冲击隔离技术评述

一、冲击隔离的特征冲击隔离是减小冲击激励从基础传递到设备或从设备传递到基础的响应.冲击激励与响应有下列特征:1.冲击激励时间短;2.冲击激励的频率成份十分丰富;3.冲击响应为瞬态运动,且与冲击作用时间、波形及系统固有频率有关.与振动隔离一样,冲击隔离也有被动与主动之分,本文指的是被动冲击隔离.冲击隔离与振动隔离最大区别在于:由冲击传递曲线可知当冲击激励作用时间较大时,冲击被放大;只有当冲击激励作用时间小于隔离系统振动周期的六分之一,也就是讲冲击频率为系统固有频率六倍以上时,才起到隔冲作用.     

舰用燃气轮机支架缩比模型试验方法研究EI北大核心CSCD

关键部件冲击试验是舰用燃气轮机抗冲击设计的必要考核手段。针对某燃气轮机支架系统抗冲击试验问题,首先,采用相似理论与等效冲击相结合的方法,选取与支架系统动力特性相关的物理量并推出相似关系。其次,确定支架冲击试验材料并通过试验得到力学特性,分析其受到的载荷、固有频率及模态振型。最后,提出一种燃机支架系统的缩比试验模型及试验方法,并通过有限元模型进行模态分析和冲击仿真计算,验证了支架缩比试验模型与原模型的等效性。结果表明:缩比试验模型一阶、二阶固有频率与原模型的相对误差均在10%以内;相对位移响应误差为13.69%,绝对加速度响应误差为3.18%,相对误差均在20%内,满足工程要求。验证了支架系统缩比模型及试验方法的有效性,为燃机支架系统抗冲击试验提供技术支撑。     

Laplace小波及其工程应用

小波变换是非平稳信号处理的有力工具,小波性质取决于它的基函数.在模态分析、机械监测诊断等领域,冲击响应信号十分普遍.一种单边衰减复指数型的Laplace小波基函数具有分析冲击响应信号的优势,采用Laplace小波相关滤波方法可提取振动信号中的冲击响应分量,成功地诊断出内燃机进气阀的磨损故障和识别出大型水轮机轴系的一阶固有频率.     

基于边界模态的结构密封胶损伤识别实验研究

根据隐框玻璃幕墙面板单元结构密封胶损伤位于面板单元边界的特点,提出基于边界模态构建平均边界模态保证准则、平均边界曲率模态差变化率和平均边界模态应变能变化率3个新的损伤指标进行损伤识别。然后,进行一个长2.06 m、宽1.46 m的隐框面板单元的模态试验,研究边界模态损伤指标及固有频率、传统模态保障准则随损伤程度的变化规律。试验研究结果表明：当结构密封胶损伤程度小于5%时,前6阶固有频率和传统模态保证准则难以进行结构密封胶的局部损伤识别;当结构密封胶损伤1%时,所提三个基于边界模态的损伤指标均大于9%,且随着损伤的增大而增大,均能有效识别损伤,其中平均边界曲率模态差变化率在损伤边的变化大于未损伤边,可进一步用于损伤边的识别。     

基于多尺度L-P法的三次非线性包装系统跌落冲击解析解

针对有阻尼三次非线性包装系统在发生跌落冲击时的响应问题,基于多尺度Lindstedt-Poincare摄动法(MSLP)讨论了三次非线性系统跌落冲击响应的一阶近似解析表达并与数值结果进行了对比。结果表明：所求有阻尼三次非线性系统跌落冲击一阶近似解析具有较好的精度,特别是对于小阻尼强非线性包装系统的冲击响应分析而无需额外的幅值及频率修正。     

热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动分析

基于Timoshenko梁理论研究两端夹紧、一端夹紧一端简支、两端简支三种不同边界条件下的轴向运动功能梯度材料(FGM)梁在热冲击载荷作用下的自由振动响应。利用Hamilton原理推导热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动控制微分方程,并采用分离变量法求解一维热传导方程。通过微分求积法(DQM)在梁的长度方向进行离散,将原方程转化为四阶广义特征值问题,求解FGM梁自由振动的无量纲固有频率并进行特性分析。考虑了不同热冲击载荷,不同梯度指数和不同轴向运动无量纲速度对FGM梁自振频率的影响。结果表明:热冲击载荷越大,对降低FGM梁的固有频率的效果越明显;在轴向运动速度和热流输入不改变的情况下,逐渐增大材料梯度指数会使FGM梁的固有频率随之减小;FGM梁对热冲击短时间内有减缓作用,相对于均匀材料一阶失稳所需时间更长,受到热冲击的FGM梁在轴向运动时也更快达到失稳状态。     

基于电学特性库尔勒香梨冲击损伤模型构建

目的 为了有效量化库尔勒香梨因冲击载荷造成的损伤,实现库尔勒香梨冲击损伤量化评价。方法 以不同成熟度库尔勒香梨为实验材料,探究不同成熟度下冲击高度与香梨损伤程度的关系,构建冲击高度与香梨损伤程度模型,依据电学特性检测系统构建不同测试频率下电学参数并联等效电容（Cp）与冲击损伤程度的量化模型。结果 在同一冲击高度下,香梨损伤程度与成熟度成正比关系。当成熟度为H1—H5,冲击高度为30 cm,与瓦楞纸板进行冲击时,香梨表面未发现损伤。当冲击高度达到150 cm时,不同成熟度香梨表皮均已破损,不同成熟度香梨冲击高度与损伤程度量化模型决定系数R2为0.984 9～0.9985,可有效量化评价不同成熟度香梨冲击高度与损伤程度的关系。在同一测试频率下,Cp值随着香梨损伤程度的增加而增大。随着测试频率的升高,电学参数Cp值逐渐减小,5种测试频率、不同成熟度下的量化模型决定系数R2的平均值由高到低为1 kHz、1 MHz、10 kHz、100 kHz、100 Hz。结论 在测试频率1 kHz下,所构建的电学参数Cp与冲击损伤面积的量化模型检测效果相对最优,能够有效量化评价香梨的损伤程度。该模型的构建为...     

规范方法计算高层结构风振底部剪力的精确度研究

中国荷载规范利用惯性风荷载(IWL)法来计算等效静力风荷载,由这样的等效静力风荷载可得到精确的1阶位移响应,但计算其他类型响应的背景分量往往误差较大,特别是结构底部剪力的背景分量.分别利用IWL法和随机振动理论计算出结构总动力响应(包括背景响应和共振响应),定义两者之比为IWL法精确度因子C.通过对因子C的研究,得到结论:(1)当结构的第1阶振型为弯曲型时,对绝大部分的钢结构和频率f1≤0.29 Hz的钢混结构,由IWL法计算的总动力底部剪力精确度C≥95％;(2)当结构的第1阶振型为剪切型时,对f1≤0.7Hz的钢结构,由IWL法计算的总动力底部剪力精确度C≥95％;由IWL法计算的钢混结构总动力底部剪力精确度小于95％;(3)IWL法计算的总动力响应的精确度不满足要求时,需要进行修正,提供了对总动力底部剪力响应进行修正的方法.     

微纳卫星火工冲击载荷缓冲装置设计及验证EI北大核心CSCD

火工冲击环境是卫星等航天器经历的最恶劣的力学环境之一,尤其是航天器与运载火箭分离时的冲击最为恶劣。星箭分离冲击会影响有冲击敏感元件的设备甚至航天器的正常工作,严重时甚至能导致发射任务的失败。因此,有必要研究火工冲击环境的抑制措施。针对某金属框架微纳卫星在研制阶段星箭分离实验过程中冲击响应过大的问题,结合火工冲击载荷来源、火工冲击传递机理以及火工冲击抑制方法,对整星进行了冲击载荷缓冲装置设计并进行了冲击及振动实验验证。实验结果表明,该火工冲击缓冲装置能够将冲击载荷降低70%以上,对航天产品的抗冲击分析及合理的结构设计具有重要意义。     

传感器固有频率和阻尼对冲击加速度检测的影响

研究了硅微机械高g(g为重力加速度)加速度传感器的固有频率和阻尼特性对冲击响应的影响。传感器固有频率低,阻尼小时,冲击加速度的响应波形包含传感器共振波,造成测量干扰。采用有适当阻尼,固有频率高的双质量块结构高g加速度传感器,进行接近2万g加速度峰值的一系列落杆冲击实验,都未见共振响应。同样的传感器制作成欠阻尼,进行实验时,发现共振干扰。该实验所用的传感器芯片面积小,固有频率高,调整该结构的弹性梁厚度,可制作量程为2×103g～2×105g的加速度传感器。     

商用车挡泥板总成失效分析与试验规范制定

针对商用车挡泥板总成失效原因不易获取、释放不易控制等问题,提出了一种基于实测载荷谱的单自由度振动系统疲劳失效解决方案。首先,分析了某商用车挡泥板总成的失效模式、断口形貌和道路载荷谱,确定了其失效类型和系统模型,通过数据分析得到该挡泥板总成可简化为单自由度振动系统,其等效刚度为固定螺栓和挡泥板支架的串联刚度。然后,分析了车架（挡泥板总成安装位置）和挡泥板支架尾端处Z向加速度功率谱密度(power spectral density,PSD)以及两者之间的频响函数和相干系数,得到了挡泥板总成的工作模态。最后,为提升挡泥板总成的质量,基于冲击响应谱（shock response spectrum, SRS）和疲劳损伤谱（fatigue damage spectrum, FDS）制定了挡泥板总成耐久试验规范。结果表明：当频率f =22.0 Hz时,挡泥板总成的响应最大,车架的Z向加速度功率谱密度较小,且两者之间的相干系数仅为0.6,说明挡泥板总成失效主要是因为其自身的某阶模态被激励;当挡泥板总成的主要工作模态为第3阶模态（f=22.26 Hz）时,其振型为反相位上下摆动,与测试结果相符;基于挡泥板总成耐久试验规范的台架试验科学地复现了挡泥板总成的失效模式,验证了试验规范的合理性。后续试验跟踪显示,改进后挡泥板总成的失效率大幅降低,售后反馈良好。研究表明该解决方案可大幅缩短新产品的开发周期,实现了改进产品和后续新产品的快速释放。     

基于同伦摄动法三次型非线性系统跌落冲击响应分析

目的 以典型的三次型非线性系统为研究对象,研究非线性系统跌落冲击响应的近似解析.方法 研究包含复杂非线性项的保守缓冲包装系统,以三次型非线性系统为例,通过使用同伦摄动法求解运动方程,求得跌落冲击响应的一阶近似解,并使用能量法修正一阶近似解.基于最大加速度响应表达式,获取非线性系统破损边界曲面,进行系统损伤评价.结果 修正后的一阶近似解的最大位移响应、最大加速度响应与龙格库塔法的数值更接近.随着产品脆值的增大,破损边界曲线逐渐上移,系统就越安全.结论 同伦摄动法的应用可为后续的非线性跌落冲击分析提供简便性.     

可空投系留平台空投跌落冲击响应研究

目的实现可空投系留平台软着陆,为优化可空投系留平台的隔振缓冲设计提供理论参考。方法将可空投系留平台等效为二自由度非线性隔振缓冲系统,在Matlab环境中,采用四阶龙格-库塔方法,对可空投系留平台跌落冲击响应进行数值仿真,并分析系统参数对系留平台中继模块空投跌落冲击响应的影响。结果得到动态响应数据和曲线,避免了大量破坏性试验,得到不同参数条件下的跌落冲击仿真结果。结论根据隔振缓冲仿真系统的动态响应规律,可对隔振缓冲包装的安全性进行评估,实时修改设计参数,有效地提高隔振缓冲包装设计的精确性和经济性。     

连续冲击载荷条件下收音机的冲击响应特性研究与分析

以一种典型的电子产品FH-2010型"烽火"牌收音机为对象,利用正弦振动试验、模态分析、连续冲击试验等方法研究了收音机在连续冲击载荷条件下的冲击响应,获得了冲击放大系数和冲击响应特性.这些研究方法及结果对进一步研究连续冲击载荷环境中电子产品包装结构的破损与防护理论技术有较好的参考价值.     

基于不同支撑结构的薄壁管冲击微动磨损行为研究EI北大核心CSCD

在新型冲击微动磨损试验机上对304不锈钢薄壁管进行冲击微动磨损试验,研究了支撑结构(角度)和管长对薄壁管冲击微动损伤行为的影响,并对其界面响应和磨损机制进行分析。研究结果表明:当管长相同时,随着支撑结构角度的增大,薄壁管的变形量和冲击接触时间增大,而冲击接触峰值力、能量吸收率和磨损程度降低。当支撑结构角度相同时,管长的增加会导致变形量和冲击接触时间的减小,接触峰值力、能量吸收率和磨损程度的增大。通过对磨痕分析,304不锈钢薄壁管的冲击微动磨损的损伤机制主要是材料表面的疲劳剥落。     

裂纹梁无效损伤位置的理论分析和实验研究

以两端固支裂纹梁为例,通过理论和实验方法探讨无效损伤位置。首先将梁的裂纹模拟为无质量的等效扭转弹簧,得到裂纹梁的特征方程,并求解特征方程解得固有频率。数值计算结果表明,某阶模态的无效损伤位置就是该阶模态固有频率与裂纹深度无关的位置,并且该位置出现裂纹时无法通过计算相应模态的曲率模态差来判断是否出现损伤。不同阶模态的无效损伤位置也会不同。随后用质量块模拟裂纹进行实验研究,利用移动质量块的方法模拟不同损伤位置得到的梁固有频率曲线,与健康梁固有频率对比,从而得到梁的无效损伤位置。最后将质量块放置在梁无效损伤位置上模拟裂纹,实验测得该梁的曲率模态,实验结果表明:当质量块布置在梁某阶无效损伤位置时,梁该阶固有频率几乎不发生变化,且相应模态的曲率模态差无法检测出损伤信息,与数值计算结果相符。     

高速冲击载荷作用下钎焊蜂窝夹层板动态响应

目的 以钎焊高温合金蜂窝夹层板为研究对象,分析其在弹丸高速冲击作用下的力学性能。方法 采用轻气炮冲击加载试验结合有限元模拟,对蜂窝夹层板开展不同冲击强度下的动态响应和失效研究。开展含高速冲击损伤的蜂窝夹层板侧压试验,研究损伤模式对剩余强度的影响。结果 冲击强度对夹层板的失效过程和失效模式有着明显的影响,当冲击条件不足以使得迎弹面发生侵彻时,夹层板失效为表面压痕损伤;随着冲击强度的提高,出现不同程度的局部芯层压缩;当冲击强度大于临界值时,迎/背弹面陆续被侵彻,夹层板出现侵入损伤及贯穿损伤。结论 高速冲击损伤使得蜂窝夹层板的侧压失效模式,由理想塑性屈曲转变为局部失稳,侧压极限载荷大幅降低。     

重力坝均匀冲击破坏模型试验研究

采用逐级递增循环均匀冲击加载方式,研究重力坝模型的破坏特征、自振频率与模态振型变化规律、最大加速度响应与冲击能间关系。试验表明,随着冲击能的增加,坝体依次出现砂浆掉皮、掉皮区扩大、上部细小裂缝、上部裂缝扩展及贯通、上部坝体断裂、中部细小裂缝、中部裂缝扩展及贯通、中部坝体断裂;自振频率随冲击能增加而降低,冲击后模态振型前二阶变化较小,第三阶变化较大;冲击作用下坝颈最大加速度响应最大;响应趋势与损伤程度有关,冲击能逐渐增加,无损伤或损伤较轻部位响应依次为增加、减小、变化不大或略有增加,损伤较重部位依次为略有降低、增加、减小、变化不大或略有增加。     

泡沫填充的S型褶皱复合材料夹芯板低速冲击响应特性

为了研究泡沫填充褶皱夹芯结构低速冲击响应特性与损伤机制,采用热压法制备了玻璃纤维增强S型褶皱夹芯板,并使用聚氨酯泡沫进行了填充,通过落锤试验机对夹芯板节点与基座两个位置进行了冲击试验。研究表明,冲击位置对泡沫填充褶皱夹芯板的失效模式存在影响。当冲击位置为节点时,夹芯板芯子以凸侧面曲面壁压溃断裂失效为主,泡沫的填充起到了提供力矩的作用。当冲击位置为基座时,夹芯板芯子以凹侧面曲面壁撕裂和凸侧面曲面壁压溃失效为主,夹芯板损伤沿板厚度方向扩展充分,导致冲击载荷均匀化。在相同冲击能量下,节点与基座冲击相比,夹芯板的最大载荷力提高,并且比较稳定。此外,节点载荷峰值产生的冲击位移较低于基座冲击。      

冲击响应谱

冲击响应谱是评价流通环境的新的理论方法。它利用不同频率的单自由度系统计算冲击输入下产生的冲击响应。用它可以修正破损边界曲线，避免破坏性实验，减少由于保守设计造成的过度包装。使包装设计更接近流通实况。文中就是基于冲击响应谱的基本理论，详细介绍了冲击响应谱曲线的构建方法，为合理的包装设计提供依据。