劉 剛

天津航天瑞萊科技有限公司 天津 300462

沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)是是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種試驗(yàn)方式,因?yàn)樵谠囼?yàn)過(guò)程當(dāng)中激勵(lì)的頻率覆蓋范圍廣泛,比傳統(tǒng)的沖擊試驗(yàn)更具貼近實(shí)際情況,因此被公認(rèn)為是較為方便的試驗(yàn)方式。在整個(gè)試驗(yàn)的過(guò)程中,我們的控制目標(biāo)是電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)、夾具及產(chǎn)品這個(gè)系統(tǒng)的整體響應(yīng),而非產(chǎn)品本身,因此對(duì)于產(chǎn)品,會(huì)發(fā)生過(guò)試驗(yàn)的現(xiàn)象。近幾年進(jìn)行沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)影響產(chǎn)品的性能,因此研究這種過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象就顯得尤為重要。

一、沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)優(yōu)勢(shì)

沖擊響應(yīng)譜在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中用途特別廣泛,主要是因?yàn)槿缦聝牲c(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是我們?cè)谶M(jìn)行沖擊試驗(yàn)研究的過(guò)程當(dāng)中,不是單純的研究沖擊波形本身有什么特征,而來(lái)研究沖擊作用對(duì)于整個(gè)設(shè)備以及系統(tǒng)的作用,如果我們采用傳統(tǒng)的波形進(jìn)行研究,用沖擊量級(jí)和時(shí)間歷程來(lái)描述損傷,不但困難而且可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)論,如果我們采用沖擊響應(yīng)譜就可以很好的避免在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)錯(cuò)誤。二是我們?cè)谶M(jìn)行沖擊試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中,如果采用了傳統(tǒng)的沖擊波形,在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中對(duì)于脈沖的類(lèi)型就有著明確要求,但是如果我們采用沖擊響應(yīng)譜的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)于脈沖的要求就會(huì)大大降低,在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中可操作性和靈活性就會(huì)直線提高。除了上述的兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)之外,如果在試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中采用了沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)來(lái)分析,就可以對(duì)于產(chǎn)品的載荷有著更加科學(xué)而準(zhǔn)確的把握,還可以給設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)更加靈活的技術(shù)方法,確保試驗(yàn)的可操作性和可重復(fù)性。

二、試驗(yàn)簡(jiǎn)述

由于一些產(chǎn)品在沖擊試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)了性能失效,我們?yōu)榱朔治龀霈F(xiàn)產(chǎn)品性能失效的原因,因此展開(kāi)了沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)。

為了能夠提高產(chǎn)品耐受沖擊的能力,我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中采用了減振器進(jìn)行緩沖。試驗(yàn)件通過(guò)減振器安裝在專(zhuān)用夾具上,夾具剛性固定在振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展臺(tái)臺(tái)面上。試驗(yàn)采用單點(diǎn)控制進(jìn)行,控制點(diǎn)(Channel 1)位于夾具與減振器的連接面上,試驗(yàn)件上安裝一個(gè)測(cè)量點(diǎn)(Channel 2)。

三、數(shù)據(jù)采集與結(jié)果分析

3.1 控制點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集 試驗(yàn)前我們要合理選擇傳感器的位置,控制點(diǎn)(Channel 1)貼在夾具剛度最大且靠近產(chǎn)品的位置,測(cè)量點(diǎn)(Channel 2)貼在產(chǎn)品失效位置。然后選定試驗(yàn)條件階梯式升量級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中要關(guān)注控制曲線是否符合條件要求。我們分別保存－12dB、－6dB、0dB的時(shí)域數(shù)據(jù)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析 我們?cè)谠囼?yàn)的過(guò)程當(dāng)中得到了六個(gè)曲線,分別是沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)－12dB、－6dB、0dB時(shí)的時(shí)域控制曲線與測(cè)量曲線(示意圖見(jiàn)圖1),我們將時(shí)域控制曲線與測(cè)量曲線的加速度值記錄下來(lái),用于之后的對(duì)比與分析。

圖1 時(shí)域測(cè)量曲線示意圖(0dB)

3.3 試驗(yàn)現(xiàn)象及測(cè)量曲線過(guò)試驗(yàn)原因分析 通過(guò)試驗(yàn),我們得到－12dB、－6dB、0dB的時(shí)域控制曲線加速度值分別為33.47g、65.34g、107.6g,－12d B、－6d B、0dB的時(shí)域測(cè)量曲線加速度值分別為36.77g、80.34g、168.1g。通過(guò)上述的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析可以得出,控制曲線與測(cè)量曲線之間的加速度值差異隨著試驗(yàn)量級(jí)的增加而不斷增大。在－12dB時(shí),控制曲線和測(cè)量曲線的加速度一致性還是比較高的,并且時(shí)域的幅值差異值也較小,誤差率只有9.86%；在量級(jí)變?yōu)椋?dB之后,兩者之間的差異已經(jīng)上升到了22.96%；在量級(jí)變?yōu)?dB時(shí),兩者之間的差異已經(jīng)相當(dāng)大,達(dá)到了56.23%。我們?cè)谠囼?yàn)過(guò)程當(dāng)中采用的減振器是一種橡膠墊,由于厚度較薄,線性工作范圍就比較有限,如果沖擊過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的位移超過(guò)了減振器的剛性非線性區(qū)時(shí),就會(huì)導(dǎo)致我們?cè)诋a(chǎn)品上的測(cè)量點(diǎn)的沖擊響應(yīng)數(shù)值,在大加速度時(shí)出現(xiàn)了典型的非線性。

我們?cè)跊_擊試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中是一個(gè)逐級(jí)遞進(jìn)的過(guò)程,首先是一個(gè)低量級(jí)的試驗(yàn),然后逐步增加量級(jí),通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果我們得出,沖擊響應(yīng)譜的時(shí)域控制曲線與測(cè)量曲線在低量級(jí)時(shí)沖擊加速度呈現(xiàn)了很好的一致性,而在高量級(jí)時(shí)沖擊加速度呈現(xiàn)出了非線性的特性。但是繼續(xù)進(jìn)行低量級(jí)沖擊時(shí),兩者還是有一個(gè)比較好的一致性,這個(gè)現(xiàn)象使得非線性呈現(xiàn)了一種時(shí)變性,即低量級(jí)線性－高量級(jí)非線性－低量級(jí)線性的特性。

我們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)分析的過(guò)程當(dāng)中是基于一次沖擊全過(guò)程的剖析,這里就會(huì)存在兩種不同的非線性,一種是一次沖擊過(guò)程時(shí)變非線性響應(yīng)特性,另外一種是不同量級(jí)之間存在的非線性。時(shí)變非線性使這一次分析沒(méi)有辦法能夠更為準(zhǔn)確地進(jìn)行,不同量級(jí)之間的非線性也會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果更具不確定性,從而也達(dá)不到試驗(yàn)的預(yù)期效果,這兩種非線性都會(huì)導(dǎo)致我們產(chǎn)品實(shí)際受到的沖擊當(dāng)中出現(xiàn)超規(guī)定量級(jí)現(xiàn)象。

對(duì)于整體及產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn),如果在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中也有像上述的非線性現(xiàn)象,就會(huì)形成一個(gè)相互影響的力學(xué)系統(tǒng),這樣也會(huì)導(dǎo)致我們?cè)谶M(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中沖擊響應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)一定程度的非線性。無(wú)論是螺絲連接當(dāng)中的剛性弱,還是預(yù)緊力不足以產(chǎn)生摩擦力,又或者是減振器的選擇不當(dāng),這些都會(huì)導(dǎo)致大量級(jí)沖擊時(shí)時(shí)呈現(xiàn)出一種時(shí)變非線性的現(xiàn)象出現(xiàn),如果這樣的非線性響應(yīng)出現(xiàn)的話,就一定會(huì)影響我們對(duì)產(chǎn)品應(yīng)力的控制,進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象。

結(jié)束語(yǔ)：我們通過(guò)試驗(yàn)可以得出,在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的最主要因素就是非線性。我們可以通過(guò)后續(xù)的研究,對(duì)于這種非線性控制對(duì)象建立一些更好的控制與測(cè)量的系統(tǒng),進(jìn)而來(lái)提高我們?cè)谶M(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中的準(zhǔn)確性與精確性,進(jìn)而減小過(guò)試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品的損傷。