试验时，在前后座安放好相应的缓冲垫，然后将试件固定在谐振板台面上，设置好冲击锤的前冲压力和刹车时间，在前冲压力的推动下，冲击锤冲击到谐振板上，然后反弹缩回，同时谐振板上产生具有高频振荡随时间衰减的冲击波，从而完成一次试验。
前冲压力决定了冲击峰值加速度的大小，而前后波形垫决定了冲击响应谱谱形的斜率、转折频率等。
系统的控制和测量功能均通过计算机来进行。
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
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。
冲击响应谱容差曲线
冲击响应谱容差曲线
冲击响应谱容差曲线通常用于描述结构在地震等冲击性负载下的响应特性。
容差曲线是对结构在不同地震波形下的冲击响应谱的统计分析，它考虑了一系列地震波形对结构响应的影响。
以下是冲击响应谱容差曲线的一般概念和涉及的关键术语：
冲击响应谱（Impulse（Response（Spectrum）：（冲击响应谱描述了结构在单一单位冲击负载下的响应，通常是加速度与时间的关系。
它是地震工程中用于分析结构动力响应的一种工具。
容差曲线（Envelop（Curve）：（容差曲线是多个冲击响应谱的统计总结，以考虑不同地震波形的影响。
通过考虑不同地震事件的变化，容差曲线提供了结构在实际地震中可能遇到的不同响应的范围。
容差 Enveloping）：（容差是通过比较多个冲击响应谱来获得的，以确定在给定概率水平下，结构响应的可能范围。
容差曲线通常由最小和最大响应谱之间的包络线构成。
容差曲线的构建可以通过以下步骤进行：
采集一系列地震波形，代表可能的地震事件。
对每个地震波形计算相应的冲击响应谱。
在每个频率点上比较所有冲击响应谱，选择最大和最小响应。
构建容差曲线，这是最小和最大响应之间的包络线。
这样的容差曲线提供了对结构在实际地震中可能的变化响应的一种统计描述。
它在地震工程设计中有助于更全面地了解结构的性能。
请注意，这是一个简要的概述，具体的方法和标准可能根据特定的地震工程规范和要求而有所不同。
冲击响应分析方法及其应用
在 ５０Ｔ的轧制力不断作用下，其使用寿命有多长等等，都需要做冲击试验。 ００
所以 小至日 用品， 大至炸弹、 大型设备都要做冲击试验１ 总之， 着Ｉ业化进 ２ １ 。 随 一
程和人们对可靠性认识的提高， 可靠性试验， 包括冲击试验会越来越重视， 这就 是为什么工业化发达国家在可靠性试验方面更重视， 手段更先进， 更完善的原因。 冲击试验可以 采用经典波形控制 〔 半正弦、 后峰锯齿波、 梯形波） 试验技术，
ｄｓｕ ｓｄ ｉｃ ｓｅ ．
Ｃ ａｔ ４ ｉ ｔ Ｒ ｓ ｈ ｉ ｎ ａ ｌ ｅ ｉ ｅ ｏ， ｇ ｓ ａｄ ｓ ｄ ｓ Ｓ Ｓ ｔ ｓ ａｄ ａ ｚｓ ｍ ｔ ｄ ｐｏｒ ｓ ｈｐ ｒ ｔ ｅ ｈ ｅ ｕ ｅ ｙ ｅ ｓ ｎ ｙ ｔ ｎ ｓ ｈ ｒ ｅ ｎ
ｐｉ ｉｅＰａｔａＳ Ｓ ｔ ｓ ｉｒ ｌｅ ｕｉ Ｗ Ｖ Ｙ ． ｒ ｃ ｌ ｒ ｉ ｌ ｓ ｈ ｉ ｓ ｉ ｄ ｎ Ａ Ｓ Ｎ ｎ ｐ ． ｃ Ｒ ｙ ｅ ｓ ａｚ ｓ ｇ ｃ ｎ ｅ Ｃ ａｔ ５ ｌ ｅ ｔ ｔ ｃ ｅ ｆｎｔ ｎ ｈｃ ｔ ｒ －ｍ ｃ ｔ ｌ ａａ ｓｓ ｓｕｔｒ ａｄ ｃｏ ｏ ｓｏｋ ｔ ｌｉｅ ｎ ｏ ｈｐ ｒ ｎ ｙ ｈ ｒ ｕ ｎ ｕ ｉ ｆ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｓ ａ ｏｒ
ｓｓｍ ｄ ｉｌ ｔｌ ｓ ｔ ； ｈ ｈ ｅ ａｄ ｌｉｅ ｆｍ ｎｅ ｙｔ ａ ｄ ｔ ｃｎｏｔｔ ｅ ｔ ｉ ｓ ｄ ｒ － ｐｒ ｒａｃ ｏ ｅ ｎ ｉ ａ ｏ ｒ ｅ ｙ ｍ ｈ ｇ ｐ ｎ ｅ ｔ ｅｏ ｇ ｓ ｓ ｅ ｅ ａ ｍ ｆ ｓｏｋ ｒ ｌｉｅ ｔｌ ｅ ｂｓ ｏ Ｄ Ｐ ｐ ａ ｓ ｄ ｄ ｈｃ ｔｔ －ｍ ｃｎ ｏｓｓｍ ｅ ｎ ｃｉ ｒ ｔ ｉ ． ｅ ｅ ｔ ｏ ｒ ｙｔ ａ ｄ Ｓ ｈ ｓ ｕ ｅ ｓ ａ ｅ Ｃ ａｔ ６ ｓ ｏ ｌ ｉ ｏ ｈ ｐｐｒ ａａ ｓ ｈ ｕ ｒ ｅ ａ ｈ ｇ ｅ ａ ｃ ｓｎ ｔｓ ｅ ａｄ ｌ ｅ ｔ ｆｕ ｒ ｅｒ ｏ ｈｐ ｒ ｉ ｅ ｖ ｃｎ ｕ ｏ ｆ ａ ｎ ｎ ｙ ｓ ｔ ｅ ｃ ｆ ｉ ｅ ｓ
Sec10_SRS.冲击谱分析
具有n个自由度
=
……
f1 f2
f3
fm-1 fm
只需要m个单自由度弹簧振子
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8
f2 f1
2
)
1
=
20 log10 (3000 / 40) log2 (2000 / 100)
= 8.677dB / Oct
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SEC 10 冲击谱响应分析
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振动分类—按载荷形式和响应类型 Classification of vibration
响应谱的编制
具有特定阻尼比和固有频率 SDOF systems
u3(t) u3max t
UB=Tower Response
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3
冲击谱响应分析的两个阶段
⚫ 冲击响应谱分析的整个过程可以分为两个阶段 一、冲击谱编制
‒ 这是总体部门的工作 ‒ 通过瞬态分析进行冲击谱的编制，并作为设备部分分析的输入
冲激响应谱
应用实例
为了得到了一个连续结构（比如说是板或者桥梁） 为了得到了一个连续结构（比如说是板或者桥梁） 在冲击下的时域响应，工件要在这个环境下工作， 在冲击下的时域响应，工件要在这个环境下工作， 通过冲击响应谱的频域来控制振动台实现这个环 境。 试验目的:寻找一种指标，可以代替脆值来评价产 试验目的:寻找一种指标， 品的破损。一些文献中说到可以用SRS SRS代替产品的 品的破损。一些文献中说到可以用SRS代替产品的 冲击脆值。 冲击脆值。 该试验归结为模拟环境的冲击响应谱， 该试验归结为模拟环境的冲击响应谱，而得到的 值是能表征产品特性的。这在理论上可行. 值是能表征产品特性的。这在理论上可行.
相关因素
冲击响应谱是一个假想的可变固有频率的单自由 度机械系统， 度机械系统，在某冲击波形作用下的最大冲击响 它是这个假想系统固有频率的函数。 应.它是这个假想系统固有频率的函数。 冲击谱不仅和冲击波形有关，也和系统的固有频 冲击谱不仅和冲击波形有关， 率和阻尼有关; 率和阻尼有关; 做冲击试验时,如果用加速计测量关键部件,例如: 做冲击试验时,如果用加速计测量关键部件,例如: 洗衣机某部件,通过测回来的波形,进行分析计算, 洗衣机某部件,通过测回来的波形,进行分析计算, 得出这个部件的冲击响应谱. 得出这个部件的冲击响应谱.可以用冲击响应谱代 替冲击脆值来描述. 替冲击脆值来描述.
对参数进行修正,包括高度,重量,速度等. 对参数进行修正,包括高度,重量,速度等.
ETC 2-容差带 和相关修正
容差带
修正高度和作用时间 还包括其它修 正值和容差带。 正值和容差带
经典波形参数设置
选择经典的波形，设置阻尼系数(0.05),选择通道（ 选择经典的波形，设置阻尼系数(0.05),选择通道（通 ),选择通道 ），滤波方式 半正弦）和频率（5000赫兹），加 滤波方式（ 赫兹）， 道4），滤波方式（半正弦）和频率（5000赫兹），加 速度（163G），作用时间（ 毫秒） ），作用时间 速度（163G），作用时间（2毫秒）以及容差范围 15%）之后再选择SRS,即可以跟经典波形作对比。 SRS,即可以跟经典波形作对比 （±15%）之后再选择SRS,即可以跟经典波形作对比。
sec14
晶体能带
E
k
11
第一B区中不等价状态有多少呢？
• 第一布里渊区中所有的[k]都是不等价的
* 有多少？
• 这里先讨论一维情况，很容易推广到三维 • 对循环边界条件 x Na x 用Bloch定理，得 x Na e iNak x
* 对称的部分相互抵消，不对称的部分形成电流
http://10.107.0.68/~jgche/
金属、绝缘体解释
16
投影能带图
• 为讨论方便，有时需要 将能带往某一方向投 影，得到所谓的投影能 带
http://10.107.0.68/~jgche/
金属、绝缘体解释
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金属、绝缘体、半导体、半金属的能带
* 价带顶和导带底概念对应化学中分子的最高占据分 子轨道和最低未占据分子轨道(HOMO和LUMO)
http://10.107.0.68/~jgche/ 金属、绝缘体解释
21
典型的IV族元素半导体能带
• 这是典型的金刚石结构的半 导体的能带图(Si)：费米能 级(价带顶)，间接能隙 • 最重要的是半导体能带在价 带顶以上有贯通整个B区的 能隙——禁带 • 也仍然可以看到自由电子能 带发展而来的影子，虽然有 很大的差别 • XW之间的简并是典型的 金刚石结构因子特有，因为 其原胞内两个原子完全等价
* 以原胞计每条能带只分配到一个不等价的k 晶体能带 * 第一B区的每条能带，有N个不同的[k]，同 时，整个系统也有N个原胞，所以正好相当 E 于每个原胞内每条能带一个k状态
• 每个k，自旋向上、向下各一个状态
* 每个状态可填一个电子，所以每条能带， 可填不同自旋的两个电子 * 原胞内每两个电子填第一Brillouin区内的一 条能带
考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法
分 析方 法 ； 检 验舰 载 设 备 的抗 冲 能力 和 抗 冲设 计 提 供一 种 途 径 。 为 关键 词 ：冲击 响应 分 析 ； 谱跌 ；冲击 输 入谱 ； Ｄ Ｍ ； Ｄ Ａ 推进 轴 系 中 图分 类 号 ： Ｈ１ ３ Ｔ １ 文 献 标识 码 ： Ａ
Ａ ｐｅ ｔ ｕ ｅ ｈｏ ｏ ｈ ｃ ｅ ｐ ｎｓ ｖ ｌ ｔｏ ｆｓ ｉ ｂｏ ｒ ｓ ｃ ｒ ｍ ｍ ｔ ｄ ｆ ｒ ｓ ｏ ｋ ｒ ｓ ｏ ｅ ｅ ａ ｕａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｐ ａ ｄ
ｓ ｏ ｓ ｐ ｃｒ ｍ ｎ ｌｓｓｆｒｓｍｅｅ ｕｐ ｎｓ ａ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅ ｎ ｒｔ ａ ｉｅ ａ ｅ ｓ ｏ ｋ ｅ ｃｔｔｏ Ｔ ｉ ｆ ｎ ｐ ｎ ｅｓｅ ｔ ｕ ａ ａｙ ｉ ｏ ｏ ｑ ｉｍｅ ｔ ｎ ｔｕ ｔ ｒｓｕ ｄｅ ｈ ｔｇｖ ｎ ｂ ｓ ｈ ｃ ｘ ｉ ｉｎ． ｈ ｓｏ ｅ ａ ｔ ｏ ｃ ｒ ｎ ｔ ｅ ＵＮＤＥＸ ｅ ｐ ｎ ｅ ｖ ｌ ａ ｉｎ ａ ｎ ｉ ｓ ｏ ｋ ｄ ｓｇ ｏ ａ ｇ —ｓ ａ ｅ ｓ ｉ ｂ ａｄ ｍａ ｈ ｎ ｒ ｃ ｕ ｓ ｉ ｈ ｒ ｓ ｏ ｓ ｓ ｅ ａｕ ｔｏ ｎｄ ａ ｔ－ ｈ ｃ ｅ ｉｎ ｆ ｒ ｌｒ ｅ ｃ ｌ ｈ ｐ ｏ ｒ ｃ ｉ ｅｙ． Ｔ ａ ｔｉ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｔａ ｎ ｔｓ ｅ ｔｕ ｓ ｏ ｌ ｎｃ ｒ ｒ ｔ ｈ ‘ｐｅ ｔｕ ｄ ｐ’ｅｆ ｃ ．Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ａ ｅ ｈｅｆ ｃ ｓｔ ａ ｈ ｃｕ ｌｉ ｐｕ ｐ ｃｒ ｍ ｈ ｕ ｄ ｉ ｏ ｐｏａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｃ ｒ ｍ ｉ ｆｅ ｔ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔｋ
ＮＯ ． ０１ Ｖ ２ Ｏ
考 虑谱 跌 的舰载 设 备 冲击 响应 谱 分 析法
贺少 华 ，吴 新 跃
（ 军工 程 大 学机 械 工 程 系 ， 汉 ４ ０ ３ ） 海 武 ３ ０ ３
Sec14_冲击响应谱分析
S14-10
从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 确定结构(可以包括小结构)的瞬态响应
● 结构激励可以是力，也可以是强迫运动 ● 求解序列SOL 109, SOL 112
● 执行控制段
● SOL 109 ● 例如：
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
S14-2
响应谱方法
● 响应谱描述的是单自由度系统的峰值响应的近似方法， 是基础激励和固有频率的函数。
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
uB(t)
S14-3
u3(t) u3max
t =>
t
响应谱方法(续)
2
3%
3
5%
最大响应和相对响应
● 从ui(t)计算每个振荡器的最大位移响应uimax 。同样的，计 算每个振荡器和其基础(振动结构上的一个点)之间的最大 相对位移urimax.
● 最大相对速度和绝对加速度，与最大相对位移之间有如下 近似关系。
urima x ωruimax uima x ω2urimax
这里存在一个暗含的假设即振荡器系统的质量相对于大结构基础结构质量而言非常小所以两者之间没有动力学耦合现象
第14章 冲击响应谱分析
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
S14-1
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
冲击响应谱及冲击等效分析
冲击响应谱及冲击等效分析冲击响应谱及冲击等效分析是结构工程中一种常用的动力分析方法，其主要用于评估结构在地震或其他冲击载荷作用下的响应情况。
在冲击响应谱分析中，将冲击载荷根据不同频率进行分解，得到不同频率下的响应加速度，再根据加速度与频率的关系，绘制出冲击响应谱图以评估结构的强度和稳定性。
1.冲击载荷分解：将冲击载荷根据频率进行分解，得到不同频率下的冲击加速度。
2.冲击响应求解：根据结构的动力特性，结合分解得到的冲击加速度，计算结构在不同频率下的响应加速度。
3.冲击响应谱计算：根据不同频率下的响应加速度，绘制冲击响应谱图。
4.改进的冲击响应谱方法：一般情况下，冲击响应谱分析是基于结构的最大响应来进行的。
但在一些特殊情况下，最大响应并不一定发生在与冲击载荷频率一致的情况下。
因此，一种改进的冲击响应谱方法被提出，即将冲击响应谱与结构频率的频谱进行叠加，得到改进的冲击响应谱。
冲击等效分析是一种简化的冲击响应谱方法，其主要目的是将冲击响应谱转化为等效静力载荷，以简化结构的分析。
冲击等效分析主要包括以下几个步骤：1.冲击载荷的等效：根据冲击响应谱图，选择一个代表性频率，计算当频率下的冲击加速度。
2.冲击响应的等效：根据冲击加速度和几何特性，计算结构在冲击载荷作用下的等效静力载荷。
3.结构静力分析：应用等效静力载荷对结构进行静力分析，计算结构的响应。
冲击等效分析的主要优点是简化了结构动力分析的复杂度，对于简化的结构或低频地震作用下的结构具有较好的适用性。
然而，冲击等效分析也存在一定的局限性，无法准确考虑结构的动力特性和频谱特性。
综上所述，冲击响应谱及冲击等效分析是结构工程中常用的动力分析方法，通过分析冲击载荷对结构的影响，评估结构的强度和稳定性。
通过冲击响应谱分析和冲击等效分析，可以得到结构在冲击载荷作用下的响应加速度和等效静力载荷，为结构设计和抗震设计提供参考依据。
半正弦冲击与冲击响应谱
半正弦冲击与冲击响应谱
半正弦冲击是一种特殊的冲击载荷类型，其载荷具有类似于正弦函数
的波形，但是具有一个陡峭的上升沿和一个平缓的下降沿。
这种载荷类型
主要用于模拟突然的力作用或者爆炸性的冲击载荷。
在实际工程中，半正
弦冲击常常用于测试和研究材料和结构的耐久性、抗冲击性等性能。
冲击响应谱是一种重要的工程分析方法，通常用于预测和评估结构在
地震、爆炸、风暴等自然灾害或者人工冲击事件中的响应。
冲击响应谱可
以通过对结构的加速度、速度和位移等响应信号进行傅里叶变换得到，它
反映了结构在不同频率下受到冲击载荷时的响应情况。
在应用半正弦冲击进行结构冲击试验时，需要通过测量结构的加速度、速度和位移等响应信号，得到其冲击响应谱。
首先需要对实验中的半正弦
冲击载荷进行预处理，例如校准冲击质量、冲击速度等参数，确保冲击质
量和速度符合要求。
然后，在进行冲击试验时，需要选择合适的试验参数
和测量设备，通过分析得到结构的响应信号和响应谱。
在实际应用中，半正弦冲击与冲击响应谱常常相互结合，用于评估结
构的抗震性能、抗冲击性能等。
通过比较不同载荷、不同频率下的冲击响
应谱曲线，可以评估结构的响应特性，选择合适的材料、结构设计方案等，提高结构的抗震性能和安全性。
此外，半正弦冲击与冲击响应谱还常用于
验证有限元模型的准确性和精度，提高模型的可靠性和预测能力。
综上所述，半正弦冲击与冲击响应谱作为重要的工程分析方法，为评
估结构的抗震性能、抗冲击性能提供了重要的手段和指导，对于提高结构
的安全性和可靠性有着重要的作用。
冲击响应谱
冲击响应谱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。
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。
实验室冲击响应谱比对参数识别技术研究
实验室冲击响应谱比对参数识别技术研究
舒礼邦;陈东东;张静
【期刊名称】《电子产品可靠性与环境试验》
【年(卷),期】2022(40)4
【摘要】冲击响应谱试验一般将时域波形加速度峰值和冲击响应谱拐点频率作为比对参数,但比对方法没有统一的标准。
为了提高两个参数的比对精度,建立了冲响低通滤波截止频率模型和冲击响应谱传递率模型。
利用半正弦波的频谱截止频率和傅里叶变换性质建立了低通截止频率模型,并用最小二乘数值方法,求解出模型的线性项、二次项、三次项解析式,验证出实测数据和利用二次项解析式得到的数据最逼近。
将多激励点冲响数据构成向量的L2-范数作为系统激励,监测的冲响数据作为系统响应,依据信号Laplace和Fourier变换关系,推导了冲击响应谱传递率模型,其模型曲线的拐点峰值明显尖锐,更易识别。
两种模型提高了比对冲响时域加速度峰值的准确性,降低了冲响谱直接识别拐点频率的误差。
【总页数】10页(P52-61)
【作者】舒礼邦;陈东东;张静
【作者单位】中国电子科技集团公司第五十五研究所;南京奥马微波光电产品检测中心有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB523;V216.55
【相关文献】
1.冲击响应谱计算相关参数选择的研究
2.振动台进行冲击响应谱试验控制参数优化方法
3.摆锤式冲击试验机的加速度频率响应谱及基本参数计算式
4.新型冲击响应谱发生器试验参数智能协同优化设计
5.冲击响应谱试验参数的设置
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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。
1 Hz Model
2 Hz Model
4 Hz Model
.5 Hz Model 10 Hz Model
20 Hz Model
40 Hz Model
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从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 工况控制段
● OUTPUT(XYPLOT) ● XYPLOT DISP SPECTRAL (计算位移谱) ● XYPUNCH DISP SPECTRAL (生成包含谱数据的文件)
● 例如
● XYPUNCH ACCELERATION SPECTRAL 1/1 (T1RM) 该命令使用节点1在X(T1)方向的运动，在DTI,SPSEL卡的记录号1处， 创建一个包含绝对(RM)加速度谱数据的.pch文件。 如果是T1IP则代表X 方向的相对(IP)响应谱。
响应谱方法(续)
● 响应谱用于提供结构每阶模态的最大响应。 ● 结构的响应通过最大模态响应的组合得到。组合方法有
许多种。因而，响应谱分析求得的是近似值。
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.. max
ua.
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4Hz脉冲的单自由度响应
Zeta=.05, 4Hz单循环激励，不同单自由度系统的瞬态响应
(注意: Y轴应实际大小而变化；黑线为强迫加速度激励曲线)
● SOL 109直接瞬态分析 ● SOL 112模态瞬态分析
● 更多信息参见MSC Nastran Advanced Dynamics User’s Guide.
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0%
2
3%
3
5%
最大响应和相对响应
● 从ui(t)计算每个振荡器的最大位移响应uimax 。同样的，计 算每个振荡器和其基础(振动结构上的一个点)之间的最大 相对位移urimax.
● 最大相对速度和绝对加速度，与最大相对位移之间有如下 近似关系。
●
设计谱通常用这些变量表示umrax,
.max
ur ,
● 例子：由地震引起的电厂的运动。在机械设备(如机器、管道系统)的安 装位置计算频谱，然后用这些频谱来进行响应谱分析以帮助设备设计。
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从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
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从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 确定结构(可以包括小结构)的瞬态响应
● 结构激励可以是力，也可以是强迫运动 ● 求解序列SOL 109, SOL 112
● 执行控制段
● SOL 109 ● 例如：
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第14章 冲击响应谱分析
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● 这里存在一个暗含的假设，即振荡器系统的质量相对于大结构(基 础结构)质量而言非常小，所以两者之间没有动力学耦合现象。 (因而小结构应用频谱来计算响应的过程可以从总体结构的瞬态分 析中解耦出来单独进行计算)。
● 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
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响应谱方法
● 响应谱描述的是单自由度系统的峰值响应的近似方法， 是基础激励和固有频率的函数。
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uB(t)
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u3(t) u3max
t =>
响应谱方法(续)
● 对于不同的阻尼值，重复响应谱分析产生一簇曲线。 因而提供模态响应的最大值是必须的。
*振荡器阻尼；临界阻尼
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Curve 1
Damping (*)
4Hz脉冲的单自由度响应(续)
0.35
1.15
2.70
1.57
1.05
1.05
Zeta= 0% Zeta= 2% Zeta= 5%
Acceleration (in/sec**2)
2.00
4.00
20.0
40.0
Frequency (Hz)
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● 例子
DISPLACEMENT(plot,SORT2,REAL)=ALL VELOCITY(plot,SORT2,REAL)=ALL OUTPUT (XYPLOT) XYPLOT ACCE SPECTRAL 1/57 (T3RM) XYPUNCH ACCE SPECTRAL 1/57 (T3RM)