隨著產品抗沖擊性能要求的不斷提升,沖擊響應譜試驗的應用范圍愈加廣泛。其側重于沖擊對產品造成的響應,可以更有效地發現產品的結構缺陷。
沖擊響應的時域特征可用振幅和有效持續時間來描述,有效持續時間一般用Te表示。VENZO 800控制器的沖擊響應譜模塊,可實現不同有效持續時間的沖擊響應譜試驗條件。
PART 1 沖擊響應譜概述
沖擊響應譜值是一個振動固有頻率為f的單自由度系統上作用一個給定的基礎輸入時系統的最大響應。基礎輸入是在一個規定持續時間Te內的沖擊。
單自由度系統的阻尼特性用“Q”(品質因子)表示,Q=1/2ε,其中ε為阻尼比。Q為50表示1%的臨界阻尼,Q為10表示5%的臨界阻尼,Q為5表示10%的臨界阻尼。在實驗室模擬時,Q可取10和50兩個值,分別對應較大阻尼和較小阻尼。
如圖為某Q值為50的單自由度系統的沖擊響應譜和對應的基礎輸入。可以看出固有頻率為10Hz時,響應為4.5g,固有頻率為720Hz時,響應為20g。
PART 2 分析參數介紹
沖擊響應譜試驗中,分析參數是其中非常重要的一部分。常見的分析參數如下:
◆ 類型
一般未特別說明,選擇默認的最大絕對值即可。
◆ 倍頻分辨率
倍頻分辨率定義為沖擊響應譜曲線的頻率間隔,一般以1/N的形式設定。常見的有1,1/3,1/6,1/12,1/24,1/48等。N越大,頻率間隔越小,沖擊響應譜越精密。
根據GJB150.18的描述,頻率間隔應小于或等于1/12倍頻程。
◆ Q值
根據GJB150.18的描述,Q值一般取10。
◆ 小波類型
可選正弦窗小波、指數窗小波、猝發隨機等。一般正弦窗小波即可,如果對強部持續時間有要求,可設定Te優化(有效持續時間在20%的允差之內)。針對地震波的模擬,可選擇猝發隨機進行擬合。
PART 3 Te和TE
根據GJB150.18的描述,沖擊的有效沖擊持續時間有下列兩種定義:
a)沖擊的有效持續時間TE是包含絕對值超過1/3最大峰值Ap的所有時間歷程幅值所對應的最小時間長度;
b)沖擊有效持續時間Te(對處理復雜瞬態數據更合適)的定義是:包含至少90%以上的均方根RMS時間歷程幅值超過最大均方根幅值10%的時間歷程所對應最小時間長度。
圖1 沖擊加速度響應時間歷程樣本
圖2 沖擊加速度時間歷程截斷樣本的有效持續時間TE和Te
圖2是圖1所示樣本經截斷的沖擊時間歷程的有效持續時間TE和Te。
圖3 沖擊加速度響應時間歷程截取后樣本的短時間平均RMS(平均時間約為Te的13%)
圖3給出了圖2所示的時間歷程的短時平均RMS值的估計以及Te。
對應實驗室試驗,推薦用Te值作為合成復雜瞬態波形的持續時間。
PART 4 沖擊響應譜試驗示例
示例1:
某設備的試驗沖擊響應譜如表1所示,高低中斷為3dB和-1.5dB。Te推薦值為260ms,允差為±20%。推薦合成波形有兩個:有限個指定頻率的衰減正弦波的疊加;有限個指定頻率的調幅正弦波的疊加。
表1 試驗沖擊響應譜
設置過程如下:
1.響應譜
根據試驗條件中的頻率和加速度,在表格中輸入相應的數值。同時可設置高低中斷值。
2.分析參數
設置倍頻分辨率、Q值、小波類型、小波參數等。
3.小波擬合
點擊“自動優化”,查看上方加速度波形的擬合情況,如需繼續擬合,可點擊“單次優化”,直到曲線擬合完成。
4.查看限制
查看各項指標是否超出振動臺的限制。
注意:這里的加速度是擬合出來的時域波形的數值,該數值和振動臺的沖擊加速度限制進行比較。而非沖擊響應譜的最大加速度值和振動臺的沖擊加速度限制進行比較。
5.根據條件,設置沖擊次數。
6.運行曲線如圖所示。
示例2:
某交換設備根據YD 5083抗震測試標準進行人工合成地震波7級烈度垂直向測試,阻尼比為3%,強震部分不少于20s。
根據aH=k1*k2*a1和YD 5083 表6.3.1-1和表6.3.1-2,得到水平向輸入波形加速度aH=1.1*2*0.1=0.22g,而垂直向加速度為水平向的1/2,所以垂直向加速度為0.11g。結合圖6.2.2中的通信設備加速度反應倍率,可得到垂直向的各固有頻率點的反應加速度為:
設置條件如下:
①設置響應譜
②設置阻尼比、小波類型、持續時間等分析參數
③小波擬合
點擊自動優化,單次優化,進行小波擬合,擬合的波形盡量匹配目標加速度波形
④高通濾波
如果位移過大,可適當進行高通濾波。
⑤查看限制
⑥根據條件,設置沖擊次數。
⑦運行曲線如圖所示。