冲击响应谱试验规范述评

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1、振动与冲击第!"卷第!期#$%&’()$*+,-&(.,$’(’/01$23+456!"’46!!77!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!冲击响应谱试验规范述评"卢来洁马爱军冯雪梅（航天医学工程研究所，北京"77789）摘要在冲击试验中，制定一个能真实地模拟爆炸冲击环境的试验规范是确保试验产品安全、真实地经受冲击环境考验的前提条件。本文阐述了冲击响应谱试验规范的起源，冲击响应谱的概念、算法及算法比较，冲击响应谱规范的科学性及局限性。关键词：冲击响应谱，试验

2、规范中图分类号：.-"!:7引言"8世纪97年代国外建起了最简单的冲击试验设备，以用于某些产品的试验，一种是落下式试验机，可用冲击是指一个结构系统受到的瞬态载荷，也可以于产生简单冲击波形，主要是半正弦；另一种是摆锤看成能量从外界传递到一个结构系统的短暂过程。式冲击机。用理想脉冲作为试验规范，多用于舰船设冲击一般分为简单冲击和复杂冲击，简单冲击，其冲备的试验。随着电子技术和环境模拟理论的发展，冲击幅值随时间变化的曲线近似简单的几何图形，如半击试验技术有了很大变化，为了研究结构耐冲击能正弦、矩形波和锯齿波等。复杂冲击，其冲击幅值随力，布洛特（-54;<(

3、）于"8=:年提出了冲击响应谱时间变化的曲线呈复杂的衰减振荡形。图"和图!分（0>4?@&ABC4DBA0CA?;EFG）的概念。别是简单冲击和复杂冲击的时域图。冲击响应谱通常又称“冲击谱”［"H:］，是指将冲击激励施加到一系列线性、单自由度弹簧、质量系统时，将各单自由度系统的最大响应值，作为对应于系统固有频率的函数而绘制的曲线。它用冲击载荷作用在结构系统上的效果，即结构系统对冲击载荷的响应来描述冲击。随着冲击响应谱概念的提出和计算方法的完善，目前冲击响应谱作为试验规范已被广泛地用于产品的耐冲击设计与冲击环境模拟试验。本文主要对冲击响应谱的科学性，冲

4、击响应谱的算法及冲击响应谱图"半正弦加速度时间历程曲线试验规范的局限性作一全面阐述。"冲击响应谱规范的科学性运载火箭、飞机、船舶、车辆及各种工程机械，在其运行时经常受到冲击的作用，对各自的结构、性能以及安装设备都将产生有害影响，为了保证产品能够抵挡冲击环境的有害影响，应制定科学的试验规范。早期的冲击试验，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，对波形进行傅里叶分析可以看到：简单冲击会有较大的低频能量，试验时常使许多设备特别是带减震器的设备，由于低频过试验图!复杂冲击加速度时域曲线而损坏。另外，由于在实际环境中经常遇到的是变化在过去，冲击试

5、验多以理想脉冲试验为主，早在持续时间的复杂冲击，因此用半正弦脉冲做为试验规"收稿日期：!77"H7IH"!万方数据第一作者卢来洁女，工程师，"8=J年"!月生第%期卢来洁等：冲击响应谱试验规范述评$/范还会导致下述问题，如在试验室里用对称的脉冲谱这就是冲击响应谱试验规范的科学性。即半正弦作试验，在试验室里已通过冲击试验的设%冲击响应谱的算法备，在野外实际环境中又有损坏的。因此，冲击试验最好不用时间历程曲线或脉冲波作规范。目前，国内外普遍采用［!，"］等效损伤原则模拟复杂振荡型冲击环境，即用冲击响应谱来作为模拟冲击环境标准，若产品在规定时间历程内在冲击

6、模拟装置产生的冲击激励作用下产生的冲击响应谱应与实际冲击环境的冲击响应谱相当的话，就可以认为该产品经受了冲击环境考核。图#为冲击谱试验规范，它由低频部分的上升斜率!$、拐点频率!%、高频幅值!%及冲击谱的频率范围图!单自由度弹簧、阻尼、质量系统!$"!#等几部分组成。图!为一单自由度系统，质量为#，刚度为$，阻尼为%。该系统在基座加速度激励下的运动方程为：&*%（’）+,-&（’）（$）"（’）(%#$")（’）($")式（$）中"（’）是质量#相对于基座的位移；"（’）+.（’）,-（’）-（’）：基座的绝对位移；.（’）：质量#的绝对位移；$)+

7、!/01$)：单自由度系统的固有频率；#+20%!/01图#冲击响应谱试验规范：单自由度系统的阻尼系数。#航天领域中，爆炸冲击是典型的复杂振荡型冲在零初始条件下，系统对基座输入激励的相对位击［$，"］，它主要是由于航天器上各种火工装置的工作移响应为引发的。如卫星或飞船和末级火箭的分离、飞船舱段$’-&（"（’）+,%）:;［<,#$（)’,的分离、船上伸展部件的释放和展开等工作均需特定$"%&)!$,#的火工装置来完成。火工装置种类繁多，它们产生的%）］(=［>$)!$,#（%’,%）］3%（%）冲击环境对航天器的影响也有很大的差别，但概括地对于待分

8、析的冲击加速度时间历程-&（’），当给定讲，爆炸冲击环境的共同特点是：高幅值的振荡波形，一个$)时，由（%）