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什么是沖擊試驗(yàn)，什么又是沖擊響應(yīng)譜，本文簡(jiǎn)單討論。產(chǎn)品在使用和運(yùn)輸過(guò)程中所經(jīng)受到的沖擊主要是由于車輛的緊急制動(dòng)和撞擊、飛機(jī)的空投和墜撞（緊急迫降）、炮火的發(fā)射、化學(xué)能和核能的爆炸、導(dǎo)彈和高性能武器的點(diǎn)火分離和再入等所產(chǎn)生的，沖擊是一種很復(fù)雜的物理過(guò)程，具有連續(xù)的頻譜，但又是一個(gè)瞬態(tài)過(guò)程。產(chǎn)品受到?jīng)_擊后，其機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要發(fā)生突變并將產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊響應(yīng)。

1、沖擊試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一系列的沖擊脈沖，來(lái)考驗(yàn)產(chǎn)品受沖擊的能力，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可靠性。描述沖擊，相應(yīng)的特征參數(shù)有：脈沖類型，脈沖寬度和振幅，沖擊次數(shù)。

(1) 峰值加速度

峰值加速度的大小能直觀地反映出施加給產(chǎn)品的沖擊力的大小。由于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)大都是線性系統(tǒng)，即使非線性系統(tǒng)在應(yīng)變不大的情況下，也可以看做線性系統(tǒng)。所以產(chǎn)品受沖擊后所產(chǎn)生的響應(yīng)加速度與激勵(lì)加速度是成比例的，由此可見(jiàn)，一般情況下峰值加速度越大，對(duì)產(chǎn)品的破壞作用越大。

(2) 沖擊脈沖持續(xù)時(shí)間 (D)

沖擊脈沖持續(xù)時(shí)間是指，加速度保持在規(guī)定加速度波形上的時(shí)間間隔。沖擊脈沖持續(xù)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的影響很復(fù)雜，它對(duì)沖擊效果的影響與被試系統(tǒng)的固有周期T 有關(guān)。

對(duì)半正弦波，當(dāng)D/T＜0.3時(shí)，對(duì)梯形波D/T＜0.2時(shí)，對(duì)后峰鋸齒波D/T＜0.5，在產(chǎn)品上所造成的響應(yīng)加速度都隨著D/T 比率的增加而增加，但最大不超過(guò)激勵(lì)脈沖本身的峰值加速度。

對(duì)半正弦波，當(dāng)0.3≤D/T＜3時(shí)，對(duì)梯形波0.2≤D/T＜10時(shí)，對(duì)后峰鋸齒波0.5≤D/T＜1.2，在產(chǎn)品上所造成的響應(yīng)加速度都將超過(guò)激勵(lì)脈沖的峰值加速度。

對(duì)半正弦波，當(dāng)D/T＞3時(shí)，對(duì)梯形波D/T＞10時(shí)，對(duì)后峰鋸齒波D/T＞1.2時(shí)，在產(chǎn)品上所造成的響應(yīng)加速度與激勵(lì)脈沖的峰值加速度相同。

從上面的敘述可知，對(duì)同一種脈沖，由于其持續(xù)時(shí)間不同，對(duì)相同的產(chǎn)品所造成的影響也不相同。

(3) 沖擊次數(shù)

由于沖擊主要考慮的是對(duì)產(chǎn)品極限強(qiáng)度的影響，而不是考慮累積損傷，所以無(wú)須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，但是為了避免偶然性，也需要有一定的沖擊次數(shù)。一般規(guī)定在每方向上連續(xù)沖擊3次。

也可以這么形象的理解，沖擊試驗(yàn)也可以叫做挨揍試驗(yàn)，脈沖類型相當(dāng)于施暴者出拳的類型，是少林的長(zhǎng)拳，還是武當(dāng)?shù)奶珮O拳，是上勾拳還是下勾拳，在沖擊試驗(yàn)中，就是脈沖類型，也就是大家熟知的：半正弦波、前鋒鋸齒波、后峰鋸齒波、三角波、方波還有梯形波。脈沖寬度就是作用時(shí)間，也就是單次挨揍的時(shí)間。振幅，則表征了沖擊的力道。振動(dòng)試驗(yàn)中的振幅，一般用加速度表示，也就是常說(shuō)的多少G。泰森全盛時(shí)期一拳2300磅，也就是說(shuō)他一拳能打出1035公斤的力。這里的單位不一樣，一個(gè)是加速度，一個(gè)是力。但情形是類似的，還是可以類比的。（摘自VR控制儀公眾號(hào)，寫的太形象了）

沖擊試驗(yàn)?zāi)M：應(yīng)盡量采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即在振動(dòng)臺(tái)波形控制下直接復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的沖擊，但是要在實(shí)驗(yàn)室直接復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)沖擊是非常困難的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用的是等效損傷原理，即保證在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用標(biāo)稱脈沖對(duì)產(chǎn)生進(jìn)行沖擊所產(chǎn)生的故障、損壞、失效與現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的故障、損壞、失效相一致。該方法稱為規(guī)定標(biāo)稱沖擊脈沖波形法，常見(jiàn)沖擊脈沖波形有：半正弦波、后峰鋸齒波和梯形波。

QW半正弦波

后峰鋸齒波

梯形波

2、沖擊響應(yīng)譜

沖擊響應(yīng)譜是指一系列單自由度質(zhì)量阻尼系統(tǒng)，當(dāng)其公共基礎(chǔ)受到?jīng)_擊激勵(lì)時(shí)，各單自由度系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)峰作為單自由度系統(tǒng)固有頻率的函數(shù)繪出的曲線。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在笛卡爾坐標(biāo)系下以單自由度系統(tǒng)的固有頻率為橫坐標(biāo)，以其響應(yīng)峰為縱坐標(biāo)畫成的曲線。一個(gè)實(shí)際的物理系統(tǒng)可以分解為多個(gè)不同的單自由度系統(tǒng)，對(duì)于每個(gè)單自由度系統(tǒng)進(jìn)行沖擊響應(yīng)分析計(jì)算，取系統(tǒng)響應(yīng)的最大值，然后和它的固有頻率組成一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣分解成多少個(gè)單自由度系統(tǒng)就可以得到多少組數(shù)據(jù)點(diǎn)。最后，將這些點(diǎn)加以合成，即可得整個(gè)系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)譜，原理示意圖如下圖所示。

實(shí)際物理系統(tǒng)拆分成多個(gè)單自由度系統(tǒng)物理模型

沖擊響應(yīng)譜計(jì)算：西門子LMSTest.lab軟件提供了沖擊響應(yīng)譜計(jì)算的功能，如下圖所示。

上圖SRS計(jì)算，需要設(shè)置頻率范圍，品質(zhì)因子Q，品質(zhì)因子是阻尼的另一種表現(xiàn)形式，品質(zhì)因子Q與阻尼比的關(guān)系如下所示。一般采用5%的阻尼比，即Q=10的品質(zhì)因子，當(dāng)品質(zhì)因子≤5時(shí)，選擇1/3oct帶寬；當(dāng)品質(zhì)因子5-25時(shí)，選擇1/6oct帶寬；當(dāng)品質(zhì)因子≥25時(shí)，選擇1/12oct帶寬。

沖擊時(shí)域信號(hào)

沖擊信號(hào)SRS計(jì)算

參考文獻(xiàn)：

[1] VR振動(dòng)研究公司辦事處公眾號(hào).

[2] 季馨, 王樹(shù)榮. 電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)[M]. 電子工業(yè)出版社, 2012.