某沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)過試驗(yàn)現(xiàn)象及其原因分析

劉 剛

天津航天瑞萊科技有限公司 天津 300462

沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)是是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種試驗(yàn)方式,因?yàn)樵谠囼?yàn)過程當(dāng)中激勵(lì)的頻率覆蓋范圍廣泛,比傳統(tǒng)的沖擊試驗(yàn)更具貼近實(shí)際情況,因此被公認(rèn)為是較為方便的試驗(yàn)方式。在整個(gè)試驗(yàn)的過程中,我們的控制目標(biāo)是電動(dòng)振動(dòng)臺、夾具及產(chǎn)品這個(gè)系統(tǒng)的整體響應(yīng),而非產(chǎn)品本身,因此對于產(chǎn)品,會(huì)發(fā)生過試驗(yàn)的現(xiàn)象。近幾年進(jìn)行沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而過試驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)影響產(chǎn)品的性能,因此研究這種過試驗(yàn)現(xiàn)象就顯得尤為重要。

一、沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)優(yōu)勢

沖擊響應(yīng)譜在試驗(yàn)過程當(dāng)中用途特別廣泛,主要是因?yàn)槿缦聝牲c(diǎn)優(yōu)勢：一是我們在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)研究的過程當(dāng)中,不是單純的研究沖擊波形本身有什么特征,而來研究沖擊作用對于整個(gè)設(shè)備以及系統(tǒng)的作用,如果我們采用傳統(tǒng)的波形進(jìn)行研究,用沖擊量級和時(shí)間歷程來描述損傷,不但困難而且可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)論,如果我們采用沖擊響應(yīng)譜就可以很好的避免在試驗(yàn)過程當(dāng)中出現(xiàn)錯(cuò)誤。二是我們在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的過程當(dāng)中,如果采用了傳統(tǒng)的沖擊波形,在試驗(yàn)過程當(dāng)中對于脈沖的類型就有著明確要求,但是如果我們采用沖擊響應(yīng)譜的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行試驗(yàn),對于脈沖的要求就會(huì)大大降低,在試驗(yàn)過程當(dāng)中可操作性和靈活性就會(huì)直線提高。除了上述的兩點(diǎn)優(yōu)勢之外,如果在試驗(yàn)的過程當(dāng)中采用了沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)來分析,就可以對于產(chǎn)品的載荷有著更加科學(xué)而準(zhǔn)確的把握,還可以給設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)更加靈活的技術(shù)方法,確保試驗(yàn)的可操作性和可重復(fù)性。

二、試驗(yàn)簡述

由于一些產(chǎn)品在沖擊試驗(yàn)過程當(dāng)中出現(xiàn)了性能失效,我們?yōu)榱朔治龀霈F(xiàn)產(chǎn)品性能失效的原因,因此展開了沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)。

為了能夠提高產(chǎn)品耐受沖擊的能力,我們在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中采用了減振器進(jìn)行緩沖。試驗(yàn)件通過減振器安裝在專用夾具上,夾具剛性固定在振動(dòng)臺擴(kuò)展臺臺面上。試驗(yàn)采用單點(diǎn)控制進(jìn)行,控制點(diǎn)(Channel 1)位于夾具與減振器的連接面上,試驗(yàn)件上安裝一個(gè)測量點(diǎn)(Channel 2)。

三、數(shù)據(jù)采集與結(jié)果分析

3.1 控制點(diǎn)和測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集 試驗(yàn)前我們要合理選擇傳感器的位置,控制點(diǎn)(Channel 1)貼在夾具剛度最大且靠近產(chǎn)品的位置,測量點(diǎn)(Channel 2)貼在產(chǎn)品失效位置。然后選定試驗(yàn)條件階梯式升量級進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中要關(guān)注控制曲線是否符合條件要求。我們分別保存－12dB、－6dB、0dB的時(shí)域數(shù)據(jù)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果的對比與分析 我們在試驗(yàn)的過程當(dāng)中得到了六個(gè)曲線,分別是沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)－12dB、－6dB、0dB時(shí)的時(shí)域控制曲線與測量曲線(示意圖見圖1),我們將時(shí)域控制曲線與測量曲線的加速度值記錄下來,用于之后的對比與分析。

圖1 時(shí)域測量曲線示意圖(0dB)

3.3 試驗(yàn)現(xiàn)象及測量曲線過試驗(yàn)原因分析 通過試驗(yàn),我們得到－12dB、－6dB、0dB的時(shí)域控制曲線加速度值分別為33.47g、65.34g、107.6g,－12d B、－6d B、0dB的時(shí)域測量曲線加速度值分別為36.77g、80.34g、168.1g。通過上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析可以得出,控制曲線與測量曲線之間的加速度值差異隨著試驗(yàn)量級的增加而不斷增大。在－12dB時(shí),控制曲線和測量曲線的加速度一致性還是比較高的,并且時(shí)域的幅值差異值也較小,誤差率只有9.86%；在量級變?yōu)椋?dB之后,兩者之間的差異已經(jīng)上升到了22.96%；在量級變?yōu)?dB時(shí),兩者之間的差異已經(jīng)相當(dāng)大,達(dá)到了56.23%。我們在試驗(yàn)過程當(dāng)中采用的減振器是一種橡膠墊,由于厚度較薄,線性工作范圍就比較有限,如果沖擊過程當(dāng)中產(chǎn)生的位移超過了減振器的剛性非線性區(qū)時(shí),就會(huì)導(dǎo)致我們在產(chǎn)品上的測量點(diǎn)的沖擊響應(yīng)數(shù)值,在大加速度時(shí)出現(xiàn)了典型的非線性。

我們在沖擊試驗(yàn)的過程當(dāng)中是一個(gè)逐級遞進(jìn)的過程,首先是一個(gè)低量級的試驗(yàn),然后逐步增加量級,通過試驗(yàn)結(jié)果我們得出,沖擊響應(yīng)譜的時(shí)域控制曲線與測量曲線在低量級時(shí)沖擊加速度呈現(xiàn)了很好的一致性,而在高量級時(shí)沖擊加速度呈現(xiàn)出了非線性的特性。但是繼續(xù)進(jìn)行低量級沖擊時(shí),兩者還是有一個(gè)比較好的一致性,這個(gè)現(xiàn)象使得非線性呈現(xiàn)了一種時(shí)變性,即低量級線性－高量級非線性－低量級線性的特性。

我們在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的過程當(dāng)中是基于一次沖擊全過程的剖析,這里就會(huì)存在兩種不同的非線性,一種是一次沖擊過程時(shí)變非線性響應(yīng)特性,另外一種是不同量級之間存在的非線性。時(shí)變非線性使這一次分析沒有辦法能夠更為準(zhǔn)確地進(jìn)行,不同量級之間的非線性也會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果更具不確定性,從而也達(dá)不到試驗(yàn)的預(yù)期效果,這兩種非線性都會(huì)導(dǎo)致我們產(chǎn)品實(shí)際受到的沖擊當(dāng)中出現(xiàn)超規(guī)定量級現(xiàn)象。

對于整體及產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn),如果在試驗(yàn)過程當(dāng)中也有像上述的非線性現(xiàn)象,就會(huì)形成一個(gè)相互影響的力學(xué)系統(tǒng),這樣也會(huì)導(dǎo)致我們在進(jìn)行試驗(yàn)過程當(dāng)中沖擊響應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)一定程度的非線性。無論是螺絲連接當(dāng)中的剛性弱,還是預(yù)緊力不足以產(chǎn)生摩擦力,又或者是減振器的選擇不當(dāng),這些都會(huì)導(dǎo)致大量級沖擊時(shí)時(shí)呈現(xiàn)出一種時(shí)變非線性的現(xiàn)象出現(xiàn),如果這樣的非線性響應(yīng)出現(xiàn)的話,就一定會(huì)影響我們對產(chǎn)品應(yīng)力的控制,進(jìn)而產(chǎn)生過試驗(yàn)現(xiàn)象。

結(jié)束語：我們通過試驗(yàn)可以得出,在試驗(yàn)過程當(dāng)中過試驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的最主要因素就是非線性。我們可以通過后續(xù)的研究,對于這種非線性控制對象建立一些更好的控制與測量的系統(tǒng),進(jìn)而來提高我們在進(jìn)行試驗(yàn)過程當(dāng)中的準(zhǔn)確性與精確性,進(jìn)而減小過試驗(yàn)對產(chǎn)品的損傷。