随着产品抗冲击性能要求的不断提升,冲击响应谱试验的应用范围愈加广泛。其侧重于冲击对产品造成的响应,可以更有效地发现产品的结构缺陷。
冲击响应的时域特征可用振幅和有效持续时间来描述,有效持续时间一般用Te表示。VENZO 800控制器的冲击响应谱模块,可实现不同有效持续时间的冲击响应谱试验条件。
PART 1 冲击响应谱概述
冲击响应谱值是一个振动固有频率为f的单自由度系统上作用一个给定的基础输入时系统的最大响应。基础输入是在一个规定持续时间Te内的冲击。
单自由度系统的阻尼特性用“Q”(品质因子)表示,Q=1/2ε,其中ε为阻尼比。Q为50表示1%的临界阻尼,Q为10表示5%的临界阻尼,Q为5表示10%的临界阻尼。在实验室模拟时,Q可取10和50两个值,分别对应较大阻尼和较小阻尼。
如图为某Q值为50的单自由度系统的冲击响应谱和对应的基础输入。可以看出固有频率为10Hz时,响应为4.5g,固有频率为720Hz时,响应为20g。
PART 2 分析参数介绍
冲击响应谱试验中,分析参数是其中非常重要的一部分。常见的分析参数如下:
◆ 类型
一般未特别说明,选择默认的最大绝对值即可。
◆ 倍频分辨率
倍频分辨率定义为冲击响应谱曲线的频率间隔,一般以1/N的形式设定。常见的有1,1/3,1/6,1/12,1/24,1/48等。N越大,频率间隔越小,冲击响应谱越精密。
根据GJB150.18的描述,频率间隔应小于或等于1/12倍频程。
◆ Q值
根据GJB150.18的描述,Q值一般取10。
◆ 小波类型
可选正弦窗小波、指数窗小波、猝发随机等。一般正弦窗小波即可,如果对强部持续时间有要求,可设定Te优化(有效持续时间在20%的允差之内)。针对地震波的模拟,可选择猝发随机进行拟合。
PART 3 Te和TE
根据GJB150.18的描述,冲击的有效冲击持续时间有下列两种定义:
a)冲击的有效持续时间TE是包含绝对值超过1/3最大峰值Ap的所有时间历程幅值所对应的最小时间长度;
b)冲击有效持续时间Te(对处理复杂瞬态数据更合适)的定义是:包含至少90%以上的均方根RMS时间历程幅值超过最大均方根幅值10%的时间历程所对应最小时间长度。
图1 冲击加速度响应时间历程样本
图2 冲击加速度时间历程截断样本的有效持续时间TE和Te
图2是图1所示样本经截断的冲击时间历程的有效持续时间TE和Te。
图3 冲击加速度响应时间历程截取后样本的短时间平均RMS(平均时间约为Te的13%)
图3给出了图2所示的时间历程的短时平均RMS值的估计以及Te。
对应实验室试验,推荐用Te值作为合成复杂瞬态波形的持续时间。
PART 4 冲击响应谱试验示例
示例1:
某设备的试验冲击响应谱如表1所示,高低中断为3dB和-1.5dB。Te推荐值为260ms,允差为±20%。推荐合成波形有两个:有限个指定频率的衰减正弦波的叠加;有限个指定频率的调幅正弦波的叠加。
表1 试验冲击响应谱
设置过程如下:
1.响应谱
根据试验条件中的频率和加速度,在表格中输入相应的数值。同时可设置高低中断值。
2.分析参数
设置倍频分辨率、Q值、小波类型、小波参数等。
3.小波拟合
点击“自动优化”,查看上方加速度波形的拟合情况,如需继续拟合,可点击“单次优化”,直到曲线拟合完成。
4.查看限制
查看各项指标是否超出振动台的限制。
注意:这里的加速度是拟合出来的时域波形的数值,该数值和振动台的冲击加速度限制进行比较。而非冲击响应谱的最大加速度值和振动台的冲击加速度限制进行比较。
5.根据条件,设置冲击次数。
6.运行曲线如图所示。
示例2:
某交换设备根据YD 5083抗震测试标准进行人工合成地震波7级烈度垂直向测试,阻尼比为3%,强震部分不少于20s。
根据aH=k1*k2*a1和YD 5083 表6.3.1-1和表6.3.1-2,得到水平向输入波形加速度aH=1.1*2*0.1=0.22g,而垂直向加速度为水平向的1/2,所以垂直向加速度为0.11g。结合图6.2.2中的通信设备加速度反应倍率,可得到垂直向的各固有频率点的反应加速度为:
设置条件如下:
①设置响应谱
②设置阻尼比、小波类型、持续时间等分析参数
③小波拟合
点击自动优化,单次优化,进行小波拟合,拟合的波形尽量匹配目标加速度波形
④高通滤波
如果位移过大,可适当进行高通滤波。
⑤查看限制
⑥根据条件,设置冲击次数。
⑦运行曲线如图所示。