Sec14冲击响应谱分析
冲击响应谱绝对校准研究中冲击响应谱的计算方法
冲击响应谱绝对校准研究中冲击响应谱的计算方法
曹亦庆;李新良;秦海峰;郑喜红
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】介绍了应用于冲击响应谱绝对校准中的冲击响应谱的计算方法,该方法的实现基于MATLAB编程语言,即通过MATLAB中的仿真直接求解单自由度二阶微分方程的数值解以获得冲击响应谱的绝对复现.
【总页数】3页(P10-11,42)
【作者】曹亦庆;李新良;秦海峰;郑喜红
【作者单位】中国一航北京长城计量测试技术研究所,北京,100095;中国一航北京长城计量测试技术研究所,北京,100095;中国一航北京长城计量测试技术研究所,北京,100095;中国飞行试验研究院,陕西,西安,710089
【正文语种】中文
【中图分类】TB936
【相关文献】
1.冲击响应谱校准技术的研究 [J], 厉巍;陈永久;朱永晓
2.冲击响应谱校准技术的研究 [J], 厉巍;陈永久;朱永晓
3.基于LabVIEW的冲击响应谱校准系统研究 [J], 朱永晓;厉巍
4.一种冲击响应谱试验设备校准装置的研制 [J], 白天;赵健;闫磊
5.一种宇航继电器冲击响应谱等效计算方法的研究 [J], 宋伟;孟晓脉;王力;纪明明;纪志坡;陈永刚
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冲击响应谱控制系统的开发
第６ 期
刘洪英等：冲击响应谱控制系统的开发
面的冲击响应信号经 Ａ Ｄ转换后传 回； ／ ４ ）计算 冲击响应谱 ， 与参考谱 比较 ， 进行 冲击 响
波形计算 的冲击响应谱值满足试验规范的要求。 由于 Ａ 值对冲击谱值影响最大－ ， ６ 因此在计算 ，
冲击 响应谱值与规范谱值作 比较时 ， 主要修 正 Ａ 值。 应谱修正 ， 发出下一组信号 ； ５ ）驱动信号能够从小量级开始 ， ３Ｂ上升一级 根据冲击响应谱修 正方 法进行加 速度时域波形合成 每 ｄ 时， 只是单纯考虑了冲击响应谱值满足规范值要求 ， 而 发出； ６ ）具有管理参数文件和试 验文件及实验试验文 对应的时域波形的最大加速度值很可能超过振动台的 最大许可值 ， 因此必须 同时结合修正 ｔ 值对加 速度时 件打印的功能 。 域进行优化。为了实现修正时域波形和实现限制加速 ３３ 系统的组成 ． 在进行算法研究 时将 冲击响应谱修正 本系统 由参数设置 、 时域合成、 试验、 数据管理 、 打 度峰值 的目的， 和时域波形修正很 好地结合起来 ， 开始 时域波形合成 印五部分组成 。 时就同时修正 Ａ 值和 ｔ 值 ， 拥 以后在每一试验量级上都 １ ）参数设置 值和 ｔ 值进行修正， 如果有必要还将对波形数目 在试验规范设置对话框 中， 以设置试验规范 以 可 对Ａ 及动圈加速度峰值限制参数。当各参数设置确定后 ， 进行 修正 。 进行时域合成时结合设备加速度峰值 限制进行时域和 ３ ）试 验 根据试验规范合成一个满意 的时域波形 以后， 就 谱优化 计算 出实现该规范谱 的时域信号作为下 一步 试验的驱动信号。这一功能可以在根据规范谱合成时 可以以此为驱动信号 ， 先将驱动信号转化为一个小量 在小量级下 均衡 ， 均衡完成后 ， 逐步将量级升 域波形时就预估所使用设备的能力是 否能实现所要做 级信号 ， 的试验规范 ， 这对合理使用设备 、 正确指导试验有很大 至试验量级， 通常设五个 预置量级 ， 一 ２Ｂ 一 ｄ ， 即 １ｄ ， ９Ｂ 的帮助 。 ６ Ｂ 一 ｄ ，ｄ 。为了做到对冲击 响应谱 的有效控 ｄ ， ３Ｂ０Ｂ ２ ）时域合成 制， 在每一个量级上都要对驱动信号进行修正 ， 而不是 合成时域波形有多种方法 ， 电动振动 台模拟爆 简单意义上的量级递增。 用 炸冲击环境 ， 波形需满足初 始和最终速度 、 位移为零 的 ４ ）数据管理 条件［ ， ４ 本研究采用合成小波法 （ Ｖ Ｙ ） ］ ＷＡ Ｓ Ｎ 进行时域 程序具有保存 参数文件 和试 验结果文件 的功能 ， 波形的合成及优化。 实现了试验数据文件 的存贮和回放。 该法采用的基本波形用下列式子表示 － ： ５ ］ ５ ）打印
考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法
考虑谱跌的舰载设备冲击响应谱分析法
1 舰载设备冲击响应谱分析
舰载设备冲击响应谱分析是指利用有限的水中数据，如波形和能量谱，来描述信号的多模态信号分析，从而给出物理应力和船舶结构的集合反应。
从最简单的振动理论出发，尝试建立一种有效的船舶结构特征参数和船舶力学参数间的相互作用。
舰载设备冲击响应谱分析主要用来检测和预测舰载设备的效率，避免隐藏的潜在的损坏，从而达到最优的设计生物学，或者可以根据谱跌的采样数据，建立舰载设备的振动力学模型，从而更加准确、可靠地判断舰载设备的机械参数和性能参数。
2 谱跌分析法
谱跌分析法指的是用谱去评估和分析在舰载设备上进行冲击试验所获取到的信息，从而预测舰载设备在船舶结构中的行为。
该方法首先采用了Fourier变换，分析信号所处在的频率域，并把信号中的频率特征分离出来，对响应谱进行分析。
进而可以确定振动频率，并根据采样数据结构谱分析，确定信号背景的频率。
舰载设备的冲击响应谱可以用来总结舰载设备的整体响应特性，以及舰载设备和船舶结构之间的相互作用。
3 冲击响应谱分析法的应用
使用冲击响应谱分析法可以快速地分析舰载设备对结构力学变化的反应，从而精确地识别结构力学参数。
在谱跌分析中，可以快速准
确地识别和确定结构力学参数，也就是说，这种测试方法可以用来判断舰载设备的可靠性、强度和稳定性。
此外，使用这种分析法还可以确立舰载设备的性能指标，如最大承载能力、应力和压力，从而有效掌控和调整舰载设备的性能。
以上是关于舰载设备冲击响应谱分析法的相关介绍，最终能够更准确地预测和识别舰载设备的机械参数和力学特性，从而通过谱跌分析实现最佳的船舶设计和分析。
水平冲击响应谱培训资料
冲击响应谱培训手册一、冲击响应谱概述：冲击响应谱试验机是用于完成冲击响应谱试验的环境试验设备。
冲击响应谱是一系列频率不同、具有一定阻尼的单自由度线性系统受到冲击所产生的最大响应值与系统频率的关系曲线，它以系统的固有频率为横坐标，以其响应峰值为纵坐标，其加速度的时间历程为振荡衰减的形式，持续时间一般小于20ms，其能量分布在较宽的频率范围内。
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，从频域分析冲击对设备的损伤情况更真实有效。
冲击响应谱的用途极其广泛，其可以用做衡量冲击作用效果的尺度、可以用于冲击事件的统计分析、可以用于不同冲击波形的等效转换、可以用于试验有效性及重复性检查，也可以用于指导承受冲击作用系统的设计。
冲击响应谱对冲击脉冲的类型和产生冲击的方法没有严格的要求，实验的灵活性较大；通过对冲击响应谱的分析，可以对设备各部件所承受的最大冲击载荷有比较准确的把握，从而预测出冲击潜在的破坏。
冲击响应谱是对产品实施抗冲击设计的分析基础，在航空、航天及其它火工品科研生产和有关重大科技专项中，冲击响应谱试验已经成为必做的环境试验之一。
HSRS系统是一种气动式冲击响应谱试验机，它革新了冲击的发力方式，采用压缩气体推动冲击锤，可以产生比摆锺更大的冲击能量，占用空间小，易于安装和维修，安全性高，更换试件和波形垫方便。
本系统包含了一个基座、一块冲击谐振板、两套水平导轨、一个冲击锤、两个冲击气缸、一套台面复位装置、两套冲击缓冲垫和相应的控制仪。
在做冲击响应谱试验时，在前后座安放好相应的缓冲垫，然后将试件固定在谐振板台面上，设置好冲击锤的前冲压力和刹车时间，在前冲压力的推动下，冲击锤冲击到谐振板上，然后反弹缩回，同时谐振板上产生具有高频振荡随时间衰减的冲击波，从而完成一次试验。
前冲压力决定了冲击峰值加速度的大小，而前后波形垫决定了冲击响应谱谱形的斜率、转折频率等。
系统的控制和测量功能均通过计算机来进行。
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
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。
冲击响应谱容差曲线
冲击响应谱容差曲线
冲击响应谱容差曲线通常用于描述结构在地震等冲击性负载下的响应特性。
容差曲线是对结构在不同地震波形下的冲击响应谱的统计分析，它考虑了一系列地震波形对结构响应的影响。
以下是冲击响应谱容差曲线的一般概念和涉及的关键术语：
冲击响应谱（Impulse（Response（Spectrum）：（冲击响应谱描述了结构在单一单位冲击负载下的响应，通常是加速度与时间的关系。
它是地震工程中用于分析结构动力响应的一种工具。
容差曲线（Envelop（Curve）：（容差曲线是多个冲击响应谱的统计总结，以考虑不同地震波形的影响。
通过考虑不同地震事件的变化，容差曲线提供了结构在实际地震中可能遇到的不同响应的范围。
容差 Enveloping）：（容差是通过比较多个冲击响应谱来获得的，以确定在给定概率水平下，结构响应的可能范围。
容差曲线通常由最小和最大响应谱之间的包络线构成。
容差曲线的构建可以通过以下步骤进行：
采集一系列地震波形，代表可能的地震事件。
对每个地震波形计算相应的冲击响应谱。
在每个频率点上比较所有冲击响应谱，选择最大和最小响应。
构建容差曲线，这是最小和最大响应之间的包络线。
这样的容差曲线提供了对结构在实际地震中可能的变化响应的一种统计描述。
它在地震工程设计中有助于更全面地了解结构的性能。
请注意，这是一个简要的概述，具体的方法和标准可能根据特定的地震工程规范和要求而有所不同。
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 ２ １ 。 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，
ｄｓｕ ｓｄ ｉｃ ｓｅ ．
Ｃ ａｔ ４ ｉ ｔ Ｒ ｓ ｈ ｉ ｎ ａ ｌ ｅ ｉ ｅ ｏ， ｇ ｓ ａｄ ｓ ｄ ｓ Ｓ Ｓ ｔ ｓ ａｄ ａ ｚｓ ｍ ｔ ｄ ｐｏｒ ｓ ｈｐ ｒ ｔ ｅ ｈ ｅ ｕ ｅ ｙ ｅ ｓ ｎ ｙ ｔ ｎ ｓ ｈ ｒ ｅ ｎ
ｐｉ ｉｅＰａｔａＳ Ｓ ｔ ｓ ｉｒ ｌｅ ｕｉ Ｗ Ｖ Ｙ ． ｒ ｃ ｌ ｒ ｉ ｌ ｓ ｈ ｉ ｓ ｉ ｄ ｎ Ａ Ｓ Ｎ ｎ ｐ ． ｃ Ｒ ｙ ｅ ｓ ａｚ ｓ ｇ ｃ ｎ ｅ Ｃ ａｔ ５ ｌ ｅ ｔ ｔ ｃ ｅ ｆｎｔ ｎ ｈｃ ｔ ｒ －ｍ ｃ ｔ ｌ ａａ ｓｓ ｓｕｔｒ ａｄ ｃｏ ｏ ｓｏｋ ｔ ｌｉｅ ｎ ｏ ｈｐ ｒ ｎ ｙ ｈ ｒ ｕ ｎ ｕ ｉ ｆ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｓ ａ ｏｒ
ｓｓｍ ｄ ｉｌ ｔｌ ｓ ｔ ； ｈ ｈ ｅ ａｄ ｌｉｅ ｆｍ ｎｅ ｙｔ ａ ｄ ｔ ｃｎｏｔｔ ｅ ｔ ｉ ｓ ｄ ｒ － ｐｒ ｒａｃ ｏ ｅ ｎ ｉ ａ ｏ ｒ ｅ ｙ ｍ ｈ ｇ ｐ ｎ ｅ ｔ ｅｏ ｇ ｓ ｓ ｅ ｅ ａ ｍ ｆ ｓｏｋ ｒ ｌｉｅ ｔｌ ｅ ｂｓ ｏ Ｄ Ｐ ｐ ａ ｓ ｄ ｄ ｈｃ ｔｔ －ｍ ｃｎ ｏｓｓｍ ｅ ｎ ｃｉ ｒ ｔ ｉ ． ｅ ｅ ｔ ｏ ｒ ｙｔ ａ ｄ Ｓ ｈ ｓ ｕ ｅ ｓ ａ ｅ Ｃ ａｔ ６ ｓ ｏ ｌ ｉ ｏ ｈ ｐｐｒ ａａ ｓ ｈ ｕ ｒ ｅ ａ ｈ ｇ ｅ ａ ｃ ｓｎ ｔｓ ｅ ａｄ ｌ ｅ ｔ ｆｕ ｒ ｅｒ ｏ ｈｐ ｒ ｉ ｅ ｖ ｃｎ ｕ ｏ ｆ ａ ｎ ｎ ｙ ｓ ｔ ｅ ｃ ｆ ｉ ｅ ｓ
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S14-8
从大结构的瞬态分析中创建频谱
● 响应谱分析分两个步骤
Step 1：创建频谱，即用瞬态分析创建频谱 Step 2：应用频谱，即用第一步创建的频谱来评估结构响应
● 通过确定大结构和与其连接的结构的响应来创建频谱，如发动机和 泵
● 频谱创建后，应用于一系列单自由度振荡器系统，作用在小结构和 大结构的连接位置。每个单自由度振荡器的峰值响应由它的瞬态响 应ui(t)计算得到。振荡器的基础运动uB(t)来源于大结构(如建筑物， 地球)的载荷或基础激励。
1 Hz Model
2 Hz Model
4 Hz Model
.5 Hz Model 10 Hz Model
20 Hz Model
40 Hz Model
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从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 工况控制段
● OUTPUT(XYPLOT) ● XYPLOT DISP SPECTRAL (计算位移谱) ● XYPUNCH DISP SPECTRAL (生成包含谱数据的文件)
● 例如
● XYPUNCH ACCELERATION SPECTRAL 1/1 (T1RM) 该命令使用节点1在X(T1)方向的运动，在DTI,SPSEL卡的记录号1处， 创建一个包含绝对(RM)加速度谱数据的.pch文件。 如果是T1IP则代表X 方向的相对(IP)响应谱。
响应谱方法(续)
● 响应谱用于提供结构每阶模态的最大响应。 ● 结构的响应通过最大模态响应的组合得到。组合方法有
许多种。因而，响应谱分析求得的是近似值。
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.. max
ua.
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4Hz脉冲的单自由度响应
Zeta=.05, 4Hz单循环激励，不同单自由度系统的瞬态响应
(注意: Y轴应实际大小而变化；黑线为强迫加速度激励曲线)
● SOL 109直接瞬态分析 ● SOL 112模态瞬态分析
● 更多信息参见MSC Nastran Advanced Dynamics User’s Guide.
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0%
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。
●
设计谱通常用这些变量表示umrax,
.max
ur ,
● 例子：由地震引起的电厂的运动。在机械设备(如机器、管道系统)的安 装位置计算频谱，然后用这些频谱来进行响应谱分析以帮助设备设计。
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从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
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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：
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第14章 冲击响应谱分析
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● 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。 (因而小结构应用频谱来计算响应的过程可以从总体结构的瞬态分 析中解耦出来单独进行计算)。
● 使用模型中选定自由度的瞬态响应作为输入时间历程,生成频谱曲 线。
● 任何一个瞬态求解序列都可以生成频谱
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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。
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uB(t)
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u3(t) u3max
t =>
响应谱方法(续)
● 对于不同的阻尼值，重复响应谱分析产生一簇曲线。 因而提供模态响应的最大值是必须的。
*振荡器阻尼；临界阻尼
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Curve 1
Damping (*)
4Hz脉冲的单自由度响应(续)
0.35
1.15
2.70
1.57
1.05
1.05
Zeta= 0% Zeta= 2% Zeta= 5%
Acceleration (in/sec**2)
2.00
4.00
20.0
40.0
Frequency (Hz)
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● 例子
DISPLACEMENT(plot,SORT2,REAL)=ALL VELOCITY(plot,SORT2,REAL)=ALL OUTPUT (XYPLOT) XYPLOT ACCE SPECTRAL 1/57 (T3RM) XYPUNCH ACCE SPECTRAL 1/57 (T3RM)