[发明专利]基于弹性应力波加载的冲击响应谱试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种基于弹性应力波加载的冲击响应谱试验装置及试验方法，将弹性应力波加载装置与波形整形器结合，形成可准确调节的激励波形，避免了现有试验装置激励波形不易调节的缺陷。同时，由撞击杆与入射杆碰撞时，产生的弹性应力波幅值大、冲击持续时间短，可激励谐振装置的高频成分，进行近、中场爆炸信号模拟。此外，由于配重块可随意安装在谐振板任意位置，谐振板的固有特性可调整。通过调整气缸气压以改变撞击杆速度，从而调整弹性波的幅值；调整撞击杆形状改变脉冲持续时间；调整波形发生器形状进而改变弹性波形状；改变配重块安装位置调整谐振响应板频率，最终可以产生的不同冲击响应谱线，方便进行各类指标的冲击响应谱试验。

技术领域

本发明属于环境试验技术领域，涉及一种冲击响应谱试验的新型设备，具体为一种采用弹性应力波加载的冲击响应谱试验装置及试验方法。

背景技术

精密仪器上有多种火工装置，这些火工品能产生高频响、高量级的爆炸冲击环境。恶劣的爆炸冲击环境严重威胁着敏感器件的安全，可能造成不可修复的损害，是危害精密仪器安全使用的主要因素之一。有效地模拟爆炸冲击环境，对精密仪器以及敏感的器件进行地面试验考核是设备投入使用前必不可少的阶段。由于爆炸冲击环境的不确定性和冲击波形的随机性，当前的试验设备难以模拟爆炸冲击时域波形。冲击响应谱能够规范地表示不同量级的冲击环境，成为描述爆炸冲击的主要指标之一，其谱线具有简明、统一、直观等优点。因此，冲击响应谱试验逐渐成为模拟爆炸冲击环境的主要方式。

冲击响应谱定义为一系列固有频率不同的单自由度系统在爆炸冲击时域波形激励下，其最大响应加速度随频率变化的谱线。冲击谱主要可以作为复杂的振荡冲击波形的等效指标，当前使用较广泛的爆炸冲击试验方法之一。

目前，进行冲击响应谱试验的激励方式主要有火工品爆炸、电动振动台、机械撞击及激光激励，以上试验方式存在以下几点缺陷：

1)火工品爆炸方式是通过火药直接模拟真实的爆炸冲击环境，能够较好地复现冲击爆炸冲击环境，但由于该方法成本较高，而且火工产品爆炸存在一定的危险性，爆炸波形难以控制，重复性低，因此这种试验方式受到了很大限制。

2)电动振动台方式是通过输入时域控制波形信号驱使台面按照指定波形振动，形成冲击响应谱，这种方式虽然原理简单，但电动振动台的振动频率与幅值的具有较大的局限性，因此该设备只能模拟低幅值、窄频带的爆炸冲击环境。

3)机械撞击方式通过一质量块高速撞击谐振装置，使谐振装置产生瞬态响应信号，得出冲击谱。典型的冲击响应谱设备为摆锤式冲击响应谱试验机、气动式冲击响应谱试验机。其谐振装置为纵向安装的谐振板，谐振板在纵向有较高的固有频率，因此产生的冲击响应信号具有较高的幅值和较宽的频率范围，但该类设备的谐振板激励载荷形状难以控制，且激励幅值有限。产生的瞬态响应信号用于中远场爆炸信号的模拟。

4)激光激励方式是通过高能激光脉冲在谐振设备表面产生瞬时热应力区，从而形成高频弹性应力波，模拟爆炸冲击环境。该方式的缺陷为激光激励能量有限，形成的冲击波形幅值较低，当前仅为研发状态，不能投入试验。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有冲击响应谱试验方式的不足，本发明提出一种基于弹性应力波加载的冲击响应谱试验机和方法，进行爆炸冲击环境模拟。通过气缸压缩空气和释放撞击杆，撞击入射杆的一端，在入射杆中产生一个弹性应力波并传递到另一端，激励冲击响应谱试验机的谐振板产生瞬态冲击响应信号，模拟爆炸冲击响应谱。

本发明的技术方案是：一种基于弹性应力波加载的冲击响应谱试验装置，其特征在于，包括弹性应力波加载装置和谐振响应装置；

所述弹性应力波加载装置包括支架、气缸、撞击杆、套筒、波形整形器、应变片、导轨和入射杆；导轨位于支架上，撞击杆、套筒和入射杆均位于导轨上且三者轴线重合；波形整形器位于入射杆靠近撞击杆的一端，应变片位于入射杆上，用于采集应力波形状；气缸位于撞击杆远离入射杆的一端且与该端连接；初始状态时，撞击杆和波形整形器不接触；