振动台进行冲击响应谱试验控制参数优化方法

冲击响应谱(SRS)试验已经成为大多数航天产品必做的力学环境试验项目之一,而利用电动振动台进行模拟试验已成为常用方法。在试验实施过程中如果控制策略、参数设置不合理,经常导致控制过试验/欠试验,或者持续时间过长等问题。文中利用小波合成冲击响应谱原理,结合SD2560控制系统,通过调试和试验确定如何较好地利用振动台开展冲击响应谱试验,给出了小波各参数的确定及优化方法。     

随机振动加速度响应谱及与冲击等效性分析

目的 获得随机振动的加速度响应谱,提升随机振动与冲击的等效性分析精度。方法 首先,基于维纳-辛钦定理,推导单自由度系统在随机振动基础激励作用下加速度响应均方值的通用表达式;其次,分别推导单自由度系统在理想白噪声和限带非均匀谱随机振动基础激励作用下的加速度响应均方值;再次,基于3σ准则,推导限带非均匀谱随机振动的3σ加速度响应谱;最后,基于加速度响应等效,通过将装备随机振动条件的3σ加速度响应谱与冲击条件的冲击响应谱进行等效性分析,对GJB 150.18A—2009中的冲击试验剪裁条件进行精细优化。结果 精细优化后,可有效改善冲击试验剪裁条件的工程实施精度。结论 获得了限带非均匀谱随机振动的3σ加速度响应谱,并基于此对GJB 150.18A—2009中的冲击试验剪裁条件进行了精细优化,对于装备合理剪裁冲击试验具有借鉴意义。     

基于六自由度道路模拟技术的座椅加速试验方法

目的 通过六自由度振动试验台对座椅进行道路模拟加速试验。方法 在整车试验场采集座椅与地板安装位置处六个方向的加速度谱,进行去毛刺、漂移等初步处理后,将加速度谱的幅值放大,得到真实损伤放大后的加速度谱。在六自由度振动试验台上分别采集原始和放大后的加速度谱下相同点位的应变谱,通过危险截面法分别计算出原始和放大后加速度谱下各点的真实损伤。以各点的原始路谱真实损伤值作为横坐标,放大幅值后路谱的真实损伤作为纵坐标,通过曲线拟合将各点拟合出一条直线,直线的斜率即为放大后加速度谱损伤实际放大的倍数,总循环次数得到相应倍数的缩减。结果 通过验证,将路谱幅值放大1~1.2倍左右,总损伤放大1.5~2倍左右,试验时间缩短为原来的1/2~2/3左右。结论 通过该方法在原有的座椅六自由度道路模拟试验的基础上,进一步缩短了试验时间,减少了试验费用。     

飞行器拦阻着陆冲击试验分析

分析了飞行器拦阻着陆冲击环境的特征及其环境效应和拦阻着陆冲击与正常着陆冲击的区别,并根据基本设计冲击和拦阻着陆冲击的加速度响应特性,指出基本设计冲击不能充分覆盖拦阻着陆冲击,最后分析了机载设备经随机振动试验或基本设计冲击试验后免去拦阻冲击试验的条件和分析方法。     

用实测冲击环境数据确定冲击试验条件

冲击响应谱作为试验规范已被用于冲击环境试验.制订一个能真实模拟实际冲击环境的冲击响应谱是冲击环境试验的前提,文中对冲击实测时域数据的预处理,冲击持续时间的确定,冲击响应谱的计算,冲击响应谱的归纳方法进行了研究,并用实测的冲击数据,归纳出某型号冲击试验的冲击响应谱.     

基于FDS的CI柜体随机振动加速试验方法

目的 在实验室内更加真实地模拟牵引变流器(CI)柜体的超高斯振动环境.方法 采用疲劳损伤谱(FDS)的等效疲劳损伤原则,基于超高斯信号对该柜体进行振动试验加速方法的研究.提出疲劳载荷谱的概念及其计算方法,将采集的平稳超高斯加速度信号,基于时域的方法计算其FDS,进而转换成用于振动台试验的加速度功率谱密度,对CI柜体进行随机振动加速试验.结果 在保证与原始损伤当量一致的基础上,完成了对CI柜体的振动试验,未出现任何疲劳失效.结论 该试验方法与传统的高斯振动试验相比,尽管选择同等的加速试验时间,但其更能真实地反映出CI柜体所承受的超高斯振动环境,进一步精确地检验产品的耐久性能.     

疲劳损伤谱时域、频域计算方法及其等效性验证

目的 验证疲劳损伤谱时域计算方法与频域计算方法的等效性.方法 将疲劳损伤谱的时域方法与频域方法编写为MATLAB程序,以典型载荷加速度功率谱为例,反推其加速度时程,分别用加速度功率谱、加速度时程数据通过频域及时域方法计算疲劳损伤谱,对比疲劳损伤谱曲线,从而验证时域算法与频域算法的等效性.结果 疲劳损伤谱的低频部分,时域方法得到的疲劳损伤大于频域结果;高频部分,时域算法与频域算法得到的曲线结果基本一致.结论 疲劳损伤谱的时域算法与频域算法具有等效性.     

某冲击响应谱试验超差现象及其原因分析

SRS冲击试验是一种应用较广的冲击试验方式,但是控制超差现象时有发生。以某次冲击试验实测波形数据为研究对象,建立了夹具处加速度激励与产品上制控点加速度响应之间的传递函数,将预测的冲击响应时域波形与实测时域波形对比分析,发现了SRS冲击试验存在显著的非线性,这种非线性是导致SRS冲击试验超差的主要因素。     

公路运输振动环境下发动机粘接界面受载情况分析

目的 基于实测数据,分析公路运输时发动机粘接界面处受振动载荷情况,为振动试验提供依据.方法 采用加速度传感器记录公路运输下加速度数据,对信号进行时域统计分析,并完成载荷谱的构建,通过有限元软件,构建发动机简化模型,进行发动机模态分析和振动过程模拟.结果 对消除趋势项后信号进行统计分析,信号峰值大于3倍均方根值,表明振动数据中包含数值急剧变化的部分,信号峭度为9.34,属于超高斯分布,采集信号中包含冲击信号.将简化后PSD作为输入进行模态分析,结果表明,后封头底端粘接界面位移较大,通过选取的4个参考点上看,位移和加速度均方根值突变的频率在33 Hz附近.模拟实际振动过程发现,前封头及筒段处粘接界面所受应力较为均匀,约为25 kPa,在封头和圆筒段相接处应力值较大,特别是在后封头顶端,存在应力集中,应力值最大可达130 kPa.从应力历程上可以看出,药柱的松弛效应使得冲击过后应力幅值迅速变小.结论 通过实测数据与有限元软件结合,完成了发动机粘接界面模态分析和实际振动过程模拟,为后续振动试验提供了基础.     

OMEGA算法在导弹振动工程中的应用

目的研究位移、速度和加速度谱之间的转换关系,给出三者功率谱密度之间的转换公式,进而用于导弹运输振动环境的设计。同时,研究加速度信号转换为振动位移的方法,并应用于导弹舱内单机设备安全间隙的设计。方法利用OMEGA算法,首先将加速度传感器测得的加速度时域信号转换成加速度频域信号,随后将加速度谱转换成位移谱,并计算位移谱中每个谱线对应的幅值、相位和圆频率,最后将各位移分量简单叠加得到振动位移的时间历程。结果采用该方法计算了高速公路上导弹的运输振动位移功率谱,并得到垂向、横向和纵向的峰-峰位移分别为3.32,0.46,2.14 mm。同时,计算了飞行环境下导弹舱内单机设备的振动位移,与所测得位移在幅值上相当,时域曲线形态一致。结论该方法能够很好地应用于导弹振动工程设计。     

空空导弹爆炸分离冲击试验分析

目的获取某型空空导弹爆炸分离冲击试验的条件及方法。方法针对爆炸分离冲击环境高频响、高量级、短时间等特性,分析获取爆炸分离冲击信号的方法,以及相应的冲击响应谱、归纳数据处理方法。结果通过测试得到某型空空导弹的爆炸分离数据,进行了冲击响应谱和归纳分析,得到了不同测点位置爆炸分离冲击的特性。结论形成了一种适用于空空导弹的合理、易实施的爆炸分离冲击试验条件及试验方法。     

典型锥形结构两点响应控制试验研究

目的研究小长径比结构进行两点振动响应控制时的可行性,提升地面振动模拟真实性。方法针对一长径比约3:1的短圆锥结构,首先以圆锥表面气动载荷为振动输入载荷,通过数值仿真获得结构在自由状态下内部两点的加速度功率谱密度曲线,再采用激励杆和激励板的形式进行两点激励加载,控制要求的两点加速度响应。将真实响应的控制结果与常用梯形谱的控制结果进行对比,分析控制的有效性及结果的合理性。结果通过对比不同的两点激励加载部位,发现振动控制效果会存在明显差异,以仿真的结构响应作为振动控制谱,具有良好的振动控制效果,实际控制的功率谱密度曲线只在局部"谷"的地方和低频段出现超差,实际均方根值与要求均方根值差异较小。结论以仿真得到的结构内部响应作为振动控制谱,可以提高结构地面振动考核的真实性。当振动激励部位选择合适时,对于小长径比结构,也可以得到良好的控制效果。     

国产舰船设备轻型冲击机的冲击特性初探

目的 掌握国产轻型冲击机的冲击特性。方法 按照美军标要求研制一台新建的国产轻型冲击机,设计中注重主承力部件的动力学特性,使其满足美军标要求,以确保其使用效能与美国同类设备一致。基于轻量级试验的典型工况参数,开展较为系统的试验测试,获取冲击机砧板、安装架和负载上的冲击动响应数据。结果 基于试验测试数据建立的样本,通过数据分析得到了该型冲击机的典型冲击特性指标,如冲击机在典型工况下输出的加速度、速度、位移和试验冲击谱等。结论 该型国产轻型冲击机与美国同类冲击机的性能指标基本一致,轻型冲击机的标准化有助于推进我国舰船设备抗冲击能力的提高。     

冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法

目的 通过自动寻优制定冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件,避免冲击“过试验”。方法 根据冲击响应谱的基本原理和谱型特征,提出利用对数距离量化评价2条谱型的吻合度。对冲击环境和后峰锯齿脉冲分别进行冲击响应谱分析,将2条冲击响应谱之间的对数距离最小作为优化目标,将后峰锯齿脉冲的波形参数作为优化参数,基于自适应差分进化算法,提出冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法。结果 将所提方法分别应用于模拟冲击环境和实测冲击环境,均获得了合理的后峰锯齿脉冲试验条件,验证了所提方法的正确性。结论 提出的基于自适应差分进化算法的冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法正确可行。     

爆炸分离冲击信号修正及结构状态分析

为了对爆炸分离冲击信号进行有效性分析及校正,进而对关键结构的状态变化进行分析,基于离散小波分解方法,对实测分离冲击信号及其速度积分进行校正,去除零漂趋势项.选取冲击结束后剩余自由响应阶段,对结构状态进行分析,基于冲击信号初始谱及剩余谱相关性分析,提出确定剩余自由响应阶段起始分析时间的确定方法.对该剩余响应信号结合频域窗...     

高速动能弹撞击装甲结构引起的螺栓连接失效及部件过载损伤研究

目的 验证和揭示高速动能弹对装甲结构的损伤机理。方法 聚焦高速动能弹打击装甲目标时,弹道冲击造成的靶标结构连接失效及部件过载损伤这2种损伤效应,以典型螺栓连接为研究对象,采用高速球形弹丸撞击螺栓连接结构的小尺寸试验对数值模拟方法和材料模型参数进行校验。在此基础上,采用数值模拟和冲击响应谱分析方法对高速动能弹打击全尺寸坦克进行模拟分析,获得撞击过程螺栓连接失效特征、主要影响因素及坦克典型位置部件的冲击加速度曲线和冲击响应谱曲线。结果 在小尺寸试验中,动能输入为0.042MJ时,螺栓连接未发生失效;但25.6MJ动能输入全尺寸坦克时,螺栓发生断裂而使连接失效。数值模拟结果揭示了螺栓发生断裂的主要原因。结论 输入动能大小、连接螺栓直径、模拟设备部件质量和撞击位置为螺栓是否断裂的主要影响因素。坦克某些位置的冲击响应谱曲线高于军用标准给出的临界曲线的下限甚至上限,表明这些位置的部件因高过载损伤导致失效的概率较高。     

冲击基本设计试验条件对机载外挂的适用性分析

借助冲击响应谱理论,分析了GJB 150.18系列标准中规定的飞行器设备冲击基本设计试验条件和机载外挂物着陆冲击试验条件的等效关系,理清了冲击基本设计试验条件考核机载外挂物的适用性问题,提出了机载外挂物挂机飞行、着陆过程中冲击环境的考核方法。