srs 冲击响应谱计算方法
基于LabVIEW的冲击响应谱试验测量系统研制

基于LabVIEW的冲击响应谱试验测量系统研制罗纪; 沈志强; 焦安超; 王磊【期刊名称】《《环境技术》》【年(卷),期】2019(000)0z2【总页数】5页(P47-51)【关键词】冲击响应谱环境试验; LabVIEW【作者】罗纪; 沈志强; 焦安超; 王磊【作者单位】北京卫星环境工程研究所北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V416.2引言冲击试验是环境与可靠性试验的一种,其目的是验证受试产品在运行过程中耐受冲击作用的能力。
传统的冲击试验,是以简单脉冲产生的冲击效果进行实际冲击环境的模拟。
这种方法很大的局限性,与真实的冲击环境存在较大差异,同时会损坏试验设备的减震装置。
冲击响应谱试验技术采用冲击载荷作用在系统上的响应来衡量冲击作用的效果,可以十分科学,合理的描述试验条件[1-2]。
本文在对冲击响应谱试验的原理及算法充分研究的基础上,以NI数据采集系统硬件为基础,利用Lab-VIEW编程语言开发了一套基于LabVIEW的冲击响应谱测试系统。
1 冲击响应谱的原理及计算方法冲击响应谱(SRS)通常又称“冲击谱”,是指将实际的物理系统分解成一系列线性的、相互独立的、单自由度的质量弹簧系统,当其公共基础受到冲击激励时,对每个单自由度系统进行冲击响应分析计算,得到响应最大值,和其对应的固有频率组成函数响应曲线[3-5]。
图1 冲击响应谱计算模型从对冲击响应谱的定义中不难发现,在冲击响应谱的计算过程中首先要进行冲击响应的计算,来自外界的输入施加到系统上时必将会产生相应的输出即系统的响应,在输入已知或事先给定的情况下,计算系统的输出首先需要知道的就是系统的模型,也就是结构动力学方程。
设单自由度系统的物理模型如图2所示。
单自由度系统的数学方程为:其中m、c、k分别为系统的质量、阻尼和刚度。
设代入式(1)可得:其中和分别表示系统的固有频率和阻尼比。
方程的通解为:上式为位移响应与时间t和固有频率fn的关系式,表示为X(t,fn),一般的冲击响应谱用加速度响应和频率的关系式进行表示,对上面的式求二阶导数后表示为冲击响应谱计算过程如下:假设冲击脉冲的持续时间为t∈(ta,tb),其中ta,tb分别是系统受到冲击激振作用的起始和结束时刻;分析的固有频率fn∈(fn,fm),其中fn、fm分别表示分析频率的上下限。
液体火箭发动机冲击响应谱分析计算方法

为 x ( t) . 一般情况下 , 冲击加速度的测量比较容易 实现 , 因此当基础受到加速度作用时 , 质量块 m 的 运动方程可表示为
mx + cx + kx = ku ( t) + cu ( t)
.. . ..
( 1)
. 因此了解发动机工作状态下的
冲击特性 ,制定相应的抗冲击策略 , 直接关系到全 箭的结构可靠性 . 冲击响应谱在结构分析方面的用 途主要用来衡量冲击作用的效果 ,估计冲击对结构 的损伤势 [ 3 ] . 根据冲击响应谱 , 可以计算在特定冲 击作用下发动机结构零件的强度和发动机自身的 安全性 . 某新型大推力液体火箭发动机在地面试验 过程中 ,测得了全程段的时域数据 , 因测试软件功 能所限 ,不能进行冲击响应谱分析 . 基于此 ,文中从 冲击响应谱概念着手 , 基于 Matlab 软件包开发了 冲击响应谱分析软件 , 力图快速 、 方便的对液体火 箭发动机地面试验数据进行冲击响应谱分析 ,为地 面试验数据的深入分析提供辅助手段 .
3 发动机地面试验冲击响应谱计算
在对某型液体火箭发动机多次地面试验时域 数据进行分析时 ,发现燃气发生器点火时所测的冲 击响应均较大 . 考虑到发动机自身的安全性 , 以及 该启动冲击对全箭结构的影响 ,有必要对发生器启 动冲击进行冲击响应谱分析 . 因发动机地面试验数据采集软件功能所限 ,不 能进行冲击响应谱分析 ,因此地面试验结束后对所 采集的时域数据利用文中开发的 Vibsr s 冲击响应 谱分析软件进行计算 ,所得计算结果导出为 t xt 文 文中件供深入分析地面试验数据时参考 . 考虑到篇 幅所限 ,只给出燃气发生器上一个三向加速度传感 器所测的发生器启动时的冲击响应谱分析结果 . 图 3~5 分别为轴向 、 径向 、 切向加速度传感器所测的 冲击响应及利用 Vibsr s 计算得到的最大冲击响应 谱 . 计算过程中时间范围根据冲击响应的时域图形 给定 ,频率范围选择为 0. 1 ~ 10 k Hz , 其他选项采
DDAM与SRS对舰船甲板设备抗冲击考核对比研究

DDAM与SRS对舰船甲板设备抗冲击考核对比研究DDAM(Dynamic Design Analysis Method)与SRS(Shock Response Spectrum)是目前常用的船舶结构抗冲击设计方法,都被广泛应用于舰船甲板设备抗冲击考核中。
本文将就此进行对比研究。
DDAM是一种基于动力学分析的结构抗冲击设计方法,它通过模拟结构在冲击载荷作用下的动态响应,进而评估结构的抗冲击能力。
该方法考虑了结构的固有振动频率、弹性特性、动力响应等因素,能够更加准确地评估结构的抗冲击能力。
而SRS则是基于谱分析的结构抗冲击设计方法,它根据对输入冲击载荷信号进行谱分析得到的冲击响应谱,评估结构的抗冲击能力。
该方法同样需要考虑结构的固有振动频率,但较DDAM更加简化,能够更快速地对结构进行抗冲击分析。
对比DDAM与SRS的应用情况,DDAM多用于复杂结构的抗冲击设计和评价,例如构件间有连锁反应的结构、存在难以考虑的非线性因素等。
而SRS则多用于简单结构的抗冲击设计和评价,例如单一支座的设备、简单钢结构等。
在舰船甲板设备抗冲击考核中,通常需要考虑的因素包括机械冲击、爆炸冲击、水波冲击等。
对于较为复杂的抗冲击设计,DDAM应用更为广泛,能够更全面地考虑各种因素对舰船结构产生的影响,更准确地评估设备的抗冲击能力。
而在对简单设备进行抗冲击考核时,SRS则更为适用,能够更快速地得到准确的评估结果,减少时间和成本的消耗。
虽然DDAM和SRS在舰船甲板设备抗冲击考核中各有优缺点,但都是目前最为成熟的抗冲击设计方法,能够为舰船结构的安全保障提供重要的技术保障。
未来随着技术的不断发展,人们对于舰船结构抗冲击技术的研究将会越来越深入,相信DDAM和SRS在此方面的应用前景也将更加广阔。
为了更加深入地探究DDAM与SRS两种抗冲击设计方法的比较,我们可以通过列出相关数据并进行分析,从而更好地说明它们各自的优缺点。
首先,我们可以比较DDAM和SRS在船舶结构设计中的适用性。
基于LabVIEW的冲击响应谱试验测量系统研制

47 环境技术 / Environmental Technology
冲 击 响 应 谱(SRS) 通 常 又 称“ 冲 击 谱”, 是 指 将实际的物理系统分解成一系列线性的、相互独立的、 单自由度的质量弹簧系统,当其公共基础受到冲击激 励时,对每个单自由度系统进行冲击响应分析计算, 得到响应最大值,和其对应的固有频率组成函数响应 曲线 。 [3-5]
(5)
比较所有的Xi(ti,fn1) ,得到其中的最大值Xi(ti,fn1)max, 则Xi(ti,fn1)max和 fn1 固有频率之间就形成了对应的数据关 系。
下一步计算,固有频率按照 1/n 倍频程步长 Δf 增加:
fn1=fnk fn2=fn1+Δf fn3=fn2+Δf ………
(6)
重复以上步骤就可以得到一系列的最大加速度响应
E nvironmental Technology
环境技术增刊
基于 LabVIEW 的冲击响应谱试验测量系统研制
罗纪,沈志强,焦安超,王磊 (北京卫星环境工程研究所,北京 100094)
Байду номын сангаас
摘要:冲击响应谱试验技术广泛应用于航天器产品的力学冲击环境试验。本文介绍了冲击响应谱试验的基本原
理及算法,并开发出了一套基于 LabVIEW 的冲击响应谱测量系统。试验测试结果表明,该系统能够很好的满足
LUO Ji, SHEN Zhi-qiang,JIAO An-chao,WANG Lei (Beijing Insititute of Spacecraft Environment Engineering,Beijing 100094)
Abstract:Shock response spectrum testing technology is widely used in impact environment testing of spacecraft products. This paper introduces the basic principles and algorithms of the impulse response spectrum test, and develops a set of impact response spectrum measurement system based on LabVIEW. The test results show that the system can meet the requirements of the impact environment test of spacecraft products. Key words:shock response spectrum test;LabVIEW
冲击响应谱试验技术讲座讲稿

4.2.4 水平摆锤式冲击响应谱试验机
冲头 传感器 谐振板 试件 支架 缓冲器 底座
试验结果表明:
1) 响应谱的低频斜率随试验台的后座支撑阻尼的减小而降低,可以调 节后座支撑阻尼,调整响应谱斜率; 2) 其柺点频率可近似表示为f2≈1/2D(冲击脉冲宽度),并随冲击峰值 的增大而稍有前移。可以调节冲头和响应板之间的冲击垫调节冲击脉 冲宽度,从而调节拐点频率; 3) 响应板的厚度不宜过薄,否则会造成台体垂直于台面方向的加速度响 应过大,超过规范对横向运动比的要求; 4) 合理选择支撑刚度,使一阶频率低于100Hz,以避免响应谱曲线出现 低频峰值; 摆锤式冲击试验台可以较好的模拟爆炸冲击环境,其响应谱容差满足要求, 符合试验规范。并且摆锤式响应谱试验机有如下优点: 1) 目前响应谱试验机谐振台面较厚,并且为水平方向冲击,在水平方向 的响应量值在台面上各点差别较小,因此有比较好的均匀度; 2) 可以方便地调整响应谱斜率和拐点频率,能进行不同的响应谱试验; 3) 响应板可以根据需要加大,安装试品方便。
1.2 冲击响应谱的定义 顾名思义,冲击响应谱是冲击作用在一个系统上,系统 上产生的响应,响应的大小和系统的固有频率和阻尼有关, 因此以横坐标为系统的固有频率,纵坐标为响应的最大峰 值,画出的曲线就是冲击响应谱。 更加专业的定义为: 冲击响应谱是指一系列单自由度 质量阻尼系统,当基础受到冲击激励时各单自由度系统在 不同的固有频率下的响应峰值。
怎样根据等效损伤原则来确定冲击的参数?
【例4】 从真实冲击环境的数据中 找到所对应的fi所对应的Ai,设找 到的fi=43Hz,对应的A=198m/s-2, 假设需要用半正弦进行冲击试验, 从归一化的半正弦冲击谱曲线查到fnD=0.78时,a(γ) =1.78,得 A=198/1.78=108.6m/s-2,D=0.78/43=18ms。 同理可以求得后峰锯齿波和梯形波的等效冲击试验脉冲加速度 峰值和冲击脉冲宽度。
冲击响应谱试验技术

专题讲座冲击响应谱试验技术西北工业大学航天学院吴斌2009年4月20日目录1 冲击响应谱概述 (2)1.1 引言 (2)1.2 冲击响应谱的定义 (3)1.3 冲击响应谱的特点及用途 (8)1.3.1 冲击响应谱的坐标系 (8)1.3.2 冲击响应谱特点分析 (9)1.3.3 冲击响应谱的用途 (10)1.4 冲击试验的等效损伤原则 (11)1.4.1 根据冲击响应谱进行试验确定 (11)1.4.2 等效损伤原则 (13)2 冲击响应谱的算法 (16)2.1冲击响应谱数字分析中的参数选择 (18)2.2 不同Q值间冲击响应谱的转换 (19)3 冲击试验规范 (21)4 冲击响应谱的试验方法 (24)4.1 振动台模拟 (25)4.2 机械式撞击试验装置 (26)4.2.1固定谐振频率试验装置 (27)4.2.2可调谐式试验装置 (28)4.2.3用跌落式冲击台进行冲击响应谱试验 (28)4.2.4水平摆锤式冲击响应谱试验机 (30)1 冲击响应谱概述1.1引言航空、航天、电子等行业产品在生产、运输等过程中存在着各种冲击,而这对产品的质量和可靠性有着很大的负面影响。
为了解决这一问题,在此基础上产生并发展起了冲击试验。
经过一百多年的发展,冲击试验技术已经相当成熟了,它也在国防、民生等行业发挥着不可替代的作用。
然而传统的冲击试验,主要是以简单脉冲产生的冲击效果来模拟实际的冲击环境,这种方法有很大的局限性,有被冲击响应谱规范试验技术所代替的趋势。
这主要表现在冲击响应谱较传统的冲击规范有如下几种合理性和优势:1)研究冲击的目的不是研究冲击波形本身,而更注重的是冲击作用于系统的效果,或者说研究冲击运动对系统的损伤势。
而用冲击的时间历程来描述损伤势不但困难,而且有时会得出错误的结论。
而冲击响应谱规范则能很好的避免这样的错误;2)传统的冲击规范严格规定脉冲的类型,而相应谱规范则对冲击脉冲的类型和产生冲击的方法不做严格要求,因此做实验的灵活性增大;3)冲击响应谱是响应等效的,对产品的作用效果也等效,因此冲击响应谱模拟比规定冲击脉冲来模拟更接近实际冲击环境;4)对于工程设计人员来说,通过冲击响应谱的分析,可以对设备各部件所承受的最大动力载荷能够有比较准确的把握,从而预测出冲击潜在的破坏;同时还能提供给工程设计人员一个比较灵活的技术,以确保试验的可重复性。
冲击响应谱与经典冲击试验等效计算方法

冲击响应谱与经典冲击试验等效计算方法杨博;陈立伟;冯伟;张冰【摘要】产品即使在试验室里通过了经典冲击试验环境,在实际使用环境中还有损坏.因此简单采用经典冲击作为检测条件的试验规范已经不能满足使用需求.另外,试验中,给定的波形量级与脉宽往往超出电动振动台或冲击台的性能范围,阻碍了试验的顺利进行.基于等效冲击试验原理,采用冲击响应谱(SRS)代替经典冲击.运用改进的递归数字滤波法编制经典脉冲的冲击响应谱计算程序,实现了经典冲击与冲击响应谱的等效计算.算例和试验表明,方法合理可行.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】5页(P11-15)【关键词】经典冲击;冲击响应谱;等效冲击【作者】杨博;陈立伟;冯伟;张冰【作者单位】北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462【正文语种】中文【中图分类】V216.5产品在使用过程中会受到冲击载荷的作用。
为了考核、评定产品在冲击作用下的电性能、机械性能及结构强度,进一步提高可靠性,须对产品进行冲击试验。
冲击试验一般分为经典冲击和冲击响应谱两种。
经典冲击一般有半正弦波、梯形波和锯齿波三种,实践证明,部分产品试件即使在试验室里通过了用经典冲击即半正弦、梯形波和锯齿波做的冲击试验,在野外和实际环境中还有损坏;或者在试验室里没有通过经典冲击试验环境,但在实际使用环境中却未见异常。
因此简单采用经典冲击作为检测条件的试验规范已经不能满足使用需求。
随着试验技术的发展,冲击响应谱试验规范在越来越多的被提及和使用。
目前在动力学环境试验中,用冲击响应谱试验代替经典冲击试验来模拟试验件遭受的各种冲击环境也是冲击试验技术的发展趋势,GJB 150A中明确规定只有证明测量数据在经典脉冲的容差内,才允许采用后峰锯齿脉冲与梯形脉冲,其他均以冲击响应谱作为瞬态冲击的试验标准。
[整理版]冲击响应谱
![[整理版]冲击响应谱](https://img.taocdn.com/s3/m/0be98fc1b04e852458fb770bf78a6529647d3500.png)
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。
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(2)
& &(t) x
k c
M
& &(t) yቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
If the relative displacement is expressed in terms of equivalent static acceleration, 2 & & eq = z ω n (3) y the transfer function becomes,
& & ( t ) = δ( t ) x
and
& &m = dm x
5
The simulation
formulas have not been recommended whenever the
~ H 0 ( z) = T Z L−1 [H (s)]
(5)
is exact. The digital recursive filters given in [2] for the absolute acceleration and relative displacement models can be derived from this formulation. The formulas given in [2] are therefore said to be impulse invariant. It can be shown (using superposition) that if the input is a series of scaled impulses the error of &m , will be zero. This is true even simulation, & e though the impulses are not band limited. Also H(s) need not be band limited for the simulation to be exact. In the case of a SDOF simulation, the natural frequency can be equal to or above the sampling frequency. The shock response spectra of a 1 g, 0.64 ms haversine was calculated (Fig. 4), using an impulse invariant simulation of the absolute acceleration model (eq. 6.96 in [2]). The correct shock spectra should be almost a constant 1.0 above a few hundred Hz. Note the gradual decline in the computed shock spectra to a minimum at 1000 Hz (one half the sample rate) and then an increase as 2000 Hz (the sample rate) is approached. As a second example, the shock spectra of an exponentially decaying sinusoid was calculated. The decaying sinusoid was modified to reduce the velocity and displacement change [3]. The input acceleration time history sampled at 2000 sample/s is given by
Impulse invariant simulations -Stearns shows that if the input is an impulse, i.e.,
Fig. 2 Relative displacement model
The input to the system is the absolute acceleration of the base. The response of the system is the relative displacement between the base and the mass. The transfer function of this system is given by
H (s ) =
2 ωn 2 s 2 + 2 ζ ωn s + ωn
(4)
Fig. 1. Absolute acceleration model
The input to the SDOF system is the base acceleration. The response of the system is the absolute acceleration of the mass. The transfer function of this system in the complex Laplace domain is given by
ζ
ωn = natural frequency of a single- degree-of-freedom
INTRODUCTION
There are many ways to calculate the shock response spectra. A popular technique is to use a digital recursive filter to simulate the single-degree-offreedom (SDOF) system. The output of the filter using a sampled input is assumed to be a measure of the response of the SDOF system. The response is then searched for the maximum value. This process is then repeated for each natural frequency of interest. Currently used filters exhibit large errors when the natural frequency exceeds 1/6 the sample rate. This paper will discuss the design of an improved filter which gives much better results at the higher natural frequencies. The companion problem of peak detection of a sampled system will not be discussed in this paper.
This is the model most frequently used in shock response spectra calculations. Relative displacement model – The relative displacement model is shown in Fig. 2.
& &( t ) = base input acceleration x & &( t ) = response acceleration y
z(t) = relative displacement y(t) – x(t) = fraction of critical damping system, rad/sec
= delta function; δ( t ) = 1 for t=0,
δ( t ) = 0 elsewhere
dm SDOF u(t) t
= digital delta function; dm = 1 for m = 0 , dm = 0 all other m = single degree of freedom = units step function; u(t) = 1 for t > 0 , u(t) = 0 for t < 0 = time
AN IMPROVED RECURSIVE FORMULA FOR CALCULATING SHOCK RESPONSE SPECTRA David O. Smallwood Sandia National Laboratories Albuquerque, New Mexico 87185 Currently used recursive formulas for calculating the shock response spectra are based on an impulse invariant digital simulation of a single degree of freedom system. This simulation can result in significant errors when the natural frequencies are greater than 1/6 the sample rate. It is shown that a ramp invariant simulation results in a recursive filter with one additional filter weight that can be used with good results over a broad frequency range including natural frequencies which exceed the sample rate.