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冲击响应谱控制的研究

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  冲击是振动环境的一种特例.冲击试验是考核此环境对设备的影响,评定设备的机械结构耐受冲击环境的能力.国军标GJB150.18规定冲击试验用规定冲击脉冲来模拟或用冲击响应谱模拟.由于产品所承受的冲击实际上是一种复杂的瞬态振动,规定的梯形波、后峰锯齿波在实际中不可能模拟实际复杂的冲击振动环境.而冲击响应谱是响应等效,对产品的效应也等效,试验效果比较接近实际使用环境,在试验中能充分暴露冲击环境造成的故障,因此在标准中要求优先采用.

  目前,世界上最先进的试验技术是在电磁振动台上进行冲击响应谱模拟试验.用一般的电磁振动台代替冲击试验台是世界冲击技术的潮流,因为其调效方便,精度高,可实现冲击响应谱模拟.但我国缺少冲击响应谱匹配的软件和冲击振动控制系统,采用的很少.冲击振动控制系统的硬件与随机振动控制系统差异不大,关键是冲击响应谱的匹配和瞬态冲击信号的实时控制.因此研制冲击响应谱匹配软件和冲击数控系统具有重要的意义.

  本文采用迭代算法组合出具有规定的冲击响应谱的瞬态冲击波形,并研究了瞬态冲击振动信号的实时控制问题.

  1 冲击响应谱匹配

  1.1 冲击响应谱的概念

  冲击响应谱是单自由度机械系统在规定瞬态力作用下的最大响应,是系统固有频率的函数[1].如图1设m为质块的质量,k为弹性系数,c为阻力系数,x(t)为质块相对基座的位移.

  对固定输入激励(t),已知阻尼比,则系统最大响应是系统固有频率ωn的函数.

  冲击响应谱控制就是在振动台上实现一瞬态振动(t),其冲击响应谱在一定精度范围内与给定的参考冲击响应谱相同.由方程(2)可知,一确定的时域加速度激励对应着一确定的冲击响应谱,但一冲击响应谱可能有很多个时域冲击波形与之对应.组合一瞬态冲击波形使之与规定的冲击响应谱在一定精度范围相同称为冲击响应谱匹配.

  1.2 冲击应谱匹配

  为了得到给定冲击响应谱的瞬态冲击波形,国外学者作了大量的工作,用各种波形进行迭代[2],[3].由公式(2)可以看出,瞬态冲击作用下的冲击响应谱可近似分解为单频衰减正弦之和,因此采用单频衰减正弦之和来逼近瞬态波形是十分自然的推理.

  对(3)式积分可得其速度积分可得其位移f(t).当时,其速度,位移,不为0.为满足振动台的实际需要,必须对(3)式进行修正使末速度、末位移为0.

  根据要匹配的冲击响应谱的转折频率点,系统阻尼比和放大倍数确定初始的一般取0.5~1ω,m一般取固有频率的倍,根据图2流程进行迭代运算.

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标签: 冲击
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