某沖擊響應譜試驗過試驗現象及其原因分析

劉 剛

天津航天瑞萊科技有限公司 天津 300462

沖擊響應譜試驗是是現階段應用最為廣泛的一種試驗方式,因為在試驗過程當中激勵的頻率覆蓋范圍廣泛,比傳統的沖擊試驗更具貼近實際情況,因此被公認為是較為方便的試驗方式。在整個試驗的過程中,我們的控制目標是電動振動臺、夾具及產品這個系統的整體響應,而非產品本身,因此對于產品,會發生過試驗的現象。近幾年進行沖擊響應譜試驗的產品內部結構比較復雜,而過試驗現象會影響產品的性能,因此研究這種過試驗現象就顯得尤為重要。

一、沖擊響應譜試驗優勢

沖擊響應譜在試驗過程當中用途特別廣泛,主要是因為如下兩點優勢：一是我們在進行沖擊試驗研究的過程當中,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設備以及系統的作用,如果我們采用傳統的波形進行研究,用沖擊量級和時間歷程來描述損傷,不但困難而且可能會出現錯誤的結論,如果我們采用沖擊響應譜就可以很好的避免在試驗過程當中出現錯誤。二是我們在進行沖擊試驗的過程當中,如果采用了傳統的沖擊波形,在試驗過程當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譜的標準來進行試驗,對于脈沖的要求就會大大降低,在試驗過程當中可操作性和靈活性就會直線提高。除了上述的兩點優勢之外,如果在試驗的過程當中采用了沖擊響應譜試驗來分析,就可以對于產品的載荷有著更加科學而準確的把握,還可以給設計人員提供一個更加靈活的技術方法,確保試驗的可操作性和可重復性。

二、試驗簡述

由于一些產品在沖擊試驗過程當中出現了性能失效,我們為了分析出現產品性能失效的原因,因此展開了沖擊響應譜試驗。

為了能夠提高產品耐受沖擊的能力,我們在產品設計的過程當中采用了減振器進行緩沖。試驗件通過減振器安裝在專用夾具上,夾具剛性固定在振動臺擴展臺臺面上。試驗采用單點控制進行,控制點(Channel 1)位于夾具與減振器的連接面上,試驗件上安裝一個測量點(Channel 2)。

三、數據采集與結果分析

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

3.2 試驗結果的對比與分析 我們在試驗的過程當中得到了六個曲線,分別是沖擊響應譜試驗－12dB、－6dB、0dB時的時域控制曲線與測量曲線(示意圖見圖1),我們將時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 時域測量曲線示意圖(0dB)

3.3 試驗現象及測量曲線過試驗原因分析 通過試驗,我們得到－12dB、－6dB、0dB的時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。通過上述的試驗結果進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量級的增加而不斷增大。在－12dB時,控制曲線和測量曲線的加速度一致性還是比較高的,并且時域的幅值差異值也較小,誤差率只有9.86%；在量級變為－6dB之后,兩者之間的差異已經上升到了22.96%；在量級變為0dB時,兩者之間的差異已經相當大,達到了56.23%。我們在試驗過程當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,如果沖擊過程當中產生的位移超過了減振器的剛性非線性區時,就會導致我們在產品上的測量點的沖擊響應數值,在大加速度時出現了典型的非線性。

我們在沖擊試驗的過程當中是一個逐級遞進的過程,首先是一個低量級的試驗,然后逐步增加量級,通過試驗結果我們得出,沖擊響應譜的時域控制曲線與測量曲線在低量級時沖擊加速度呈現了很好的一致性,而在高量級時沖擊加速度呈現出了非線性的特性。但是繼續進行低量級沖擊時,兩者還是有一個比較好的一致性,這個現象使得非線性呈現了一種時變性,即低量級線性－高量級非線性－低量級線性的特性。

我們在進行數據分析的過程當中是基于一次沖擊全過程的剖析,這里就會存在兩種不同的非線性,一種是一次沖擊過程時變非線性響應特性,另外一種是不同量級之間存在的非線性。時變非線性使這一次分析沒有辦法能夠更為準確地進行,不同量級之間的非線性也會使試驗結果更具不確定性,從而也達不到試驗的預期效果,這兩種非線性都會導致我們產品實際受到的沖擊當中出現超規定量級現象。

對于整體及產品的沖擊試驗,如果在試驗過程當中也有像上述的非線性現象,就會形成一個相互影響的力學系統,這樣也會導致我們在進行試驗過程當中沖擊響應會呈現一定程度的非線性。無論是螺絲連接當中的剛性弱,還是預緊力不足以產生摩擦力,又或者是減振器的選擇不當,這些都會導致大量級沖擊時時呈現出一種時變非線性的現象出現,如果這樣的非線性響應出現的話,就一定會影響我們對產品應力的控制,進而產生過試驗現象。

結束語：我們通過試驗可以得出,在試驗過程當中過試驗現象產生的最主要因素就是非線性。我們可以通過后續的研究,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,進而來提高我們在進行試驗過程當中的準確性與精確性,進而減小過試驗對產品的損傷。