冲击响应谱及冲击等效分析

根据冲击响应谱_SRS_确定产品冲击脆值新概念

根据冲击响应谱(SRS )确定产品冲击脆值新概念宋宝丰(株洲工学院湖南株洲　412008)[摘要]　实践证明,缓冲设计五步法存在保守因素,尤其在确定产品冲击脆值时更为突出,最终致使包装结构为过度包装。

现提出根据实际输入激励下冲击响应谱(SRS )确定新的产品冲击脆值概念,此概念可为缓冲包装设计克服上述弊端提供一个可行方法。

关键词:冲击响应谱;缓冲包装设计;产品冲击脆值中图分类号:TB487　文献标识码:B 文章编号:1001-3563(2004)01-0016-02The N e w Concept of Determining Product Shock Fragility B asedon Shock R esponse Spectra (SRS)SON G Bao -feng(Zhuzhou Institute of Technology ,Zhuzhou 412008,China )Abstract :It was demonstrated that cushioning design 5steps method has some conservative factors ,especially when used to decide the product shock fragility and led to overpackaging at last.The new concept of product Shock fragility determined by shock response spectra (SRS )according to practical input impulses was put forward and this concept can provide an available approach to overcome the malady.K ey w ords :SRS ;Cushioning packaging design ;Product shock fragility收稿日期:2003-12-04作者简介:宋宝丰(1940-),上海人,硕士,株洲工学院教授,主要研究方向为运输包装及结构设计等。

结构材料的冲击响应与耐久性分析

结构材料的冲击响应与耐久性分析结构材料是建筑、桥梁、飞机等工程领域中不可或缺的重要组成部分。

在实际应用中，结构材料必须具备足够的强度和耐久性，以应对各种冲击和外力的作用。

本文将重点讨论结构材料在冲击响应和耐久性方面的分析研究。

一、冲击响应分析冲击是指突然加在物体上的瞬时外力，它可能对结构材料造成严重的破坏。

因此，了解冲击响应是设计与评估结构材料性能的关键。

冲击响应分析通常通过模拟和实验来完成。

数值模拟方法是目前常用的手段之一，例如有限元法。

通过建立合适的数学模型，可以预测和评估冲击载荷下结构材料的位移、应力和应变分布情况。

这有助于工程师们对结构的冲击响应进行量化和优化设计。

另一种常用的冲击响应分析方法是实验测试。

通过在实验室中对材料进行冲击试验，可以直接观察和测量材料的变形和破坏情况。

实验测试提供了真实且可靠的数据，对于验证和修正数值模拟方法具有重要意义。

二、耐久性分析耐久性是指结构材料在长期使用和恶劣环境下的性能稳定性。

耐久性问题对于结构材料的可靠性和寿命具有重要影响。

在耐久性分析中，需要特别关注材料受氧化、腐蚀、湿度等因素的影响。

这些因素可能导致材料的劣化、损伤和失效。

因此，了解结构材料在不同环境条件下的耐久性是非常重要的。

耐久性分析通常包括实验室试验和现场监测两种方法。

实验室试验可以模拟和加速材料在不同环境条件下的老化过程，以评估其耐久性能。

现场监测则通过对实际结构进行长期观察和记录，以获得材料在真实环境中的耐久性数据。

三、结构材料的改进与优化为了提高结构材料的冲击响应和耐久性能，对其进行改进和优化是必要的。

在冲击响应方面，材料的强度和韧性是重要的指标。

通过优化材料的成分、结构和制备工艺，可以提高材料的抗冲击性能。

例如，添加适量的增韧剂和强化相，可以增强材料的抗冲击性能。

在耐久性方面，防腐蚀措施和涂层技术是常见的手段。

通过选择合适的防腐蚀材料和对结构进行防护性涂层处理，可以降低结构材料受腐蚀和湿度等因素影响的风险，提高其耐久性。

冲击响应分析方法及其应用

在５０Ｔ的轧制力不断作用下，其使用寿命有多长等等，都需要做冲击试验。００
所以小至日用品，大至炸弹、大型设备都要做冲击试验１总之，着Ｉ业化进２１。随一
程和人们对可靠性认识的提高，可靠性试验，包括冲击试验会越来越重视，这就是为什么工业化发达国家在可靠性试验方面更重视，手段更先进，更完善的原因。冲击试验可以采用经典波形控制〔半正弦、后峰锯齿波、梯形波）试验技术，
ｄｓｕｓｄｉｃｓｅ．
Ｃａｔ４ｉｔＲｓｈｉｎａｌｅｉｅｏ，ｇｓａｄｓｄｓＳＳｔｓａｄａｚｓｍｔｄｐｏｒｓｈｐｒｔｅｈｅｕｅｙｅｓｎｙｔｎｓｈｒｅｎ
ｐｉｉｅＰａｔａＳＳｔｓｉｒｌｅｕｉＷＶＹ．ｒｃｌｒｉｌｓｈｉｓｉｄｎＡＳＮｎｐ．ｃＲｙｅｓａｚｓｇｃｎｅＣａｔ５ｌｅｔｔｃｅｆｎｔｎｈｃｔｒ－ｍｃｔｌａａｓｓｓｕｔｒａｄｃｏｏｓｏｋｔｌｉｅｎｏｈｐｒｎｙｈｒｕｎｕｉｆｅｅｅｅｔｓａｏｒ
ｓｓｍｄｉｌｔｌｓｔ；ｈｈｅａｄｌｉｅｆｍｎｅｙｔａｄｔｃｎｏｔｔｅｔｉｓｄｒ－ｐｒｒａｃｏｅｎｉａｏｒｅｙｍｈｇｐｎｅｔｅｏｇｓｓｅｅａｍｆｓｏｋｒｌｉｅｔｌｅｂｓｏＤＰｐａｓｄｄｈｃｔｔ－ｍｃｎｏｓｓｍｅｎｃｉｒｔｉ．ｅｅｔｏｒｙｔａｄＳｈｓｕｅｓａｅＣａｔ６ｓｏｌｉｏｈｐｐｒａａｓｈｕｒｅａｈｇｅａｃｓｎｔｓｅａｄｌｅｔｆｕｒｅｒｏｈｐｒｉｅｖｃｎｕｏｆａｎｎｙｓｔｅｃｆｉｅｓ

Sec10_SRS.冲击谱分析

xn (t) = nm m (t)
具有n个自由度
=
……
f1 f2
f3
fm-1 fm
只需要m个单自由度弹簧振子
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8
f2 f1
2
)
1
=
20 log10 (3000 / 40) log2 (2000 / 100)
= 8.677dB / Oct
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SEC 10 冲击谱响应分析
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振动分类—按载荷形式和响应类型 Classification of vibration
响应谱的编制
具有特定阻尼比和固有频率 SDOF systems
u3(t) u3max t
UB=Tower Response
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3
冲击谱响应分析的两个阶段
⚫ 冲击响应谱分析的整个过程可以分为两个阶段一、冲击谱编制
‒ 这是总体部门的工作 ‒ 通过瞬态分析进行冲击谱的编制，并作为设备部分分析的输入

[整理版]冲击响应谱

冲击响应谱1简介冲击响应谱通常简称“冲击谱”，它是工程中广泛应用的一个重要概念。

国家电工委员会（IEC）、国家标准化组织(ISO)所属的技术委员会以及我国的国家标准，都已经把冲击谱作为规定冲击环境的方法之一。

因此，冲击谱是对设备实施抗冲击设计的分析基础，也是控制产品冲击环境模拟实验的基本参数。

2冲击谱详解所谓冲击谱，是将冲击源施加于一系列线性、单自由度质量-弹簧系统时，将各单自由度系统的响应运动中的最大响应值，作为对应于系统固有频率的函数而绘制的曲线，即称为冲击谱。

由定义可知，冲击谱是单自由度系统受冲击作用后所产生的响应运动在频域中的特性描述。

它不同于冲击源的傅里叶频谱，其区别在于：傅里叶频谱仅仅研究冲击源本身在频域中的能量分布属性，只是冲击源函数在频域中的展开，它不涉及任何一个要研究的机械系统的响应。

虽然冲击频谱与傅里叶频谱两者都是频率的函数，但有着明显的区别。

换言之，冲击谱是一系列固有频率不同的单自由度线性系统受同一冲击激励响应的总结果。

产品受冲击作用，其冲击响应的最大值意味着产品出现最大应力，即试验样品有最大的变形。

因此，冲击响应的最大加速度Amax与产品受冲击作用造成的损伤及故障产生的原因直接相关，由此引出了最大冲击响应谱。

3最大冲击响应谱又可以作如下细分1.正初始冲击响应谱（+I）是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值。

Amax(+I)与相应系统的固有频率fn的关系曲线。

2.正残余冲击响应谱（+R）是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值Amax（+R）与相应系统的固有频率fn的关系曲线。

3.负初始冲击响应谱（-I）是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax（-I）与相应的系统固有频率fn的关系曲线。

4.负残余冲击响应谱(-R)是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax（-R）与相应的系统固有频率fn的关系曲线。

基于冲击响应谱高速列车设备冲击环境特性分析

第53卷第5期2022年5月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.5May 2022基于冲击响应谱高速列车设备冲击环境特性分析豆硕，刘志明，王文静，李强，毛立勇(北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京，100044)摘要：为准确描述列车设备受到的冲击环境，基于冲击响应谱模型将基础冲击加速度作用到一系列固有频率变化的单自由度系统上，采用系统的最大响应间接地描述冲击载荷。

首先，对半正弦、梯形、前峰锯齿和后峰锯齿等经典脉冲型冲击加速度进行响应谱分析；其次，对线路实测的高速列车车体、转向架和车轴装设备的加速度振动环境，与IEC61373规范对应的半正弦冲击加速度的响应谱进行对比；最后，提出一种冲击响应谱时域合成方法，通过优化小波的幅值和相位参数使合成的冲击加速度满足目标响应谱精度要求，并反映冲击环境的方向特征。

研究结果表明：脉冲型冲击加速度具有相同的响应谱特性，在低频区，加速度响应谱斜率为6dB/Oct ，速度响应谱为水平的恒速线；在高频区，正值和负值响应谱不等，在不同方向上具有不同的冲击效果；现有规范对于车体、转向架和车轴装设备存在低频过试验问题，转向架和车轴装设备同时存在高频欠试验问题，列车设备受到的均为对称冲击环境，脉冲型冲击加速度不能反映列车设备对冲击环境方向的要求；合成的冲击加速度能精确匹配目标响应谱，可以满足3dB 误差要求，更接近真实的冲击加速度瞬态波形。

关键词：高速列车设备；冲击环境；冲击响应谱；冲击加速度；时域合成中图分类号：U270.12文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2022）05-1843-12Analysis of shock environment characteristics of high-speed trainequipment based on shock response spectrumDOU Shuo,LIU Zhiming,WANG Wenjing,LI Qiang,MAO Liyong(School of Mechanical,Electronic and Control Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)Abstract:To accurately describe the shock environment of train equipment,the shock acceleration was applied to a number of single-degree-of-freedom (SDOF)systems with variation of natural frequency,and the maximum response of the SDOF systems was used to describe the shock load indirectly.Firstly,the shock response spectrum (SRS)characteristics of classical impulse accelerations were analyzed,such as half-sine,trapezoidal,initialpeak收稿日期：2021−09−08；修回日期：2021−12−05基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(11790281)；国铁集团科研计划课题资助项目(P2019J001)(Project(11790281)supported by the National Nature Science Foundation of China;Project(P2019J001)supported by China State Railway Group Co.,Ltd.)通信作者：刘志明，博士，教授，从事疲劳可靠性研究；E-mail:****************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.05.029引用格式：豆硕,刘志明,王文静,等.基于冲击响应谱高速列车设备冲击环境特性分析[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(5):1843−1854.Citation:DOU Shuo,LIU Zhiming,W ANG Wenjing,et al.Analysis of shock environment characteristics of high-speed train equipment based on shock response spectrum[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(5):1843−1854.第53卷中南大学学报(自然科学版)sawtooth and final peak sawtooth shock pulse.Secondly,the acceleration response spectrum of high-speed train body,bogie and axle mounted equipment measured on the line were compared with that of the half sine shock acceleration corresponding to IEC61373specification.Finally,a time domain synthesis method of SRS was proposed by optimizing the amplitude and phase parameters of wavelet,which can satisfy the precision of target SRS and reflect the direction characteristics of shock environment.The results show that the acceleration shock pulses have the same response spectrum characteristics.In the low frequency range,the slope of the acceleration response spectrum is6dB/Oct,and the velocity response spectrum is horizontal constant speed line.In the high frequency region,the positive and negative response spectrums show that the acceleration shock pulses have obviously different shock effect in different directions.Moreover,the existing shock resistant specification for car body,bogie and axle mounted equipment have the problems of over test in the low frequency range,and bogie and axle mounted equipment have the problems of fewer test in the high frequency range.The high-speed train equipment is subjected to symmetric shock environment and the specifications can't meet the requirements of shock direction.The synthesized shock acceleration can accurately match the target response spectrum,meet the requirement of3dB error,and is closer to the real acceleration shock waveform.Key words:high-speed train equipment;shock environment;shock response spectrum;shock acceleration;time domain synthesis高速列车在全寿命服役周期中，除了受到正常工况下的稳态激励，还会经历复杂的冲击环境，如列车高速通过道岔、轨缝、变坡点等时会产生超常的冲击载荷，从而引起设备故障[1]。

Sec14_冲击响应谱分析

S14-10
从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 确定结构(可以包括小结构)的瞬态响应
● 结构激励可以是力，也可以是强迫运动 ● 求解序列SOL 109, SOL 112
● 执行控制段
● SOL 109 ● 例如：
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
S14-2
响应谱方法
● 响应谱描述的是单自由度系统的峰值响应的近似方法，是基础激励和固有频率的函数。
NAS122, Section 14, August 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
uB(t)
S14-3
u3(t) u3max
t =>
t
响应谱方法(续)
2
3%
3
5%
最大响应和相对响应
● 从ui(t)计算每个振荡器的最大位移响应uimax 。同样的，计算每个振荡器和其基础(振动结构上的一个点)之间的最大相对位移urimax.
● 最大相对速度和绝对加速度，与最大相对位移之间有如下近似关系。
urima x ωruimax uima x ω2urimax
这里存在一个暗含的假设即振荡器系统的质量相对于大结构基础结构质量而言非常小所以两者之间没有动力学耦合现象
第14章冲击响应谱分析
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S14-1
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冲击响应谱试验参数的设置

冲击响应谱试验参数的设置冲击响应谱试验是一种测试结构物在地震或爆炸等外力作用下的动态响应性能的方法，它可以用来确定结构物的耐震能力，提高设计的可靠性。

试验参数的设置是影响试验精度和测试结果的关键，本文就对冲击响应谱试验参数的设置进行一番探讨。

1.试验类型在进行冲击响应谱试验前，需要首先确定试验的类型，通常从谱形和谱宽两个角度来考虑。

谱形通常分为三种类型：平顶谱、斜坡谱和圆形谱。

平顶谱适用于需要保护设备的工程结构，如核电站、医院等；斜坡谱适用于需要长时间地运行的建筑结构或设备；圆形谱适用于需要容忍短时间的高强度地震或爆炸冲击的场所。

谱宽通常分为单峰式、双峰式和宽带式三种类型。

单峰式通常用于工程结构，如桥梁、建筑物等；双峰式通常用于某些条件下需要保护设备的建筑结构或设备；宽带式通常用于考虑一定的随机性因素的建筑物或设备。

2.试验量级试验量级是指试验中的冲击力或冲击加速度大小，通常会根据结构物的设计参数和环境因素来选择。

要保证试验量级不过大，否则会导致结构物损坏，试验不可用；也不要过小，否则测试结果会失真。

3.试验频率范围试验频率范围是指试验中的动态载荷频率，通常与结构物的自然频率相对应。

具体来说，试验频率应该覆盖结构物的自然频率的两倍以上，这样才能保证测试结果的准确性。

4.试验时长试验时长是指试验进行的时间，通常与结构物的振动方式和振动周期相关。

要根据结构物的实际情况来确定试验时长，通常可通过试验前的预测分析来确定。

5.试验观测点选择在试验中选择观测点是影响测试结果的一个重要因素。

观测点的位置和数量直接关系到测试结果的准确性和可靠性。

通常，应该在结构的固定支点处、承重墙、砖柱等重要部位设置观测点，同时应在结构的全寿命阶段随机选择若干点观测。

6.数据采集频率和精度在试验中，数据采集是很重要的一步，它对测试结果的准确性和有效性有直接影响。

通常，数据采集的频率应该与试验频率一致，同时还应该根据测试要求来选择采集精度。