一种高量级经典冲击试验效应外推方法与流程

本发明属于力学环境试验技术领域，具体涉及一种高量级经典冲击试验效应外推方法。

背景技术：

冲击试验是环境适应性与可靠性试验的一种，其目的在于评估装备的结构和功能承受装卸、运输和使用环境中不常发生的非重复性机械冲击的能力，确定装备的结构完好性和功能一致性。冲击试验在航天器验证和鉴定过程中，起着至关重要的作用，是航天器实验室环境试验不可或缺的一部分。

随着型号设计要求，冲击环境变得越来越残酷。目前，国防工业领域大量型号产品力学环境试验，需对产品进行高量级经典半正弦冲击试验。经典冲击试验一般通过冲击台(跌落式、气动式等)、振动台等试验设备来实现经典冲击波形；其中，跌落式冲击台能实现低质量大量极经典冲击试验、大质量小量级经典冲击试验，承载质量一般不超过1T；振动台能实现不同质量不同量级经典冲击试验，但不能超过振动台推力。

本次参试产品与工装总重量超过1.5T、冲击幅值100g，且产品是火工品，目前国内在满足火工品试验条件下的单位振动台及跌落式冲击台设备能力均无法完全满足本次试验要求。

为充分验证产品能否经受住冲击环境考核，且冲击试验条件有足够裕度，在试验设备能力允许下，进行设备最大量级冲击试验，并利用产品随机振动试验和低量级冲击试验数据，采用试验与理论相结合的方法，外推得到产品高量级冲击试验的应力应变情况，通过对产品冲击强度的校核实现对产品的考核和评估变得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种高量级经典冲击试验效应外推方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高量级经典冲击试验效应外推方法，包括以下步骤：

进行低量级冲击试验前，通过随机振动试验数据对产品进行基础激励模态分析，确定产品应力较大位置；

在产品应力较大位置粘贴应变传感器，进行低量级冲击试验，获取低量级冲击试验产品应力较大位置应变，建立不同冲击试验量级与应变的数据模型；

应用所述数据模型，外推正式试验高量级下产品应力较大位置应力，对产品进行强度校核。

所述通过随机振动试验数据对产品进行基础激励模态分析，确定产品应力较大位置的方法是：

以产品与工装输入点作为参考点，识别出产品在安装边界下的一阶模态，然后确定产品应力较大位置。

所述通过随机振动试验数据对产品进行基础激励模态分析时，沿着产品母线布置7个传感器测点进行应变力测量。

在进行低量级冲击试验时，进行至少4个不同量级冲击试验。

所述不同冲击试验量级与应变的数据模型采用线性模型。

本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法，是基于低量级冲击试验数据及基础激励识别产品模态，建立数据模型，并应用该数据模型，然后外推试验高量级下产品应力较大位置应力，对产品进行强度校核，为产品冲击环境试验考核提供数据支撑，具备有可操作性强，通俗易懂等优点。

本发明在振动台设备能力的基础上，应用低量级随机振动试验以及低量级冲击试验数据外推得到产品高量级冲击试验的受力情况，为产品冲击环境考核提供有力支撑。

附图说明

图1是本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中的基础激励模态识别试验系统的原理图；

图2是本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中的产品一阶模态振型图；

图3是本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中的产品不同量级下应力集中部位的应变数据图；

图4是本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中的产品应力集中部位低量级外推正式试验量级数据模型示意图；

图中：1.振动台，2.数据采集及模态分析系统，3.传感器，4.测试电缆，5.试验工装，6.产品。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

参见图1所示，本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法，采用图1所示的基础激励模态识别试验系统进行，该基础激励模态识别试验系统包括振动台1，数据采集及模态分析系统2，传感器3，测试电缆4，试验工装5，产品6；其中，振动台1是基础激励模态识别试验系统中产生随机振动激励的装置；数据采集及模态分析系统2通过测试电缆4获取测点传感器3在产品6的加速度响应，并根据基础激励模态方法识别模态；试验工装5是将产品按照产品6的实际安装边界要求安装在振动台1上。

在一具体实施方式中，传感器3采用三向传感器，传感器3的质量相对均较小。

在再一具体实施方式中，试验工装5应与产品6接口一致，且一阶模态不低于产品一阶模态的3倍。

采用上述的基础激励模态识别试验系统进行高量级经典冲击试验效应外推方法的步骤如下：

进行低量级冲击试验前，通过随机振动试验数据对产品进行基础激励模态分析，确定产品应力较大位置(即产品应变相对较大的位置，具体要根据不同产品的情况具体进行确定，即从产品冲击试验应变值中按应变值大小从高到低的顺序选取排列在前的一定数量的应变值对应的位置来确定产品应力较大位置，具体的产品应力较大位置的数量根据不同产品的应变情况来具体确定)；

在产品应力较大位置粘贴应变传感器，进行低量级冲击试验，获取低量级冲击试验产品应力较大位置应变，建立不同冲击试验量级与应变的数据模型；

应用所述数据模型，外推正式试验高量级下产品应力较大位置应力，对产品进行强度校核。

其中，本发明中，所述通过随机振动试验数据对产品进行基础激励模态分析，确定产品应力较大位置的方法可以采用以下方法实现：

以产品与工装输入点作为参考点，识别出产品在安装边界下的一阶模态，然后确定产品应力较大位置。

其中，在试验进，所述通过随机振动试验数据对产品进行基础激励模态分析时，可以根据有限元仿真结果，沿着产品母线布置7个传感器测点进行应变力测量。

需要说明的是，本发明中，为了数据模型的有效性，在进行低量级冲击试验时，进行至少4个不同量级冲击试验。

需要说明的是，考虑结构冲击响应的非线性，从保守角度及数据处理难度上考虑，本发明中，所述不同冲击试验量级与应变的数据模型优选采用线性模型。

需要说明的是，本发明进行高量级经典冲击试验外推方法，仅针对结构件有效，不针对电子产品、装药体等。

图2是本发明的本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中的产品一阶模态振型图，横坐标为产品沿轴向长度尺寸L(mm)，纵坐标为归一化振型值(无量纲)，对结构产品造成主要损伤的为低阶模态，模态振型中振幅小的应力大，振幅大的应力小；依据模态振型，并参考产品有限元仿真数据，选取产品应变相对较大的位置作为应变测试点。

图3是本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中产品不同量级下应力集中部位应变数据图，其中，横坐标表示冲击试验持续时间t(s)，纵坐标表示冲击试验的应变值strain(με)；

图4是本发明的高量级经典冲击试验效应外推方法中的产品应力集中部位低量级外推正式试验量级数据模型示意图,横坐标表示冲击试验峰值量级(g)，纵坐标表示冲击试验的应变值(με)。

其中，进行应变采集时，在应力集中部位按照应变传感器测量方法对产品表面进行处理、粘贴、采集设置；对于大部分结构件，冲击应力失效模式均为幅值破坏，本实施例仅考虑幅值破坏模型；获取应力集中部位应变数据时，对不同量级的应力幅值进行统计，形成应变-冲击量级数据模型，本实施例仅考虑线性模型。

本发明种高量级经典冲击试验效应外推方法，实现了试验设备能力不能满足结构件冲击试验考核情况下，为产品进行冲击环境适应性考核提供数据支撑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。