振動試驗基礎：試驗條件內(nèi)容介紹之沖擊試驗

時間：2020-11-03 01:31:24

關鍵字：振動物理

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[導讀]沖擊是指在極其短暫的時間內(nèi)給產(chǎn)品施加一個高量級的外力脈沖，從而評估其在儲存、運輸、使用的壽命周期內(nèi)對沖擊環(huán)境的適應性和耐受程度。沖擊試驗有很多種，自由跌落、翻轉(zhuǎn)、拋摔、拍擊、撞擊、彈道沖擊、爆炸沖擊等等。一般常見的沖擊試驗有三種：經(jīng)典波形沖擊、沖擊響應譜、瞬態(tài)沖擊脈沖波形（短時實測波形）。

本文來源于振動試驗學習筆記

4.3 沖擊（shock）試驗條件內(nèi)容介紹

沖擊是指在極其短暫的時間內(nèi)給產(chǎn)品施加一個高量級的外力脈沖，從而評估其在儲存、運輸、使用的壽命周期內(nèi)對沖擊環(huán)境的適應性和耐受程度。沖擊試驗有很多種，自由跌落、翻轉(zhuǎn)、拋摔、拍擊、撞擊、彈道沖擊、爆炸沖擊等等。一般常見的沖擊試驗有三種：經(jīng)典波形沖擊、沖擊響應譜、瞬態(tài)沖擊脈沖波形（短時實測波形）。

1 經(jīng)典波形沖擊

半正弦波（halfsine wave）、半正矢波形（haversine wave）、梯形波（trapezoidalwave）、鋸齒波（sawtooth wave）、三角波（triangle wave）。

試驗1：

正弦半波加速度10G脈寬20msec

正方向3次反方向3次三個方向（X、Y、Z）沖擊　

試驗2：

后鋸齒波加速度5G脈寬15msec

正方向5次三方向（X、Y、Z）沖擊

試驗3：

梯形波加速度50G脈寬8.4msec

正反方向各5次三方向（X、Y、Z）沖擊

試驗條件內(nèi)容相對比較簡單，需要注意的地方是，必須注意控制波形在容差帶內(nèi)，實在不行的情況下，上升沿波形必須在容差帶內(nèi)。

另外，還有一個前補償和后補償?shù)母拍?，即下圖所示中的B1和B2，一般振動控制儀中的默認值為A的10%。當位移量不夠用的時候，可以適當調(diào)整前后補償，改變最大位移量。

2 沖擊響應譜（SRS，Shock Response Spectrum）

經(jīng)典波形沖擊試驗由于沒有考慮機構對沖擊的響應，在實際環(huán)境中還是有損壞的情況發(fā)生，已經(jīng)不能滿足試驗的要求。于是，沖擊響應譜概念便被提出，指在沖擊激勵函數(shù)的作用下，一系列單自由度振動系統(tǒng)的最大（加速度、速度、位移）響應值隨系統(tǒng)的固有頻率而變化的圖譜。提供的是一個產(chǎn)品和它的組成部分對一個給定的輸入脈沖響應的估計方法，具有更加真實的環(huán)境模擬效果。

沖擊響應譜控制技術通常用來模擬復雜振動環(huán)境如地震和爆炸沖擊。它是描述瞬態(tài)波形對結構的潛在損傷程度。試驗參考譜即沖擊響應譜，通過沖擊響應譜合成出時域波形，時域波形由用戶指定阻尼的正弦或半正弦波合成，從而驅(qū)動振動臺振動。

能實現(xiàn)沖擊響應譜的試驗設備有很多，在爆炸沖擊中應用最為廣泛。隨著電動式振動臺控制技術的發(fā)展，在振動臺上己經(jīng)實現(xiàn)了模擬低幅值的復雜沖擊環(huán)境的沖擊譜的能力，如沖擊響應譜控制中的小波綜合及正弦衰減模擬方式等等。電動振動臺操作成本低、可控性高等優(yōu)點，但它們的幅值、頻譜范圍(3 kH z以下)和方向受到限制。

試驗1：

目標SRS：10-1000Hz，加速度10m/s2

SRS分析條件：采樣頻率8192Hz

數(shù)據(jù)點數(shù)：4096點

波形合成條件：變諧正弦波

控制條件：線數(shù)800

沖擊方向：X、Y、Z，每方向三次。

試驗2：

頻率范圍：

5-100Hz：響應譜5-30g

100-5000Hz:響應譜30g

沖擊方向：X、Y、Z，每方向三次。

3　瞬態(tài)沖擊脈沖波形（短時實測波形）

通過實時主動控制來完成，包含了導入瞬態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)編輯，在振動臺上復現(xiàn)波形數(shù)據(jù)的過程，比如地震再現(xiàn)等試驗。在利用振動臺進行試驗的時候，需要注意動圈位移和功放額定功率的限制，必要的時候可以通過數(shù)據(jù)編輯改變量級，以便有效地實現(xiàn)試驗的動態(tài)特性。

試驗1：

下圖，從某國家地震網(wǎng)站上下載的csv地震文件，通過數(shù)據(jù)編輯（單位和采樣頻率指定、過濾處理、首尾數(shù)據(jù)處理、頻率變換、數(shù)值間演算、數(shù)據(jù)點數(shù)變更、補償波附加等過程）后得到的一個方向上的地震波波形。

總結：

沖擊環(huán)境是振動的一種非穩(wěn)態(tài)、持續(xù)時間相對較短的機械瞬態(tài)振動。

個人認為，沖擊試驗是電動式振動臺能實現(xiàn)的試驗中，最難的試驗，不能理解概念的話，就不能更好的操作控制軟件，也就不能得到良好的試驗結果。可能是個人所涉及的沖擊試驗經(jīng)驗比較少，也有可能造成沖擊的原因很多且各不相同，對產(chǎn)品造成的效應也不相同。由于沖擊情況復雜性，很難歸類。

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