振動(dòng)沖擊對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求

18.4 對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求
能產(chǎn)生沖擊的設(shè)備很多,電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)是其中最主要的一種,它既能產(chǎn)生沖擊響應(yīng)譜與重現(xiàn)場(chǎng)的沖擊時(shí)間歷程,也能產(chǎn)生標(biāo)稱沖擊脈沖波形?然而能產(chǎn)生標(biāo)稱沖擊脈沖波形的設(shè)備除電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)外,還有:自由跌落式?壓縮空氣式?氣液壓式?動(dòng)量轉(zhuǎn)換式?無(wú)論采用何種試驗(yàn)設(shè)備來(lái)產(chǎn)生沖擊, 對(duì)它們的要求是一樣的?這里的要求與檢定(校)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的要求一樣,即不是指沖擊試驗(yàn)設(shè)備空載時(shí)的要求,而是指沖擊試驗(yàn)設(shè)備裝上樣品(包括夾具)和必要的負(fù)載后,在檢測(cè)點(diǎn)上所應(yīng)達(dá)到的要求?

18.4.1 沖擊脈沖的波形容差
在規(guī)定標(biāo)稱沖擊脈沖波形的方法中,目前對(duì)標(biāo)稱沖擊脈沖的波形容差要求, 軍標(biāo)和民(商) 標(biāo)有些差別?下圖18-16(a)和(b)是美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD-810C/D/E 和國(guó)軍標(biāo)GJB150中的要求;下圖18-16(c)和(d)是美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD-810F 中的譜形?在MIL-STD-810F中,后峰鋸齒波主要用于功能沖擊和墜撞安全沖擊,梯形脈沖波主要用于有包裝設(shè)備的試驗(yàn)和易損性試驗(yàn)?對(duì)有包裝的設(shè)備,在包裝前?包裝中和包裝后的偶然跌落,其功能必須正常;對(duì)易損性試驗(yàn)要求產(chǎn)品既保證功能又保證結(jié)構(gòu)不受損傷, 對(duì)由跌落和易損性要求的高速度和大的速度變化量,其梯形脈沖波最能做到這一點(diǎn)?

18.5 對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的要求
由于沖擊在頻域中是一個(gè)連續(xù)譜,并且具有無(wú)限帶寬?因此要準(zhǔn)確無(wú)誤地測(cè)出沖擊的峰值加速度,脈沖持續(xù)時(shí)間和速度的變化量,特別是要不失真的重現(xiàn)沖擊脈沖的實(shí)際波形,就要求測(cè)量系統(tǒng)對(duì)無(wú)限帶寬的頻率成分能不失真的傳遞,也就是測(cè)量系統(tǒng)的通頻帶必須無(wú)限寬?又由于時(shí)域波形是一個(gè)各頻率上的能量信號(hào)疊加而成的,而且周期信號(hào)的疊加還有一個(gè)相位的問(wèn)題,即同一幅值的頻譜,用不同的相位合成,可形成不同的波形?可見(jiàn)若測(cè)量系統(tǒng)限制信號(hào)相位的傳遞,也將導(dǎo)致脈沖波形失真?因此, 對(duì)測(cè)量系統(tǒng)還有一個(gè)相位線性度的要求?

18.6 試驗(yàn)程序
沖擊試驗(yàn)的整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單,由預(yù)處理?初始檢測(cè)?預(yù)調(diào)?試驗(yàn)?恢復(fù)?最后檢測(cè)幾個(gè)步驟組成?下列兩步有別于其它試驗(yàn),是本試驗(yàn)的重點(diǎn), 應(yīng)理解和掌握好?

18.6.1 預(yù)調(diào)
在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí), 樣品的重量和動(dòng)態(tài)特性可能會(huì)對(duì)沖擊試驗(yàn)設(shè)備的性能產(chǎn)生影響,同時(shí),沖擊試驗(yàn)所規(guī)定的試驗(yàn)條件(嚴(yán)酷等級(jí))又是指沖擊試驗(yàn)設(shè)備裝上樣品(包括夾具)和必要的負(fù)載后,在檢測(cè)點(diǎn)上應(yīng)達(dá)到的要求,因此, 為了保證樣品經(jīng)受到所規(guī)定的試驗(yàn)條件(嚴(yán)酷等級(jí))和達(dá)到高的再現(xiàn)性(不確定), 應(yīng)做好試驗(yàn)前的預(yù)調(diào)?
預(yù)調(diào)前,首先應(yīng)選好檢測(cè)點(diǎn),通常選擇在樣品與臺(tái)面或樣品與夾具的連接處?
預(yù)調(diào)時(shí),可帶樣品進(jìn)行,也可不帶樣品進(jìn)行?如果樣品的重量和動(dòng)態(tài)特性對(duì)沖擊臺(tái)的性能沒(méi)有影響, 則可不帶樣品,在沖擊試驗(yàn)設(shè)備空載的情況下進(jìn)行預(yù)調(diào)?此時(shí)檢測(cè)傳感器安裝在臺(tái)面上或夾具上,并盡量靠近臺(tái)面中心?如果樣品的重量和動(dòng)態(tài)特征對(duì)沖擊臺(tái)的性能有影響,則應(yīng)裝上樣品進(jìn)行預(yù)調(diào)?為了避免正式試驗(yàn)前的重復(fù)沖擊給樣品帶來(lái)不必要的損傷,通常裝上非正式試驗(yàn)用樣品進(jìn)行預(yù)調(diào)?在進(jìn)行這種預(yù)調(diào)時(shí),如果樣品昂貴或能提供試驗(yàn)的樣品很少, 則可用一個(gè)不合格的樣品或用一具有恰當(dāng)重心位置的立體模型來(lái)進(jìn)行?但必須指出, 這種立體模型不可能有與真實(shí)樣品有完全相同的動(dòng)態(tài)特性,此點(diǎn)應(yīng)充分注意到?

18.6.1 試驗(yàn)
沖擊試驗(yàn)設(shè)備預(yù)調(diào)結(jié)束后,就正式裝上樣品進(jìn)行試驗(yàn)?通常是在樣品的三條互相垂直軸線的六個(gè)方向上進(jìn)行(一般的沖擊機(jī)可通過(guò)夾具和改變安裝來(lái)實(shí)現(xiàn);用電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行沖擊試驗(yàn),可通過(guò)垂直臺(tái)和水平臺(tái)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)),即進(jìn)行3×6=18 次沖擊?對(duì)結(jié)構(gòu)和性能完全對(duì)稱的樣品,可省去相應(yīng)軸線和方向上的沖擊次數(shù)?沖擊試驗(yàn)在大多數(shù)情況下是用來(lái)考核產(chǎn)品經(jīng)受住沖擊的能力,所以,通常在非工作狀態(tài)下進(jìn)行沖擊?對(duì)在運(yùn)載工具上工作的產(chǎn)品,通常要進(jìn)行性能沖擊和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(軍標(biāo)中有的稱墜撞安全沖擊)二種沖擊,前者考慮的是在一般沖擊下要能正常工作;后者考慮的是在在偶然出現(xiàn)的特大沖擊下其結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)損傷?特別是產(chǎn)品不產(chǎn)生分離?拋出?甩出而擊傷人等?當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品要進(jìn)行二種沖擊時(shí),通常是先完成性能沖擊,然后再進(jìn)行強(qiáng)度(墜撞安全)沖擊, 試驗(yàn)時(shí)通常是在一條軸線上完成二種沖擊后,再依次完成另外二條軸線上的沖擊?

18.8 合理
選擇試驗(yàn)所需的沖擊脈沖波形對(duì)半正弦,后峰鋸齒,梯形三種沖擊脈沖,在試驗(yàn)如何進(jìn)行正確的選擇是一個(gè)值得注意的問(wèn)題?特別是對(duì)試驗(yàn)室只具備產(chǎn)生半正弦沖擊脈沖的沖擊臺(tái),而不具備產(chǎn)生后峰鋸齒?梯形沖擊脈沖沖擊臺(tái)的情況更是如此?另外當(dāng)進(jìn)行大加速度大脈寬的沖擊試驗(yàn)時(shí),而要求大的速度變化量,而用電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)又無(wú)法做到時(shí),也可參考此節(jié)進(jìn)行?
為了說(shuō)明如何進(jìn)行合理的選擇,首先請(qǐng)看前面的圖18-13:
圖18-13 是相同峰值和相同的脈沖持續(xù)時(shí)間的半正弦,后峰鋸齒,梯形三種沖擊脈沖對(duì)同一單自由度系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)譜?從圖中可見(jiàn):
當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間D 和產(chǎn)品的固有頻率fn 的乘積小于或等于0.2 時(shí),三種脈沖的初始響應(yīng)譜近似相同,殘余響應(yīng)譜與脈沖波形的速度變化量(波形面積)成正比?此時(shí),只要速度波變化量相同,就可選擇三種沖擊脈沖中的任一種來(lái)做試驗(yàn)?也就是說(shuō),當(dāng) fn·D≤0.2 時(shí),用任何一種脈沖來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),其效果是一樣的?
當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間D 和產(chǎn)品的固有頻率fn 的乘積大于0.2并小于10時(shí),三種脈沖的初始響應(yīng)譜和殘余響應(yīng)譜均不相同?其中,梯形脈沖的初始響應(yīng)譜的最大值最高,而且由于梯形脈沖的加速度時(shí)間歷程曲線有平的峰值,所以初始響應(yīng)譜的最大值能維持在較寬的頻率范圍上?半正弦脈沖的初始響應(yīng)譜的最大值次之(大約比梯形脈沖低30%),后峰鋸齒脈沖的初始響應(yīng)譜的最大值最小(大約比梯形脈沖低51%)?從殘余響應(yīng)譜來(lái)看,后峰鋸齒脈沖的比較平滑,直到fn·D=10 附近才達(dá)到第一個(gè)零值?半正弦脈沖和梯形脈沖由于本身的對(duì)稱性,從 fn·D=10 開(kāi)始就反復(fù)出現(xiàn)零值?可見(jiàn)當(dāng)0.2≤fn·D≤10 時(shí),
應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)的目的和產(chǎn)品的具體用途來(lái)選擇所需的脈沖?當(dāng)沖擊脈沖的持續(xù)時(shí)間D 和產(chǎn)品的固有頻率fn 的乘積大于10 時(shí),三種脈沖的初始響應(yīng)譜均近似1(amax/A=1),而殘余響應(yīng)譜均近似為零?此時(shí),選擇三種脈沖中的任一種來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),其效果是一致的?

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