某冲击响应谱试验过试验现象及其原因分析

刘 刚

天津航天瑞莱科技有限公司 天津 300462

冲击响应谱试验是是现阶段应用最为广泛的一种试验方式,因为在试验过程当中激励的频率覆盖范围广泛,比传统的冲击试验更具贴近实际情况,因此被公认为是较为方便的试验方式。在整个试验的过程中,我们的控制目标是电动振动台、夹具及产品这个系统的整体响应,而非产品本身,因此对于产品,会发生过试验的现象。近几年进行冲击响应谱试验的产品内部结构比较复杂,而过试验现象会影响产品的性能,因此研究这种过试验现象就显得尤为重要。

一、冲击响应谱试验优势

冲击响应谱在试验过程当中用途特别广泛,主要是因为如下两点优势：一是我们在进行冲击试验研究的过程当中,不是单纯的研究冲击波形本身有什么特征,而来研究冲击作用对于整个设备以及系统的作用,如果我们采用传统的波形进行研究,用冲击量级和时间历程来描述损伤,不但困难而且可能会出现错误的结论,如果我们采用冲击响应谱就可以很好的避免在试验过程当中出现错误。二是我们在进行冲击试验的过程当中,如果采用了传统的冲击波形,在试验过程当中对于脉冲的类型就有着明确要求,但是如果我们采用冲击响应谱的标准来进行试验,对于脉冲的要求就会大大降低,在试验过程当中可操作性和灵活性就会直线提高。除了上述的两点优势之外,如果在试验的过程当中采用了冲击响应谱试验来分析,就可以对于产品的载荷有着更加科学而准确的把握,还可以给设计人员提供一个更加灵活的技术方法,确保试验的可操作性和可重复性。

二、试验简述

由于一些产品在冲击试验过程当中出现了性能失效,我们为了分析出现产品性能失效的原因,因此展开了冲击响应谱试验。

为了能够提高产品耐受冲击的能力,我们在产品设计的过程当中采用了减振器进行缓冲。试验件通过减振器安装在专用夹具上,夹具刚性固定在振动台扩展台台面上。试验采用单点控制进行,控制点(Channel 1)位于夹具与减振器的连接面上,试验件上安装一个测量点(Channel 2)。

三、数据采集与结果分析

3.1 控制点和测量点的数据采集 试验前我们要合理选择传感器的位置,控制点(Channel 1)贴在夹具刚度最大且靠近产品的位置,测量点(Channel 2)贴在产品失效位置。然后选定试验条件阶梯式升量级进行试验。试验过程中要关注控制曲线是否符合条件要求。我们分别保存－12dB、－6dB、0dB的时域数据。

3.2 试验结果的对比与分析 我们在试验的过程当中得到了六个曲线,分别是冲击响应谱试验－12dB、－6dB、0dB时的时域控制曲线与测量曲线(示意图见图1),我们将时域控制曲线与测量曲线的加速度值记录下来,用于之后的对比与分析。

图1 时域测量曲线示意图(0dB)

3.3 试验现象及测量曲线过试验原因分析 通过试验,我们得到－12dB、－6dB、0dB的时域控制曲线加速度值分别为33.47g、65.34g、107.6g,－12d B、－6d B、0dB的时域测量曲线加速度值分别为36.77g、80.34g、168.1g。通过上述的试验结果进行比较分析可以得出,控制曲线与测量曲线之间的加速度值差异随着试验量级的增加而不断增大。在－12dB时,控制曲线和测量曲线的加速度一致性还是比较高的,并且时域的幅值差异值也较小,误差率只有9.86%；在量级变为－6dB之后,两者之间的差异已经上升到了22.96%；在量级变为0dB时,两者之间的差异已经相当大,达到了56.23%。我们在试验过程当中采用的减振器是一种橡胶垫,由于厚度较薄,线性工作范围就比较有限,如果冲击过程当中产生的位移超过了减振器的刚性非线性区时,就会导致我们在产品上的测量点的冲击响应数值,在大加速度时出现了典型的非线性。

我们在冲击试验的过程当中是一个逐级递进的过程,首先是一个低量级的试验,然后逐步增加量级,通过试验结果我们得出,冲击响应谱的时域控制曲线与测量曲线在低量级时冲击加速度呈现了很好的一致性,而在高量级时冲击加速度呈现出了非线性的特性。但是继续进行低量级冲击时,两者还是有一个比较好的一致性,这个现象使得非线性呈现了一种时变性,即低量级线性－高量级非线性－低量级线性的特性。

我们在进行数据分析的过程当中是基于一次冲击全过程的剖析,这里就会存在两种不同的非线性,一种是一次冲击过程时变非线性响应特性,另外一种是不同量级之间存在的非线性。时变非线性使这一次分析没有办法能够更为准确地进行,不同量级之间的非线性也会使试验结果更具不确定性,从而也达不到试验的预期效果,这两种非线性都会导致我们产品实际受到的冲击当中出现超规定量级现象。

对于整体及产品的冲击试验,如果在试验过程当中也有像上述的非线性现象,就会形成一个相互影响的力学系统,这样也会导致我们在进行试验过程当中冲击响应会呈现一定程度的非线性。无论是螺丝连接当中的刚性弱,还是预紧力不足以产生摩擦力,又或者是减振器的选择不当,这些都会导致大量级冲击时时呈现出一种时变非线性的现象出现,如果这样的非线性响应出现的话,就一定会影响我们对产品应力的控制,进而产生过试验现象。

结束语：我们通过试验可以得出,在试验过程当中过试验现象产生的最主要因素就是非线性。我们可以通过后续的研究,对于这种非线性控制对象建立一些更好的控制与测量的系统,进而来提高我们在进行试验过程当中的准确性与精确性,进而减小过试验对产品的损伤。