振动冲击对试验设备的要求

18.4 对试验设备的要求
能产生冲击的设备很多,电动振动台是其中最主要的一种,它既能产生冲击响应谱与重现场的冲击时间历程,也能产生标称冲击脉冲波形｡然而能产生标称冲击脉冲波形的设备除电动振动台外,还有:自由跌落式､压缩空气式､气液压式､动量转换式｡无论采用何种试验设备来产生冲击, 对它们的要求是一样的｡这里的要求与检定(校)对试验台的要求一样,即不是指冲击试验设备空载时的要求,而是指冲击试验设备装上样品(包括夹具)和必要的负载后,在检测点上所应达到的要求｡

18.4.1 冲击脉冲的波形容差
在规定标称冲击脉冲波形的方法中,目前对标称冲击脉冲的波形容差要求, 军标和民(商) 标有些差别｡下图18-16(a)和(b)是美国军标MIL-STD-810C/D/E 和国军标GJB150中的要求;下图18-16(c)和(d)是美国军标MIL-STD-810F 中的谱形｡在MIL-STD-810F中,后峰锯齿波主要用于功能冲击和坠撞安全冲击,梯形脉冲波主要用于有包装设备的试验和易损性试验｡对有包装的设备,在包装前､包装中和包装后的偶然跌落,其功能必须正常;对易损性试验要求产品既保证功能又保证结构不受损伤, 对由跌落和易损性要求的高速度和大的速度变化量,其梯形脉冲波最能做到这一点｡

18.5 对测量系统的要求
由于冲击在频域中是一个连续谱,并且具有无限带宽｡因此要准确无误地测出冲击的峰值加速度,脉冲持续时间和速度的变化量,特别是要不失真的重现冲击脉冲的实际波形,就要求测量系统对无限带宽的频率成分能不失真的传递,也就是测量系统的通频带必须无限宽｡又由于时域波形是一个各频率上的能量信号叠加而成的,而且周期信号的叠加还有一个相位的问题,即同一幅值的频谱,用不同的相位合成,可形成不同的波形｡可见若测量系统限制信号相位的传递,也将导致脉冲波形失真｡因此, 对测量系统还有一个相位线性度的要求｡

18.6 试验程序
冲击试验的整个试验过程比较简单,由预处理､初始检测､预调､试验､恢复､最后检测几个步骤组成｡下列两步有别于其它试验,是本试验的重点, 应理解和掌握好｡

18.6.1 预调
在进行冲击试验时, 样品的重量和动态特性可能会对冲击试验设备的性能产生影响,同时,冲击试验所规定的试验条件(严酷等级)又是指冲击试验设备装上样品(包括夹具)和必要的负载后,在检测点上应达到的要求,因此, 为了保证样品经受到所规定的试验条件(严酷等级)和达到高的再现性(不确定), 应做好试验前的预调｡
预调前,首先应选好检测点,通常选择在样品与台面或样品与夹具的连接处｡
预调时,可带样品进行,也可不带样品进行｡如果样品的重量和动态特性对冲击台的性能没有影响, 则可不带样品,在冲击试验设备空载的情况下进行预调｡此时检测传感器安装在台面上或夹具上,并尽量靠近台面中心｡如果样品的重量和动态特征对冲击台的性能有影响,则应装上样品进行预调｡为了避免正式试验前的重复冲击给样品带来不必要的损伤,通常装上非正式试验用样品进行预调｡在进行这种预调时,如果样品昂贵或能提供试验的样品很少, 则可用一个不合格的样品或用一具有恰当重心位置的立体模型来进行｡但必须指出, 这种立体模型不可能有与真实样品有完全相同的动态特性,此点应充分注意到｡

18.6.1 试验
冲击试验设备预调结束后,就正式装上样品进行试验｡通常是在样品的三条互相垂直轴线的六个方向上进行(一般的冲击机可通过夹具和改变安装来实现;用电动振动台进行冲击试验,可通过垂直台和水平台来共同实现),即进行3×6=18 次冲击｡对结构和性能完全对称的样品,可省去相应轴线和方向上的冲击次数｡冲击试验在大多数情况下是用来考核产品经受住冲击的能力,所以,通常在非工作状态下进行冲击｡对在运载工具上工作的产品,通常要进行性能冲击和结构强度(军标中有的称坠撞安全冲击)二种冲击,前者考虑的是在一般冲击下要能正常工作;后者考虑的是在在偶然出现的特大冲击下其结构不能出现损伤｡特别是产品不产生分离､抛出､甩出而击伤人等｡当一个产品要进行二种冲击时,通常是先完成性能冲击,然后再进行强度(坠撞安全)冲击, 试验时通常是在一条轴线上完成二种冲击后,再依次完成另外二条轴线上的冲击｡

18.8 合理
选择试验所需的冲击脉冲波形对半正弦,后峰锯齿,梯形三种冲击脉冲,在试验如何进行正确的选择是一个值得注意的问题｡特别是对试验室只具备产生半正弦冲击脉冲的冲击台,而不具备产生后峰锯齿､梯形冲击脉冲冲击台的情况更是如此｡另外当进行大加速度大脉宽的冲击试验时,而要求大的速度变化量,而用电动振动台又无法做到时,也可参考此节进行｡
为了说明如何进行合理的选择,首先请看前面的图18-13:
图18-13 是相同峰值和相同的脉冲持续时间的半正弦,后峰锯齿,梯形三种冲击脉冲对同一单自由度系统的冲击响应谱｡从图中可见:
当脉冲持续时间D 和产品的固有频率fn 的乘积小于或等于0.2 时,三种脉冲的初始响应谱近似相同,残余响应谱与脉冲波形的速度变化量(波形面积)成正比｡此时,只要速度波变化量相同,就可选择三种冲击脉冲中的任一种来做试验｡也就是说,当 fn·D≤0.2 时,用任何一种脉冲来进行试验,其效果是一样的｡
当脉冲持续时间D 和产品的固有频率fn 的乘积大于0.2并小于10时,三种脉冲的初始响应谱和残余响应谱均不相同｡其中,梯形脉冲的初始响应谱的最大值最高,而且由于梯形脉冲的加速度时间历程曲线有平的峰值,所以初始响应谱的最大值能维持在较宽的频率范围上｡半正弦脉冲的初始响应谱的最大值次之(大约比梯形脉冲低30%),后峰锯齿脉冲的初始响应谱的最大值最小(大约比梯形脉冲低51%)｡从残余响应谱来看,后峰锯齿脉冲的比较平滑,直到fn·D=10 附近才达到第一个零值｡半正弦脉冲和梯形脉冲由于本身的对称性,从 fn·D=10 开始就反复出现零值｡可见当0.2≤fn·D≤10 时,
应根据试验的目的和产品的具体用途来选择所需的脉冲｡当冲击脉冲的持续时间D 和产品的固有频率fn 的乘积大于10 时,三种脉冲的初始响应谱均近似1(amax/A=1),而残余响应谱均近似为零｡此时,选择三种脉冲中的任一种来进行试验,其效果是一致的｡

本文转载自：国家信息技术国检中心