冲击响应谱试验规范述评

    0　引　言

    冲击是指一个结构系统受到的瞬态载荷,也可以看成能量从外界传递到一个结构系统的短暂过程。冲击一般分为简单冲击和复杂冲击,简单冲击,其冲击幅值随时间变化的曲线近似简单的几何图形,如半正弦、矩形波和锯齿波等。复杂冲击,其冲击幅值随时间变化的曲线呈复杂的衰减振荡形。图1和图2分别是简单冲击和复杂冲击的时域图。

　　在过去,冲击试验多以理想脉冲试验为主,早在19世纪40年代国外建起了最简单的冲击试验设备,以用于某些产品的试验,一种是落下式试验机,可用于产生简单冲击波形,主要是半正弦;另一种是摆锤式冲击机。用理想脉冲作为试验规范,多用于舰船设备的试验。随着电子技术和环境模拟理论的发展,冲击试验技术有了很大变化,为了研究结构耐冲击能力,布洛特(Blot M A)于1963年提出了冲击响应谱(Shock Response Spectrum)的概念。

    冲击响应谱通常又称“冲击谱”[1-3],是指将冲击激励施加到一系列线性、单自由度弹簧、质量系统时,将各单自由度系统的最大响应值,作为对应于系统固有频率的函数而绘制的曲线。它用冲击载荷作用在结构系统上的效果,即结构系统对冲击载荷的响应来描述冲击。

    随着冲击响应谱概念的提出和计算方法的完善,目前冲击响应谱作为试验规范已被广泛地用于产品的耐冲击设计与冲击环境模拟试验。本文主要对冲击响应谱的科学性,冲击响应谱的算法及冲击响应谱试验规范的局限性作一全面阐述。

    1　冲击响应谱规范的科学性

    运载火箭、飞机、船舶、车辆及各种工程机械,在其运行时经常受到冲击的作用,对各自的结构、性能以及安装设备都将产生有害影响,为了保证产品能够抵挡冲击环境的有害影响,应制定科学的试验规范。早期的冲击试验,主要是以简单脉冲产生的冲击效果来模拟实际的冲击环境,对波形进行傅里叶分析可以看到:简单冲击会有较大的低频能量,试验时常使许多设备特别是带减震器的设备,由于低频过试验而损坏。另外,由于在实际环境中经常遇到的是变化持续时间的复杂冲击,因此用半正弦脉冲做为试验规范还会导致下述问题,如在试验室里用对称的脉冲谱即半正弦作试验,在试验室里已通过冲击试验的设备,在野外实际环境中又有损坏的。因此,冲击试验最好不用时间历程曲线或脉冲波作规范。

   目前,国内外普遍采用[4,5]等效损伤原则模拟复杂振荡型冲击环境,即用冲击响应谱来作为模拟冲击环境标准,若产品在规定时间历程内在冲击模拟装置产生的冲击激励作用下产生的冲击响应谱应与实际冲击环境的冲击响应谱相当的话,就可以认为该产品经受了冲击环境考核。