将后峰锯齿_梯形两种脉冲转换成半正弦脉冲进行试验

前面已经讲到,当脉冲的持续时间D 和产品的固有频率fn 的乖积在0.2到10 之间时, 应根据试验目的来选择所需的脉冲｡这就给我们提出一个问题,如果按照需要应选择后峰锯齿脉冲或梯形脉冲,而试验室又不能产生这二种冲击脉冲波形,特别是上面所说的其速度变化量超过电动振动台速度变化量的梯形脉冲时,或能产生但容差又达不到要求｡此时如何解决呢?我们可以利用冲击谱将这两种冲击脉冲转换成半正弦冲击脉冲来进行试验｡其方法有下列两种:

18.9.1 峰值等效
对单自由度系统, 对结构和动态特性比较简单的样品,例如, 电子元器件,可通过峰值等效的方法将后峰锯齿､梯形两种脉冲转换成半正弦脉冲来进行试验｡举例如下:

例1:有一固有频率fn=100Hz 的样品,原需用 100g､11ms 的梯形脉冲进行试验,由于电动台的速度变化量达不到,要将其转换成6ms的半正弦脉冲来进行试验,此时的峰值加速度应为多少?
解:首先求出 fn·D 的乖积:
fn·D=100Hz×0.011=1.1
再从梯形脉冲的冲击谱曲线(图18-13)上查fn· D = 1.1 处的无量纲响应,其数值为1.95,可见产品用梯形脉冲进行试验时,其响应加速度为100g×1.95=195g｡
然后再从半正弦脉冲的冲击谱曲线(图18-16)上查fn·D=0.6 处的无量纲响应,其数值为1.65.可见为了得到195g 的响应加速度,半正弦脉冲的激励峰值应为:
A=1.95/1.65×100≈118g
从上面的计算可见, 100g､11ms 的梯形脉冲转换成6ms 半正弦脉冲来进行试验时,其半正弦脉冲的峰值加速度应为118g.

例2:有一固有频率为50Hz 的样品,原需要用 100g､11ms 的后峰锯齿脉冲来进行试验,由于试验室没有能产生后峰锯齿脉冲的设备,要将其转换6ms 的半正弦脉冲来进行试验,此时的峰值加速度应为多少?
解答:首先求出 fn·D 的乘积:
fn·D=50Hz×0.011=0.55
再从后峰锯齿脉冲击谱曲线(图18-16)上查fn· D=0.55 的无量纲响应,其数值为1.20,可见产品用后峰锯齿脉冲进行试验时,其响应加速度为120g｡
再从半正弦脉冲的冲击谱曲线(图18-6)上查fn·D=0.55 处的无量纲响应,其数值为1.62.可见为了得到120g 的响应加速度,半正弦脉冲的激励峰值应为:
A=1.2/1.62×100g=74g
从上面的计算可见, 100g､11ms 的后峰锯齿脉冲转换成6ms 的半正弦脉冲时,其半正弦脉冲峰值加速度仅为74g.
例3:有一个固有频率为100Hz 的样品,原需要用 200g､3ms 的梯形脉冲来进行试验, 现要转换成200g 的半正弦脉冲来进行试验,此时的脉冲持续时间应为多少?
可见产品用梯形脉冲做试验时,其响应加速度为200g×1.13=226 g然后再从半正弦脉冲的冲击响应谱曲线(图18-16)上查无量纲响应为1.13 处的fn·D 的乘积,其数值为0.32｡
计算: fn·D=0.32;
100Hz·D=0.32;
D=3.2ms｡
从上面的计算可见:200g､3ms 的梯形脉冲转换成200g 的半正弦脉冲时,其脉冲持续时间应为3.2ms.

18.9.2 用包络整个冲击谱的方法等效
对结构的动态特性复杂的产品, 对多自由度系统,可采用包络整个冲击谱的方法来等效｡

(1)用半正弦脉冲的冲击谱来包络后峰锯齿脉冲的冲击谱,从而达到将后峰锯齿脉冲转换成半正弦脉冲进行试验的目的｡
对后峰锯齿脉冲,从图18-13 的冲击谱曲线可见,其最大无量纲响应amax/A=1.32, 对应的无量纲频率fn·D=0.7｡
对半正弦脉冲,从图18-13 的冲击谱曲线可见,其最大无量纲响应amax/A=1.78, 对就的无量纲频率fn·D=0.8｡
现举例说明如何用包络整个冲击谱的方法等效,从而达到将后峰锯齿脉冲转换半正弦脉冲进行试验的目的｡

例1:15g､11ms 的后峰锯齿脉冲要求转换成半正弦脉冲来进行试验,此时半正弦脉冲的峰值加速度和脉冲持续时间应为多少?
解答:∵后峰锯齿脉冲的最大无量纲频率fn·D=0.7;
∴在11ms 时能产生最大响应的样品的固有频率;
fn = 0.7/ D =0.7/0.011 = 63.7Hz;
又∵后峰锯齿脉冲的最大无量纲响应为1.32;
∴样品的最大响应加速度为15g×1.32= 19.8g｡
下面用冲击谱包络法将后峰锯齿脉冲转换成半正弦脉冲｡首先使两种脉冲对产品的最大响应加速度相等｡
∵半正弦脉冲的最大无量纲响应为1.78;
∴用半正弦脉冲试验时所需的激励峰值加速度为:
amax/A=1.78, 19.8/ A = 1.78 , A = 11.12g;
又∵半正弦脉冲的最大无量纲频率fn·D=0.8;
∴用半正弦脉冲试验时的脉冲持续时间为:
fn·D=0.8, 63.7·D = 0.8 D=12.5ms｡
当半正弦冲击脉冲和后峰锯齿冲击脉冲的最大响应相同时,由于半正弦脉冲的冲击响应谱的高频部分不能完全包络后峰锯齿脉冲相应冲击响应谱的高频部分, 为提高产品抗冲击的安全系统,需将半正弦冲击脉冲的峰值加速度提高14%｡即11.12g×1.14 = 12.68g｡此时半正弦冲击脉冲的冲击响应谱就完全能包络后峰锯齿冲击脉冲的冲击响应谱了,如图18-22 所示｡可见,采用包络整个冲击响应谱的方法来等效时, 15g､11ms 的后峰锯齿冲击脉冲需用12.68g､12.5ms 的半正弦冲击脉冲来进行试验。