沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)技術(shù)研究

1、西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)技術(shù)研究姓名:騫永博申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):飛行器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:吳斌20070301 第三章沖擊譜仿真研究雖然所采用的規(guī)范并不一定是實(shí)際試驗(yàn)中采用的規(guī)范,但這不會(huì)影響對(duì)它們之間關(guān)系的探討。沖擊波形和沖擊譜的關(guān)系主要是研究給諧振板加以不同的原始沖擊波形,以激起諧振板不同的諧振波,再分析由不同諧振波所生成的不同沖擊譜和原始波形之間有著何種內(nèi)在關(guān)系。文中給出的波形是半正弦脈沖,并且分了四種情況,四種波形的脈寬和峰值分別如表32所示。而其他的因素如諧振板的固有頻率、邊界條件、采樣率及采集點(diǎn)等則都是相同的,這樣才更易于分析不同沖擊脈沖對(duì)沖擊譜的影響關(guān)系。表32四種波

2、形參數(shù)一覽表劾彤%呢礬峰值A(chǔ)(g100100loo1000諧振板是一塊幾何尺寸為600lIlm×600Inm×40姍的鋼板,邊界條件為在距離板邊200mm處的8個(gè)節(jié)點(diǎn)完全約束。激勵(lì)脈沖的作用點(diǎn)在板的幾何中心,采集點(diǎn)在板長度的四分之一處。計(jì)算時(shí)共劃分了3255個(gè)節(jié)點(diǎn),2400個(gè)單元,可以滿足試驗(yàn)的精度要求。諧振板的有限元模型及各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置分別如圖3.5所示。 圖3-5諧振板有限元模型圖四種情況下計(jì)算得到的時(shí)域波形及計(jì)算后套容差的沖擊譜曲線分別如圖3.6a、3.6b、3.6c、3.6d所示。 第三章沖擊譜仿真研究不:(口彈性模量改變與沖擊譜的關(guān)系F¨。一鴦階次l2

3、34567窟9lOx。÷÷?“、*一女*÷#固頻(Hz4955065065446ll 95310ll 101114931653i“xy÷%階次n121314151617181920*i固頻(Hz16531817220622062485249I 3104335633563374*“。階次2l2223242S2627282938*”,、固頻(Hz3457345736343760376040544073426343654559采集到的復(fù)雜波形及計(jì)算出的沖擊譜曲線如圖3.7所示。從圖中可以看出拐點(diǎn)頻率大概在4000Hz左右,比較表3.3發(fā)現(xiàn),諧振板的第26、27

4、階固有頻率與拐點(diǎn)頻率接近。經(jīng)過采集點(diǎn)位置及振型圖可知,在此激勵(lì)脈沖下板被激起的是第27階頻率。第27階振型如圖3.8所示。威宥頻率(噼圖3-7E-210GPa時(shí)的復(fù)雜波形及沖擊譜 圖3.8E-2loGPa的諧振板第27階模態(tài)振型圖赫罄K 揖趟墨在情況哆下,設(shè)鋼板的彈性模量E=71GPa,其前30階固有頻率如表3-4所示:表3-4彈性模量E=71GPa的諧振板前三十階固有頻率_li;¨除次t 23456789le!“。l固頻(Hz287294294316355554588588868962艫階次ll 1213J“t固頻(Hzr,+;階次2l222324252627282930固頻(Hz

5、20lO 20lO 21132186218623572368247925382651采集到的復(fù)雜波形及計(jì)算出的沖擊譜曲線如圖3.9所示。從圖中可以看出拐點(diǎn)頻率大概在2400Hz左右,比較表3.4發(fā)現(xiàn),諧振板的第26、27階固有頻率與拐點(diǎn)頻率接近。經(jīng)過采集點(diǎn)位置及振型圖可知,在此激勵(lì)脈沖下板被激起的是第27階頻率。第27階振型如圖3.10所示。OOO5001000'5O 020時(shí)問“s巔蓑:鞋翻譬固有頻率(Hz圖3.9E=71GPa時(shí)的復(fù)雜波形及沖擊譜 圖3.10E=71GPa的諧振板第27階模態(tài)振型圖竹。伸;寶一型幫景第三章沖擊譜仿真研究在情況嗎下,設(shè)鋼板的彈性模量E-20GPa,其前

6、30階固有頻率如表3-5所示:表3.5彈性模量E-20GPa的諧振板前三十階固有頻率一鼉女階次l2345678910n”固頻(Hz15315615616818929431231246l510j階次ll 121314151617181920,巔固頻(Hz51056l 68168l 767769958f階次2l 222324252627282930Jm固頻(Hz1070107011221160116012511257131613471407采集到的復(fù)雜波形及計(jì)算出的沖擊譜曲線如圖3-ll所示。從圖中可以看出拐點(diǎn)頻率大概在1200Hz左右,比較表3.5發(fā)現(xiàn),諧振板的第2427階固有頻率與拐點(diǎn)頻率接近

7、。經(jīng)過采集點(diǎn)位置及振型圖分析可知,在此激勵(lì)脈沖下板被激起的是諧振板的第27階頻率。第27階振型如圖3.12所示。圖3-11E-20GPa時(shí)的復(fù)雜波形及沖擊譜 圖312E-20GPa的諧振板第27階模態(tài)振型圖(6邊界條件改變與沖擊譜的關(guān)系顰“蕾罄 咖”鵬”o篇普“?！?35“圖3.15支撐梁為300肼m×04州冊(cè)時(shí)的時(shí)域波形和沖擊譜由圖3.15得出此時(shí)的拐點(diǎn)頻率大概為250Hz,查表3-8可知,這是諧振板的第15階頻率。諧振板的第十五階模態(tài)圖如圖3-16所示。圖3.16支撐梁為300m塒×m4聊聊時(shí)諧振板的第十五階模態(tài)圖情況巳,支撐梁的外形尺寸為200珊研×6研m。

8、諧振板的前三十階固有頻率如表3-9所示,時(shí)域曲線及沖擊譜如圖3.17所示。表3-9支撐梁為200塒冊(cè)×06所拼的諧振板前三十階固有頻率群女m¨“10甏階次l 23456789#茹、*”固頻(Hz66ll 84177177243408499584一階次1l 121314lS 1617lS 1920:固頻(Hz5846866866866866886S8688688850階次2l 222324252627282930i固頻(Hz896鼓￥鏨 毯f,。B湖菱。毒捌.,。第三章沖擊譜仿真研究O.OO5001000150020O,025OO O.50.O時(shí)問啦圖3.17支撐梁為200冊(cè)

9、坍×06所腳時(shí)的時(shí)域波形和沖擊譜由圖3.17得出此時(shí)的拐點(diǎn)頻率大概為170Hz,查表3.8可知,這是諧振板的第6階頻率。諧振板的第六階模態(tài)圖如圖3,18所示。圖3-18支撐梁為200m×6m時(shí)諧振板的第六階模態(tài)圖情況島,支撐梁的外形尺寸為200聊所×m10研所。諧振板的前三十階固有頻率如表3.10所示,時(shí)域曲線及沖擊譜如圖3.19所示。表3一10支撐梁為200肌州×mlO冊(cè)冊(cè)的諧振板前三十階固有頻率匿酚咚”日?m mf“*r。234S 678多10”*一n,#r#*固頻(Hz§階次ll 1213l碡1516l彳181920lw固頻(Hz6088

10、48944944105110921095、109511021115W1階次2l 222324252627282930。固頻(Hz111911191126138614051405146l16651916 1916?？5o們ooo替品溜oo衢no0035o 040圖3.19支撐梁為200所所×中6m坍時(shí)的時(shí)域波形和沖擊譜由圖3.19得出此時(shí)的拐點(diǎn)頻率大概為250Hz,查表3.9可知,這是諧振板的第七階頻率。諧振板的第七階模態(tài)圖如圖3.20所示。圖3.20支撐粱為200肌J,×m10聊朋時(shí)諧振板的第七階模態(tài)圖情況厶,支撐梁的外形尺寸為100塒肌×mlO腳塒。諧振板的前

11、三十階固有頻率如表3.11所示,時(shí)域曲線及沖擊譜如圖3-21所示。表3一H支撐梁為100m所×中10所所的諧振板前三十階固有頻率“鼉階次l 23456789lO。¨w固頻(Hz474780階次11121314151617181920.:階次2l 2223242S 2627282930固頻(Hz1966197019702066246424“2497259727462746豁?xiàng)桲 葺蝴鯽枷螄。毫枷枷枷一口毯 翼目第三章沖擊譜仿真研究圖3.21支撐梁為100肘m×m10聊竹時(shí)的時(shí)域波形和沖擊譜由圖3.2l得出此時(shí)的拐點(diǎn)頻率大概為450Hz,查表310可知,這是諧振板的第

12、八階頻率。諧振板的第八階模態(tài)圖如圖3.22所示。圖3-22支撐粱為100m腳×中l(wèi)Om塒時(shí)諧振板的第八階模態(tài)圖上述四種情況,支撐梁的尺寸和沖擊譜的拐點(diǎn)頻率及上升段斜率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表12所示。表12支撐梁尺寸和沖擊譜的拐點(diǎn)頻率及上升段斜率關(guān)系支撐粱尺寸300mm×4咖200mm×毋6咖200mm×中“IInm100恤m×m10mm 拐點(diǎn)頻率2“Hz177Hz245Hz459Hz上升段斜率8.1dB/oct7.3dB/oct7.1dB/oct6.9dB/oct低(e固有頻率與沖擊譜關(guān)系結(jié)論通過上述三種大情況九種子情況的分析比較,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:1沖擊譜的拐點(diǎn)頻率是諧振板的某階固有頻率;2對(duì)于同樣的邊界條件,固有頻率越低的諧振板產(chǎn)生的沖擊譜拐點(diǎn)頻率也越4l啪哪橢拼。瑚塒棚枷一o避 囂曩 西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3-25諧振板第一階振型圖 圖3-26諧振板第二十二階振型圖2D、F、G三點(diǎn)采集的時(shí)域波形接近復(fù)雜衰減正弦波,其沖擊譜形狀也一致,可以套用相同的規(guī)范容差。這說明同一個(gè)沖擊譜可以有多種不同的時(shí)域波形與之相對(duì)應(yīng)。3離諧振板固定位置越遠(yuǎn),越不容易產(chǎn)生單一的諧振波,產(chǎn)生的沖擊譜也就越差;而離固定位置越近,則越容易產(chǎn)生諧振波,進(jìn)而得