冲击响应谱分析原理以及合成与振动控制
冲击响应谱控制系统仿真研究
控制仪输出驱动信号到功率放大器 , 功率放大器输出一 电流到振动台而使振动台动圈产生一推力 , 这环节可以用一 增益系数 G 表示 。 因此外激励可由下式计算 :
F ( t) = GS ( t) ( 10)
首先确定第一个分析频率点的延迟 t d1 , 以后各分析频率点的 延迟时间的确定依据下列公式 :
3 时域波形合成
合成小波法 ( WAVSY N) 是冲击时域波形合成的一种常用 方法 ,用该方法合成的时域波形可满足初始和最终速度 、 位 移为零的条件 ,因此可准确地在振动台系统上再现 。 该法采用的基本波形用下列式子表示 :
W ( t) m = 0 ( 0 < t < t dm ) W ( t) m = A m sin 2π fm ( t - t dm ) Nm ( 1)
t dm ≥ t d1 t d1 < t dm + Tm < t d1 + T ( 7) ( 8)
求解方程 ( 9) , 得出系统的响应加速度 X ¨ , 进而就可以计 算出冲击响应谱 Ass 。
5 冲击响应谱修正
根据规范合成一满意的时域波形以后 , 就可以以此为驱 动信号 , 工程上的作法是先将驱动信号转化为一小量级 , 在 小量级下均衡 , 均衡完成后 , 逐步将量级升至试验量级 , 通常 设四个预置量级 , 即 - 12dB , - 9dB , - 6dB , - 3dB ,0dB ,为了 做到对响应的有效控制 , 在每一个量级都要对驱动信号进行 修正 , 而不是简单意义上的递增 。
冲击响应谱控制就是对计算出的冲击响应谱 Ass 进行控 制 , 保证 Ass 满足规范要求 。 冲击响应谱控制有两种方法 : 传 递函数均衡法 ( TFE 法) 和波形幅值均衡法 ( WAE 法) , 本文采 用波形幅值均衡法 。 波形幅值均衡法分以下几步进行 : ①将合成的时域波形输入到振动台系统 , 计算出振动台 上控制点的响应波形 ; ②求得响应波形的冲击响应谱 , 与规范规定的冲击响应 谱进行比较 ; ③利用比较结果来修正合成时域波形的有关参数 , 将修 正后的时域波形输入到振动台系统 。 以上步骤多次重复 , 首先从低量级 ( - 12dB) 开始 , 逐步 升至满量级 ( 0dB) 。 由于 A m 值对冲击谱值影响最大 , 因此在 计算冲击谱值与规范冲击谱值作比较时 , 主要修正 A m 值以 达到修正时域波形的目的 , 假设冲击谱值在一定变化范围内 是线性的 , 设分析频率点 f mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的冲击谱计算值为 ASSm , 该点的 冲击谱规范值为 Asm , 修正后的 f m 点对应的 A′ m 值可按下式 计算 :
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。
振动试验分类(正弦 随机 冲击 冲击响应谱 随机加随机 路谱仿真 瞬态冲击 振动台振动试验)
振动试验分类北京西科远洋机电设备有限公司 Jeff.jiang振动试验根据模拟振动环境的不同输出不同的激励波形，根据激励波形的不同振动试验可分为：1.正弦扫频试验正弦试验是最早的振动试验，传统的扫频正弦试验通过改变信号的频率、相位和幅值来实现。
正弦试验通过正弦信号发生器改变信号的频率和幅值，控制试件在频率范围内按要求振动。
正弦扫频试验在研究结构的共振峰特性时是尤为有效的。
结构共振点上会激发出很高的响应，在共振点实行定频振动，是疲劳试验的有效手段。
美国迪飞DP SignalStar 与 北京西科 Standard 2x 正弦试验的最重要特点是使用跟踪滤波器技术，使用固定的或者比例带宽的高品质数字跟踪滤波器可以确保在存在环境噪声的情况下仍然能精确地测量和控制正弦试验。
2.谐振搜索和驻留试验谐振搜索和驻留试验，首先通过正弦扫频获取评估谐振特征的传递函数，输入频率范围、幅值阈值和最低Q值(尖锐度)参数用于判断哪些模态会被评估为谐振峰。
谐振搜索和驻留在很多机械结构的疲劳试验中非常有效。
谐振搜索和驻留自动侦测谐振峰的偏移，并自动调整正弦激励信号的频率来跟踪谐振峰的偏移。
跟踪驻留试验在高周期关键部件如涡轮机叶片和汽车曲轴的疲劳试验中非常常见。
美国迪飞DP SignalStar 与 北京西科 Standard 2x谐振搜索和驻留主要集中在结构疲劳试验上。
疲劳试验中会自动跟踪谐振峰的偏移来驻留激励，同时可以限制幅值和频率的偏离度来终止试验。
3.多正弦试验疲劳试验时，如汽车厂商的发动机部件试验，多个频率的正弦同步扫频可以大大减少试验时间。
在德国汽车制造商组织的推动下，该方法目前正越来越广泛地为其他谐波试验所应用。
依据一家知名的德国汽车制造商的要求。
多频率正弦试验已经发展为汽车发动机组件可靠性试验的一个重要方法。
这一试验方法的目的是在不影响试验效果的前提下降低试验时间和开发成本。
DP的SignalStar多频率正弦控制软件减少了试验时间，且不牺牲试验控制精度和试验效果。
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
冲击响应分析方法及其应用
冲击响应分析方法及其应用冲击响应分析是一种常见的结构动力学分析方法，用于评估结构在受到冲击荷载作用时的响应情况。
冲击荷载可以是突然施加在结构上的冲击力，也可以是结构自身发生突然变化引起的响应。
冲击响应分析方法主要包括模态分析法、有限元分析法以及模型试验法等。
模态分析是一种基于自由振动的分析方法，通过计算结构在不同模态下的特征值和特征向量，得到结构在不同模态下的振动特性。
在冲击响应分析中，可以利用模态分析的结果来得到结构在受到冲击荷载时的响应。
有限元分析是一种基于数值计算的分析方法，通过将结构离散为有限数量的单元，并建立单元之间的相互关系，求解结构的运动方程。
在冲击响应分析中，可以使用有限元分析来模拟冲击荷载施加在结构上的过程，并计算结构在冲击荷载作用下的响应。
模型试验是一种通过实际制作结构模型进行测试的分析方法，可以直接观测结构在受到冲击荷载时的响应情况。
在冲击响应分析中，可以使用模型试验来模拟冲击荷载对结构的作用，并研究结构在冲击荷载下的响应特性。
冲击响应分析方法在工程实践中有广泛的应用。
例如，在地震工程中，可以使用冲击响应分析方法评估建筑物在地震荷载下的响应情况，研究结构的抗震性能。
在航空航天工程中，可以使用冲击响应分析方法分析飞行器在起飞、降落等环境下的冲击响应情况，评估结构的稳定性和安全性。
在交通工程中，可以使用冲击响应分析方法评估桥梁在车辆冲击下的响应情况，研究桥梁的耐久性和安全性。
总之，冲击响应分析方法是一种常见且重要的结构动力学分析方法，可以用于评估结构在受到冲击荷载作用时的响应情况。
通过适当选择和应用不同的冲击响应分析方法，可以更好地了解结构的动态特性，并指导工程设计和结构优化。
悬臂梁的振动特性与冲击响应分析
悬臂梁的振动特性与冲击响应分析悬臂梁是一种常见的结构，在工程中被广泛应用。
了解悬臂梁的振动特性和冲击响应对于优化设计和安全性评估都具有重要意义。
本文将从悬臂梁的基本模型开始，介绍振动特性和冲击响应的分析方法，并讨论相关应用和工程实践。
悬臂梁的基本模型如下图所示：[插入悬臂梁的示意图]悬臂梁由一根固定在一端的横梁构成，另一端则悬空。
挠度是描述悬臂梁振动特性的重要参数之一。
当悬臂梁受到外界扰动时，会产生挠度。
悬臂梁的挠度可以用弯曲方程来表示，其中包括力的作用以及梁的力学性质和几何形状等因素。
在振动分析中，悬臂梁的振动方程可以通过应力-应变关系和质量与加速度之间的平衡等原理推导得出。
最常见的振动方程为欧拉-伯努利梁方程，可以表示为：其中，EI是悬臂梁的弯曲刚度，ρ是悬臂梁的线密度，w(x, t)是挠度函数，P(x, t)是作用力函数。
这个方程可以通过使用适当的边界条件（如悬臂梁的约束条件）来求解。
解上述振动方程可以得到悬臂梁的固有频率和模态形式。
固有频率是指悬臂梁自由振动的频率，与其材料、几何尺寸和边界条件等有关。
模态形式则是指悬臂梁在不同固有频率下的振动形态。
冲击响应是指悬臂梁在外界冲击力作用下的振动响应。
冲击力可以是任意形式的，由于悬臂梁的振动特性会对冲击力产生不同的反应，因此需要对冲击力进行分析和建模。
在冲击响应的分析中，一种常用的方法是使用能量法。
该方法通过考虑冲击能量的输入和输出来确定悬臂梁的响应。
首先，将冲击力分解为一系列正弦波成分，并使用频谱方法将冲击力转化为频域中的扰动。
然后，通过求解悬臂梁的振动方程，可以得到不同频率下的响应频谱。
最后，通过将响应频谱和冲击力的频谱进行叠加，可以得到悬臂梁的总响应。
冲击响应的分析可以用于评估悬臂梁的结构安全性。
例如，在桥梁工程中，经常会考虑车辆行驶时对悬臂梁的冲击响应。
通过分析悬臂梁的冲击响应，可以确定悬臂梁的固有频率和模态形式，进而评估悬臂梁的结构健康状态。
Sec10_SRS.冲击谱分析
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
![[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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冲击响应谱(SRS)是一个瞬态加速度脉冲可能对结构造成破坏的图示。
它绘制了一组单自由度(SDOF)弹簧的峰值加速度响应，就像在刚性无质量的基础上一样,质量阻尼器系统都经历相同的基本激励。
每个SDOF系统具有不同的固有频率;它们都有相同的粘滞阻尼因子。
频谱的结果是在固有频率(水平方向)上绘制峰值加速度(垂直)得出的。
一个SRS是由一个冲击波产生，使用以下过程: 指定SRS的阻尼比(5%是最常见的)、使用数字滤波器模拟频率单自由度、fn和阻尼ξ。
应用瞬态作为输入，计算响应加速度波形。
保留在脉冲持续时间和之后的峰值正负响应。
选择其中一个极值，并将其绘制成fn的频谱振幅。
对每个(对数间隔)fn重复这些步骤。
由此产生的峰值加速度与弹簧-质量阻尼系统固有频率的曲线称为冲击响应谱，简称SRS。
一个SDOF机械系统由以下组件组成:
①质量,米
②弹簧,K
③阻尼器,C
Fn,固有频率和临界阻尼因子,ξ,描述一个应用系统,可以从上面的参数计算。
对于小于或等于0.05的小阻尼比，频率响应的峰值发生在fn的邻近区域，其中
Q为质量因子，等于1/(2ξ)。
任何瞬态波形都可以作为SRS呈现，但这种关系不是唯一的;许多不同的瞬态波形可以产生相同的SRS。
SRS不包含所有关于瞬态波形的信息，因为它只跟踪峰值瞬时加速度。
不同的阻尼比为相同的冲击波形产生不同的SRS。
零阻尼会产生最大的响应，而高阻尼则会产生较平的SRS。
阻尼比与质量因子Q有关，在正弦振动的情况下也可以被认为是传递率。
阻尼比为5%（ξ=0.05）时，Q值为10。
如果没有指定阻尼因子(或Q)，则SRS图是不完整的。
★SRS箱的频率间隔
一个SRS由多个在对数频率范围内均匀分布的箱组成。
频率分布可以由两个数字来定义:一个参考频率和期望的分数倍频间隔，如1/1、1/3或1/6。
(倍频程是频率的两倍)例如，250hz和500hz的频率相差一个倍频程， 1 kHz和2 kHz的频率也是一样。
比例带宽显示对于分析各种自然系统，如人类对噪声和振动的反应，是非常有用的。
许多机械系统表现出的特征非常适合以比例带宽分析。
为了获得更好的频率分辨率，频率范围可以以倍频程的一部分划分比例间隔。
例如，有1/3倍频间隔，每个倍频程有3个SDOF滤波器。
一般来说，对于1/N个分数倍频程，每个倍频程有N个带通滤波器。
这里1/N称为分数倍
频数，参考频率是最低期望频率fc1。
根据参考频率和分数倍频数，确定了整个频率范围的频率分布。
★在SRS中测量信号
Spider SRS测试可用的测量量为：每个通道的时间流(原始数据)、捕获的时间信号和每个通道的三个SRS。
时间流:与Spider上的任何其他模式相同。
时间流支持查看和记录。
它是观察输入信号是否在有效范围内的一个非常有用的工具。
记录的正弦波也可以用于后处理。
块时间信号:这些是用于SRS分析的捕获的块信号。
采集模式将控制块时间信号的采集方式。
SRS:将计算每个时间块信号的冲击响应谱。
频谱的工程单位由输入通道指定的传感器单位确定。
通常表示为三种谱类型:最大正谱;最大负谱和极大值谱最大正谱:这是由于瞬态输入而产生的最大正响应，而不涉及输入的持续时间。
最大负谱:这是由于瞬态输入而引起的最大负响应，而不涉及输入的持续时间。
极大值谱:这是正和负谱的绝对值的极限。
它是最常用的SRS数据类型。
log-log 极大值谱是显示SRS普遍接受的格式。
★SRS分析参数和合成参数
所有的SRS分析测试参数都可以在测试设置->分析参数中找到。
FFT分析参数的定义与其他FFT测试相同。
SRS参数包括:
参考频率:定义SRS谱的参考频率。
SRS类型包括最大值、正最大值和负最大值。
分数倍频数从1/1、1/3、1/6、1/12、1/24、1/48中选择。
低频:定义SRS谱的最低频率边界。
高频:定义SRS谱的最高频率边界。
阻尼比(%):定义阻尼比为百分比。
Q(质量因子)是一个无量纲参数，它描述了激振器或共振器的阻尼情况，或等效地描述共振器相对于中心频率的带宽。
小波窗类型是由正弦、半窗、指数和矩形所提供的窗函数。
合成：有四种可用的合成，包括高冲击、最小加速度、用户定义的持续时间和Mil-Std810-F标准。
★小知识
冲击响应谱分采集分析和控制两个部分。
采集分析功能方面晶钻仪器提供两种款式的仪器供用户选择，一种是手持式频谱分析仪CoCo-80X，另外一种是动态数据采集分析仪Spider-80X模块。
SRS控制功能用户可选择Spider-80X
或振动台控制仪Spider-81控制振动台。
杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，专注于振动控制、数据采集、模态分析、动态信号分析、故障诊断、综合环境测试领域，产品包括手持一体化动态信号分析仪、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统，解决方案包括NVH测试、新能源电池测试、结构模态分析、故障诊断监测、机械性能测试、转子动力学测试、疲劳可靠性测试、综合环境测试。
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