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冲击响应谱规范试验室模拟述评 E裟出曲订环境适应性和可靠性l■ 冲击响应谱规范试验室模拟述评 ReviewofLaboratorySimulationaboutShockResponseSpectrumTest 文1中国航天员科研训练中心刘洪英马爱军安梅岩石蒙 摘要:冲击响应谱试验已是航天产品必做的力学环境试验,本文介绍了目前试验室普遍使用的冲击响应谱模拟的手段,阐述了用 电动振动台模拟和用机械式试验机模拟的差异,并对存在的差异进行了讨论. Abstract:ShockResponseSpectrum(SRS)testiSanecessarymechanicsenvironmenttestofaerospaceproducts. ThiSpaperintroducesseveralcommonusedmethodsofShockResponseSpectrumSimulationinlaboratory,expatiates onthedifferenceofelectro—dynamicshakersimulationandthemechanicalapparatussimulationanddiSCUSSeS thjSdifference. 关键词:航天产品;冲击响应谱;试验室模拟 KeyWOrdS:aerospaceproducts;shockresponsespectrum 1引言 随着航天技术的发展,爆炸冲击环境越来越受到重视,航 天实践证明,冲击响应谱试验能够早期暴露航天产品在材料, 结构和工艺等方面的缺陷,为了保证航天器在爆炸冲击环境下 的可靠性,有必要进行地面爆炸冲击环境模拟试验以便早期暴 露结构缺陷,冲击响应谱试验已经成为大多数航天产品必做的 力学环境试验项目之一. 2冲击响应谱定义及试验室模拟实现手段 2.1冲击响应谱定义 爆炸冲击是一种确定性非周期性的瞬态振动.爆炸冲击环 境的特点是:高幅值的振荡波形,持续时间很短,一般在20ms 内衰减到零. 由于在试验室环境下很难真实地再现冲击的时域特征,为 了研究结构的耐冲击能力,目前航天产品的耐冲击设计与爆炸 冲击环境模拟试验采用冲击响应谱的概念. 冲击响应谱是一系列不同频率,具有一定阻尼的线性单自 由度系统受到冲击所产生的最大响应与系统频率的关系曲线. 根据定义,冲击响应谱反映的是线性单自由度系统固有频率与 系统受到冲击时所产生的最大响应之间的关系,其间不包含激 励与响应之间的相位信息,因此,冲击时域波形和冲击响应谱 之间不存在唯一的对应关系.不同的冲击时域波形可以有相同 的冲击响应谱,同一冲击响应谱可以对应多个冲击时域波形. 2.2冲击响应谱试验规范描述 用冲击响应谱来描述爆炸冲击,目前通用的试验规范是给 定一定频率范围内所对应的冲击响应谱值(如图1所示),且 冲击响应谱值有一定的容差要求;对时域信号有一定的持续时 间要求,爆炸冲击环境的持续时间要求是≤20ms[,,对时 域信号的峰值大小没有确定要求. 图1中,中1为低频部分的上升斜率,中2为高频部分冲击 响应谱幅值;fl,f2和f3分别为冲击响应谱的起始频率,拐点 频率和终止频率. 2.3冲击响应谱试验室模拟实现手段 爆炸冲击环境的模拟比较复杂,试验设备的类型也较多, 且没有统一的设备计量国家标准.目前航天冲击响应谱规范试 验室模拟,通用设备有电动振动台和机械式试验机两大类,其 中机械式试验机主要有谐振板式冲击谱机和摆锤式冲击谱机两 种. 』J目 速 度 g fLf2f3 颧率Hz 图1冲击响应谱试验规范 EnvironmentalTechnology?October201034 E叩切M”y环境适应性和可靠性 (1)谐振板式冲击谱试验机 谐振板式冲击谱试验机的基本原理是:冲击锤对板的激励 是垂直落下的(激励点在板的上表面),当一块板受到冲击时, 板会被激起谐振,调整冲击力的作用效果,使板被激起的响应 近似于复杂的衰减正弦波,若此响应对应的冲击响应谱值与要 求的规范谱值一致,则可认为固定在板上的试验样品经受了爆 炸冲击环境试验【3J. (2)摆锤式冲击谱试验机 摆锤式冲击谱试验机的基本原理是:冲击锤对台体的激励 是摆锤撞击式的(激励点在台体的侧面),冲击锤撞击台体时, 台体在此激励的作用下产生瞬态振动,若此时台体上的响应对 应的冲击响应谱值与要求的规范谱值一致,将试验样品装在台 体上,就可认为样品经受了冲击环境试验[. (3)电动振动台 电动振动台模拟爆炸冲击环境的基本原理是:使用各种不 同的波形组合来实现冲击响应谱模拟.冲击响应谱反映的是线 性单自由度系统固有频率与系统受到冲击时所产生的最大响应 之间的关系,其间不包含激励与响应之间的相位信息,因此, 冲击时域波形和冲击响应谱之间不存在唯一的对应关系.不同