本發(fā)明屬于力學環(huán)境試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法。

背景技術(shù)：

沖擊試驗是環(huán)境適應性與可靠性試驗的一種，其目的在于評估裝備的結(jié)構(gòu)和功能承受裝卸、運輸和使用環(huán)境中不常發(fā)生的非重復性機械沖擊的能力，確定裝備的結(jié)構(gòu)完好性和功能一致性。沖擊試驗在航天器驗證和鑒定過程中，起著至關(guān)重要的作用，是航天器實驗室環(huán)境試驗不可或缺的一部分。

隨著型號設計要求，沖擊環(huán)境變得越來越殘酷。目前，國防工業(yè)領(lǐng)域大量型號產(chǎn)品力學環(huán)境試驗，需對產(chǎn)品進行高量級經(jīng)典半正弦沖擊試驗。經(jīng)典沖擊試驗一般通過沖擊臺(跌落式、氣動式等)、振動臺等試驗設備來實現(xiàn)經(jīng)典沖擊波形；其中，跌落式?jīng)_擊臺能實現(xiàn)低質(zhì)量大量極經(jīng)典沖擊試驗、大質(zhì)量小量級經(jīng)典沖擊試驗，承載質(zhì)量一般不超過1T；振動臺能實現(xiàn)不同質(zhì)量不同量級經(jīng)典沖擊試驗，但不能超過振動臺推力。

本次參試產(chǎn)品與工裝總重量超過1.5T、沖擊幅值100g，且產(chǎn)品是火工品，目前國內(nèi)在滿足火工品試驗條件下的單位振動臺及跌落式?jīng)_擊臺設備能力均無法完全滿足本次試驗要求。

為充分驗證產(chǎn)品能否經(jīng)受住沖擊環(huán)境考核，且沖擊試驗條件有足夠裕度，在試驗設備能力允許下，進行設備最大量級沖擊試驗，并利用產(chǎn)品隨機振動試驗和低量級沖擊試驗數(shù)據(jù)，采用試驗與理論相結(jié)合的方法，外推得到產(chǎn)品高量級沖擊試驗的應力應變情況，通過對產(chǎn)品沖擊強度的校核實現(xiàn)對產(chǎn)品的考核和評估變得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題而提供一種高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法，包括以下步驟：

進行低量級沖擊試驗前，通過隨機振動試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行基礎激勵模態(tài)分析，確定產(chǎn)品應力較大位置；

在產(chǎn)品應力較大位置粘貼應變傳感器，進行低量級沖擊試驗，獲取低量級沖擊試驗產(chǎn)品應力較大位置應變，建立不同沖擊試驗量級與應變的數(shù)據(jù)模型；

應用所述數(shù)據(jù)模型，外推正式試驗高量級下產(chǎn)品應力較大位置應力，對產(chǎn)品進行強度校核。

所述通過隨機振動試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行基礎激勵模態(tài)分析，確定產(chǎn)品應力較大位置的方法是：

以產(chǎn)品與工裝輸入點作為參考點，識別出產(chǎn)品在安裝邊界下的一階模態(tài)，然后確定產(chǎn)品應力較大位置。

所述通過隨機振動試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行基礎激勵模態(tài)分析時，沿著產(chǎn)品母線布置7個傳感器測點進行應變力測量。

在進行低量級沖擊試驗時，進行至少4個不同量級沖擊試驗。

所述不同沖擊試驗量級與應變的數(shù)據(jù)模型采用線性模型。

本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法，是基于低量級沖擊試驗數(shù)據(jù)及基礎激勵識別產(chǎn)品模態(tài)，建立數(shù)據(jù)模型，并應用該數(shù)據(jù)模型，然后外推試驗高量級下產(chǎn)品應力較大位置應力，對產(chǎn)品進行強度校核，為產(chǎn)品沖擊環(huán)境試驗考核提供數(shù)據(jù)支撐，具備有可操作性強，通俗易懂等優(yōu)點。

本發(fā)明在振動臺設備能力的基礎上，應用低量級隨機振動試驗以及低量級沖擊試驗數(shù)據(jù)外推得到產(chǎn)品高量級沖擊試驗的受力情況，為產(chǎn)品沖擊環(huán)境考核提供有力支撐。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中的基礎激勵模態(tài)識別試驗系統(tǒng)的原理圖；

圖2是本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中的產(chǎn)品一階模態(tài)振型圖；

圖3是本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中的產(chǎn)品不同量級下應力集中部位的應變數(shù)據(jù)圖；

圖4是本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中的產(chǎn)品應力集中部位低量級外推正式試驗量級數(shù)據(jù)模型示意圖；

圖中：1.振動臺，2.數(shù)據(jù)采集及模態(tài)分析系統(tǒng)，3.傳感器，4.測試電纜，5.試驗工裝，6.產(chǎn)品。

具體實施方式

下面，結(jié)合實例對本發(fā)明的實質(zhì)性特點和優(yōu)勢作進一步的說明，但本發(fā)明并不局限于所列的實施例。

參見圖1所示，本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法，采用圖1所示的基礎激勵模態(tài)識別試驗系統(tǒng)進行，該基礎激勵模態(tài)識別試驗系統(tǒng)包括振動臺1，數(shù)據(jù)采集及模態(tài)分析系統(tǒng)2，傳感器3，測試電纜4，試驗工裝5，產(chǎn)品6；其中，振動臺1是基礎激勵模態(tài)識別試驗系統(tǒng)中產(chǎn)生隨機振動激勵的裝置；數(shù)據(jù)采集及模態(tài)分析系統(tǒng)2通過測試電纜4獲取測點傳感器3在產(chǎn)品6的加速度響應，并根據(jù)基礎激勵模態(tài)方法識別模態(tài)；試驗工裝5是將產(chǎn)品按照產(chǎn)品6的實際安裝邊界要求安裝在振動臺1上。

在一具體實施方式中，傳感器3采用三向傳感器，傳感器3的質(zhì)量相對均較小。

在再一具體實施方式中，試驗工裝5應與產(chǎn)品6接口一致，且一階模態(tài)不低于產(chǎn)品一階模態(tài)的3倍。

采用上述的基礎激勵模態(tài)識別試驗系統(tǒng)進行高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法的步驟如下：

進行低量級沖擊試驗前，通過隨機振動試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行基礎激勵模態(tài)分析，確定產(chǎn)品應力較大位置(即產(chǎn)品應變相對較大的位置，具體要根據(jù)不同產(chǎn)品的情況具體進行確定，即從產(chǎn)品沖擊試驗應變值中按應變值大小從高到低的順序選取排列在前的一定數(shù)量的應變值對應的位置來確定產(chǎn)品應力較大位置，具體的產(chǎn)品應力較大位置的數(shù)量根據(jù)不同產(chǎn)品的應變情況來具體確定)；

在產(chǎn)品應力較大位置粘貼應變傳感器，進行低量級沖擊試驗，獲取低量級沖擊試驗產(chǎn)品應力較大位置應變，建立不同沖擊試驗量級與應變的數(shù)據(jù)模型；

應用所述數(shù)據(jù)模型，外推正式試驗高量級下產(chǎn)品應力較大位置應力，對產(chǎn)品進行強度校核。

其中，本發(fā)明中，所述通過隨機振動試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行基礎激勵模態(tài)分析，確定產(chǎn)品應力較大位置的方法可以采用以下方法實現(xiàn)：

以產(chǎn)品與工裝輸入點作為參考點，識別出產(chǎn)品在安裝邊界下的一階模態(tài)，然后確定產(chǎn)品應力較大位置。

其中，在試驗進，所述通過隨機振動試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行基礎激勵模態(tài)分析時，可以根據(jù)有限元仿真結(jié)果，沿著產(chǎn)品母線布置7個傳感器測點進行應變力測量。

需要說明的是，本發(fā)明中，為了數(shù)據(jù)模型的有效性，在進行低量級沖擊試驗時，進行至少4個不同量級沖擊試驗。

需要說明的是，考慮結(jié)構(gòu)沖擊響應的非線性，從保守角度及數(shù)據(jù)處理難度上考慮，本發(fā)明中，所述不同沖擊試驗量級與應變的數(shù)據(jù)模型優(yōu)選采用線性模型。

需要說明的是，本發(fā)明進行高量級經(jīng)典沖擊試驗外推方法，僅針對結(jié)構(gòu)件有效，不針對電子產(chǎn)品、裝藥體等。

圖2是本發(fā)明的本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中的產(chǎn)品一階模態(tài)振型圖，橫坐標為產(chǎn)品沿軸向長度尺寸L(mm)，縱坐標為歸一化振型值(無量綱)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)品造成主要損傷的為低階模態(tài)，模態(tài)振型中振幅小的應力大，振幅大的應力?。灰罁?jù)模態(tài)振型，并參考產(chǎn)品有限元仿真數(shù)據(jù)，選取產(chǎn)品應變相對較大的位置作為應變測試點。

圖3是本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中產(chǎn)品不同量級下應力集中部位應變數(shù)據(jù)圖，其中，橫坐標表示沖擊試驗持續(xù)時間t(s)，縱坐標表示沖擊試驗的應變值strain(με)；

圖4是本發(fā)明的高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法中的產(chǎn)品應力集中部位低量級外推正式試驗量級數(shù)據(jù)模型示意圖,橫坐標表示沖擊試驗峰值量級(g)，縱坐標表示沖擊試驗的應變值(με)。

其中，進行應變采集時，在應力集中部位按照應變傳感器測量方法對產(chǎn)品表面進行處理、粘貼、采集設置；對于大部分結(jié)構(gòu)件，沖擊應力失效模式均為幅值破壞，本實施例僅考慮幅值破壞模型；獲取應力集中部位應變數(shù)據(jù)時，對不同量級的應力幅值進行統(tǒng)計，形成應變-沖擊量級數(shù)據(jù)模型，本實施例僅考慮線性模型。

本發(fā)明種高量級經(jīng)典沖擊試驗效應外推方法，實現(xiàn)了試驗設備能力不能滿足結(jié)構(gòu)件沖擊試驗考核情況下，為產(chǎn)品進行沖擊環(huán)境適應性考核提供數(shù)據(jù)支撐。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。