振動沖擊對試驗設備的要求

18.4 對試驗設備的要求
能產生沖擊的設備很多,電動振動臺是其中最主要的一種,它既能產生沖擊響應譜與重現場的沖擊時間歷程,也能產生標稱沖擊脈沖波形?然而能產生標稱沖擊脈沖波形的設備除電動振動臺外,還有:自由跌落式?壓縮空氣式?氣液壓式?動量轉換式?無論采用何種試驗設備來產生沖擊, 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備空載時的要求,而是指沖擊試驗設備裝上樣品(包括夾具)和必要的負載后,在檢測點上所應達到的要求?

18.4.1 沖擊脈沖的波形容差
在規定標稱沖擊脈沖波形的方法中,目前對標稱沖擊脈沖的波形容差要求, 軍標和民(商) 標有些差別?下圖18-16(a)和(b)是美國軍標MIL-STD-810C/D/E 和國軍標GJB150中的要求;下圖18-16(c)和(d)是美國軍標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備的試驗和易損性試驗?對有包裝的設備,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品既保證功能又保證結構不受損傷, 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 對測量系統的要求
由于沖擊在頻域中是一個連續譜,并且具有無限帶寬?因此要準確無誤地測出沖擊的峰值加速度,脈沖持續時間和速度的變化量,特別是要不失真的重現沖擊脈沖的實際波形,就要求測量系統對無限帶寬的頻率成分能不失真的傳遞,也就是測量系統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?可見若測量系統限制信號相位的傳遞,也將導致脈沖波形失真?因此, 對測量系統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,由預處理?初始檢測?預調?試驗?恢復?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, 應理解和掌握好?

18.6.1 預調
在進行沖擊試驗時, 樣品的重量和動態特性可能會對沖擊試驗設備的性能產生影響,同時,沖擊試驗所規定的試驗條件(嚴酷等級)又是指沖擊試驗設備裝上樣品(包括夾具)和必要的負載后,在檢測點上應達到的要求,因此, 為了保證樣品經受到所規定的試驗條件(嚴酷等級)和達到高的再現性(不確定), 應做好試驗前的預調?
預調前,首先應選好檢測點,通常選擇在樣品與臺面或樣品與夾具的連接處?
預調時,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,在沖擊試驗設備空載的情況下進行預調?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特征對沖擊臺的性能有影響,則應裝上樣品進行預調?為了避免正式試驗前的重復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調?在進行這種預調時,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特性,此點應充分注意到?

18.6.1 試驗
沖擊試驗設備預調結束后,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;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),即進行3×6=18 次沖擊?對結構和性能完全對稱的樣品,可省去相應軸線和方向上的沖擊次數?沖擊試驗在大多數情況下是用來考核產品經受住沖擊的能力,所以,通常在非工作狀態下進行沖擊?對在運載工具上工作的產品,通常要進行性能沖擊和結構強度(軍標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的特大沖擊下其結構不能出現損傷?特別是產品不產生分離?拋出?甩出而擊傷人等?當一個產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生半正弦沖擊脈沖的沖擊臺,而不具備產生后峰鋸齒?梯形沖擊脈沖沖擊臺的情況更是如此?另外當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的沖擊響應譜?從圖中可見:
當脈沖持續時間D 和產品的固有頻率fn 的乘積小于或等于0.2 時,三種脈沖的初始響應譜近似相同,殘余響應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 fn·D≤0.2 時,用任何一種脈沖來進行試驗,其效果是一樣的?
當脈沖持續時間D 和產品的固有頻率fn 的乘積大于0.2并小于10時,三種脈沖的初始響應譜和殘余響應譜均不相同?其中,梯形脈沖的初始響應譜的最大值最高,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譜的最大值最小(大約比梯形脈沖低51%)?從殘余響應譜來看,后峰鋸齒脈沖的比較平滑,直到fn·D=10 附近才達到第一個零值?半正弦脈沖和梯形脈沖由于本身的對稱性,從 fn·D=10 開始就反復出現零值?可見當0.2≤fn·D≤10 時,
應根據試驗的目的和產品的具體用途來選擇所需的脈沖?當沖擊脈沖的持續時間D 和產品的固有頻率fn 的乘積大于10 時,三種脈沖的初始響應譜均近似1(amax/A=1),而殘余響應譜均近似為零?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?

本文轉載自：國家信息技術國檢中心