振動沖擊對試驗設(shè)備的要求

18.4 對試驗設(shè)備的要求
能產(chǎn)生沖擊的設(shè)備很多,電動振動臺是其中最主要的一種,它既能產(chǎn)生沖擊響應(yīng)譜與重現(xiàn)場的沖擊時間歷程,也能產(chǎn)生標(biāo)稱沖擊脈沖波形?然而能產(chǎn)生標(biāo)稱沖擊脈沖波形的設(shè)備除電動振動臺外,還有:自由跌落式?壓縮空氣式?氣液壓式?動量轉(zhuǎn)換式?無論采用何種試驗設(shè)備來產(chǎn)生沖擊, 對它們的要求是一樣的?這里的要求與檢定(校)對試驗臺的要求一樣,即不是指沖擊試驗設(shè)備空載時的要求,而是指沖擊試驗設(shè)備裝上樣品(包括夾具)和必要的負(fù)載后,在檢測點上所應(yīng)達(dá)到的要求?

18.4.1 沖擊脈沖的波形容差
在規(guī)定標(biāo)稱沖擊脈沖波形的方法中,目前對標(biāo)稱沖擊脈沖的波形容差要求, 軍標(biāo)和民(商) 標(biāo)有些差別?下圖18-16(a)和(b)是美國軍標(biāo)MIL-STD-810C/D/E 和國軍標(biāo)GJB150中的要求;下圖18-16(c)和(d)是美國軍標(biāo)MIL-STD-810F 中的譜形?在MIL-STD-810F中,后峰鋸齒波主要用于功能沖擊和墜撞安全沖擊,梯形脈沖波主要用于有包裝設(shè)備的試驗和易損性試驗?對有包裝的設(shè)備,在包裝前?包裝中和包裝后的偶然跌落,其功能必須正常;對易損性試驗要求產(chǎn)品既保證功能又保證結(jié)構(gòu)不受損傷, 對由跌落和易損性要求的高速度和大的速度變化量,其梯形脈沖波最能做到這一點?

18.5 對測量系統(tǒng)的要求
由于沖擊在頻域中是一個連續(xù)譜,并且具有無限帶寬?因此要準(zhǔn)確無誤地測出沖擊的峰值加速度,脈沖持續(xù)時間和速度的變化量,特別是要不失真的重現(xiàn)沖擊脈沖的實際波形,就要求測量系統(tǒng)對無限帶寬的頻率成分能不失真的傳遞,也就是測量系統(tǒng)的通頻帶必須無限寬?又由于時域波形是一個各頻率上的能量信號疊加而成的,而且周期信號的疊加還有一個相位的問題,即同一幅值的頻譜,用不同的相位合成,可形成不同的波形?可見若測量系統(tǒng)限制信號相位的傳遞,也將導(dǎo)致脈沖波形失真?因此, 對測量系統(tǒng)還有一個相位線性度的要求?

18.6 試驗程序
沖擊試驗的整個試驗過程比較簡單,由預(yù)處理?初始檢測?預(yù)調(diào)?試驗?恢復(fù)?最后檢測幾個步驟組成?下列兩步有別于其它試驗,是本試驗的重點, 應(yīng)理解和掌握好?

18.6.1 預(yù)調(diào)
在進行沖擊試驗時, 樣品的重量和動態(tài)特性可能會對沖擊試驗設(shè)備的性能產(chǎn)生影響,同時,沖擊試驗所規(guī)定的試驗條件(嚴(yán)酷等級)又是指沖擊試驗設(shè)備裝上樣品(包括夾具)和必要的負(fù)載后,在檢測點上應(yīng)達(dá)到的要求,因此, 為了保證樣品經(jīng)受到所規(guī)定的試驗條件(嚴(yán)酷等級)和達(dá)到高的再現(xiàn)性(不確定), 應(yīng)做好試驗前的預(yù)調(diào)?
預(yù)調(diào)前,首先應(yīng)選好檢測點,通常選擇在樣品與臺面或樣品與夾具的連接處?
預(yù)調(diào)時,可帶樣品進行,也可不帶樣品進行?如果樣品的重量和動態(tài)特性對沖擊臺的性能沒有影響, 則可不帶樣品,在沖擊試驗設(shè)備空載的情況下進行預(yù)調(diào)?此時檢測傳感器安裝在臺面上或夾具上,并盡量靠近臺面中心?如果樣品的重量和動態(tài)特征對沖擊臺的性能有影響,則應(yīng)裝上樣品進行預(yù)調(diào)?為了避免正式試驗前的重復(fù)沖擊給樣品帶來不必要的損傷,通常裝上非正式試驗用樣品進行預(yù)調(diào)?在進行這種預(yù)調(diào)時,如果樣品昂貴或能提供試驗的樣品很少, 則可用一個不合格的樣品或用一具有恰當(dāng)重心位置的立體模型來進行?但必須指出, 這種立體模型不可能有與真實樣品有完全相同的動態(tài)特性,此點應(yīng)充分注意到?

18.6.1 試驗
沖擊試驗設(shè)備預(yù)調(diào)結(jié)束后,就正式裝上樣品進行試驗?通常是在樣品的三條互相垂直軸線的六個方向上進行(一般的沖擊機可通過夾具和改變安裝來實現(xiàn);用電動振動臺進行沖擊試驗,可通過垂直臺和水平臺來共同實現(xiàn)),即進行3×6=18 次沖擊?對結(jié)構(gòu)和性能完全對稱的樣品,可省去相應(yīng)軸線和方向上的沖擊次數(shù)?沖擊試驗在大多數(shù)情況下是用來考核產(chǎn)品經(jīng)受住沖擊的能力,所以,通常在非工作狀態(tài)下進行沖擊?對在運載工具上工作的產(chǎn)品,通常要進行性能沖擊和結(jié)構(gòu)強度(軍標(biāo)中有的稱墜撞安全沖擊)二種沖擊,前者考慮的是在一般沖擊下要能正常工作;后者考慮的是在在偶然出現(xiàn)的特大沖擊下其結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)損傷?特別是產(chǎn)品不產(chǎn)生分離?拋出?甩出而擊傷人等?當(dāng)一個產(chǎn)品要進行二種沖擊時,通常是先完成性能沖擊,然后再進行強度(墜撞安全)沖擊, 試驗時通常是在一條軸線上完成二種沖擊后,再依次完成另外二條軸線上的沖擊?

18.8 合理
選擇試驗所需的沖擊脈沖波形對半正弦,后峰鋸齒,梯形三種沖擊脈沖,在試驗如何進行正確的選擇是一個值得注意的問題?特別是對試驗室只具備產(chǎn)生半正弦沖擊脈沖的沖擊臺,而不具備產(chǎn)生后峰鋸齒?梯形沖擊脈沖沖擊臺的情況更是如此?另外當(dāng)進行大加速度大脈寬的沖擊試驗時,而要求大的速度變化量,而用電動振動臺又無法做到時,也可參考此節(jié)進行?
為了說明如何進行合理的選擇,首先請看前面的圖18-13:
圖18-13 是相同峰值和相同的脈沖持續(xù)時間的半正弦,后峰鋸齒,梯形三種沖擊脈沖對同一單自由度系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)譜?從圖中可見:
當(dāng)脈沖持續(xù)時間D 和產(chǎn)品的固有頻率fn 的乘積小于或等于0.2 時,三種脈沖的初始響應(yīng)譜近似相同,殘余響應(yīng)譜與脈沖波形的速度變化量(波形面積)成正比?此時,只要速度波變化量相同,就可選擇三種沖擊脈沖中的任一種來做試驗?也就是說,當(dāng) fn·D≤0.2 時,用任何一種脈沖來進行試驗,其效果是一樣的?
當(dāng)脈沖持續(xù)時間D 和產(chǎn)品的固有頻率fn 的乘積大于0.2并小于10時,三種脈沖的初始響應(yīng)譜和殘余響應(yīng)譜均不相同?其中,梯形脈沖的初始響應(yīng)譜的最大值最高,而且由于梯形脈沖的加速度時間歷程曲線有平的峰值,所以初始響應(yīng)譜的最大值能維持在較寬的頻率范圍上?半正弦脈沖的初始響應(yīng)譜的最大值次之(大約比梯形脈沖低30%),后峰鋸齒脈沖的初始響應(yīng)譜的最大值最小(大約比梯形脈沖低51%)?從殘余響應(yīng)譜來看,后峰鋸齒脈沖的比較平滑,直到fn·D=10 附近才達(dá)到第一個零值?半正弦脈沖和梯形脈沖由于本身的對稱性,從 fn·D=10 開始就反復(fù)出現(xiàn)零值?可見當(dāng)0.2≤fn·D≤10 時,
應(yīng)根據(jù)試驗的目的和產(chǎn)品的具體用途來選擇所需的脈沖?當(dāng)沖擊脈沖的持續(xù)時間D 和產(chǎn)品的固有頻率fn 的乘積大于10 時,三種脈沖的初始響應(yīng)譜均近似1(amax/A=1),而殘余響應(yīng)譜均近似為零?此時,選擇三種脈沖中的任一種來進行試驗,其效果是一致的?

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