冲击响应谱试验技术研究

1、西北工业大学硕士学位论文冲击响应谱试验技术研究姓名:骞永博申请学位级别:硕士专业:飞行器设计指导教师:吴斌20070301 第三章冲击谱仿真研究虽然所采用的规范并不一定是实际试验中采用的规范,但这不会影响对它们之间关系的探讨。冲击波形和冲击谱的关系主要是研究给谐振板加以不同的原始冲击波形,以激起谐振板不同的谐振波,再分析由不同谐振波所生成的不同冲击谱和原始波形之间有着何种内在关系。文中给出的波形是半正弦脉冲,并且分了四种情况,四种波形的脉宽和峰值分别如表32所示。而其他的因素如谐振板的固有频率、边界条件、采样率及采集点等则都是相同的,这样才更易于分析不同冲击脉冲对冲击谱的影响关系。表32四种波

2、形参数一览表劾彤%呢矾峰值A(g100100loo1000谐振板是一块几何尺寸为600lIlm×600Inm×40姗的钢板,边界条件为在距离板边200mm处的8个节点完全约束。激励脉冲的作用点在板的几何中心,采集点在板长度的四分之一处。计算时共划分了3255个节点,2400个单元,可以满足试验的精度要求。谐振板的有限元模型及各个关键点的位置分别如图3.5所示。 图3-5谐振板有限元模型图四种情况下计算得到的时域波形及计算后套容差的冲击谱曲线分别如图3.6a、3.6b、3.6c、3.6d所示。 第三章冲击谱仿真研究不:(口弹性模量改变与冲击谱的关系F¨。一鸯阶次l2

3、34567窟9lOx。÷÷?“、*一女*÷#固频(Hz4955065065446ll 95310ll 101114931653i“xy÷%阶次n121314151617181920*i固频(Hz16531817220622062485249I 3104335633563374*“。阶次2l2223242S2627282938*”,、固频(Hz3457345736343760376040544073426343654559采集到的复杂波形及计算出的冲击谱曲线如图3.7所示。从图中可以看出拐点频率大概在4000Hz左右,比较表3.3发现,谐振板的第26、27

4、阶固有频率与拐点频率接近。经过采集点位置及振型图可知,在此激励脉冲下板被激起的是第27阶频率。第27阶振型如图3.8所示。威宥频率(噼图3-7E-210GPa时的复杂波形及冲击谱 图3.8E-2loGPa的谐振板第27阶模态振型图赫罄K 揖趟墨在情况哆下,设钢板的弹性模量E=71GPa,其前30阶固有频率如表3-4所示:表3-4弹性模量E=71GPa的谐振板前三十阶固有频率_li;¨除次t 23456789le!“。l固频(Hz287294294316355554588588868962舻阶次ll 1213J“t固频(Hzr,+;阶次2l222324252627282930固频(Hz

5、20lO 20lO 21132186218623572368247925382651采集到的复杂波形及计算出的冲击谱曲线如图3.9所示。从图中可以看出拐点频率大概在2400Hz左右,比较表3.4发现,谐振板的第26、27阶固有频率与拐点频率接近。经过采集点位置及振型图可知,在此激励脉冲下板被激起的是第27阶频率。第27阶振型如图3.10所示。OOO5001000'5O 020时问“s巅蓑:鞋翻譬固有频率(Hz图3.9E=71GPa时的复杂波形及冲击谱 图3.10E=71GPa的谐振板第27阶模态振型图竹。伸;宝一型帮景第三章冲击谱仿真研究在情况吗下,设钢板的弹性模量E-20GPa,其前

6、30阶固有频率如表3-5所示:表3.5弹性模量E-20GPa的谐振板前三十阶固有频率一鼍女阶次l2345678910n”固频(Hz15315615616818929431231246l510j阶次ll 121314151617181920,巅固频(Hz51056l 68168l 767769958f阶次2l 222324252627282930Jm固频(Hz1070107011221160116012511257131613471407采集到的复杂波形及计算出的冲击谱曲线如图3-ll所示。从图中可以看出拐点频率大概在1200Hz左右,比较表3.5发现,谐振板的第2427阶固有频率与拐点频率接近

7、。经过采集点位置及振型图分析可知,在此激励脉冲下板被激起的是谐振板的第27阶频率。第27阶振型如图3.12所示。图3-11E-20GPa时的复杂波形及冲击谱 图312E-20GPa的谐振板第27阶模态振型图(6边界条件改变与冲击谱的关系颦“蕾罄 咖”鹏”o篇普“。“035“图3.15支撑梁为300肼m×04州册时的时域波形和冲击谱由图3.15得出此时的拐点频率大概为250Hz,查表3-8可知,这是谐振板的第15阶频率。谐振板的第十五阶模态图如图3-16所示。图3.16支撑梁为300m埘×m4聊聊时谐振板的第十五阶模态图情况巳,支撑梁的外形尺寸为200珊研×6研m。

8、谐振板的前三十阶固有频率如表3-9所示,时域曲线及冲击谱如图3.17所示。表3-9支撑梁为200埘册×06所拼的谐振板前三十阶固有频率群女m¨“10甏阶次l 23456789#茹、*”固频(Hz66ll 84177177243408499584一阶次1l 121314lS 1617lS 1920:固频(Hz5846866866866866886S8688688850阶次2l 222324252627282930i固频(Hz896鼓￥錾 毯f,。B湖菱。毒捌.,。第三章冲击谱仿真研究O.OO5001000150020O,025OO O.50.O时问啦图3.17支撑梁为200册

9、坍×06所脚时的时域波形和冲击谱由图3.17得出此时的拐点频率大概为170Hz,查表3.8可知,这是谐振板的第6阶频率。谐振板的第六阶模态图如图3,18所示。图3-18支撑梁为200m×6m时谐振板的第六阶模态图情况岛,支撑梁的外形尺寸为200聊所×m10研所。谐振板的前三十阶固有频率如表3.10所示,时域曲线及冲击谱如图3.19所示。表3一10支撑梁为200肌州×mlO册册的谐振板前三十阶固有频率匿酚咚”日?m mf“*r。234S 678多10”*一n,#r#*固频(Hz§阶次ll 1213l碡1516l彳181920lw固频(Hz6088

10、48944944105110921095、109511021115W1阶次2l 222324252627282930。固频(Hz111911191126138614051405146l16651916 1916。咖o5o们ooo替品溜oo衢no0035o 040图3.19支撑梁为200所所×中6m坍时的时域波形和冲击谱由图3.19得出此时的拐点频率大概为250Hz,查表3.9可知,这是谐振板的第七阶频率。谐振板的第七阶模态图如图3.20所示。图3.20支撑粱为200肌J,×m10聊朋时谐振板的第七阶模态图情况厶,支撑梁的外形尺寸为100埘肌×mlO脚埘。谐振板的前

11、三十阶固有频率如表3.11所示,时域曲线及冲击谱如图3-21所示。表3一H支撑梁为100m所×中10所所的谐振板前三十阶固有频率“鼍阶次l 23456789lO。¨w固频(Hz474780阶次11121314151617181920.:阶次2l 2223242S 2627282930固频(Hz1966197019702066246424“2497259727462746豁枣K 葺蝴鲫枷蛳。毫枷枷枷一口毯 翼目第三章冲击谱仿真研究图3.21支撑梁为100肘m×m10聊竹时的时域波形和冲击谱由图3.2l得出此时的拐点频率大概为450Hz,查表310可知,这是谐振板的第

12、八阶频率。谐振板的第八阶模态图如图3.22所示。图3-22支撑粱为100m脚×中lOm埘时谐振板的第八阶模态图上述四种情况,支撑梁的尺寸和冲击谱的拐点频率及上升段斜率之间的对应关系如表12所示。表12支撑梁尺寸和冲击谱的拐点频率及上升段斜率关系支撑粱尺寸300mm×4咖200mm×毋6咖200mm×中“IInm100恤m×m10mm 拐点频率2“Hz177Hz245Hz459Hz上升段斜率8.1dB/oct7.3dB/oct7.1dB/oct6.9dB/oct低(e固有频率与冲击谱关系结论通过上述三种大情况九种子情况的分析比较,得出以下几点结论:1冲击谱的拐点频率是谐振板的某阶固有频率;2对于同样的边界条件,固有频率越低的谐振板产生的冲击谱拐点频率也越4l啪哪椭拼。瑚埘棚枷一o避 嚣曩 西北工业大学硕士学位论文 图3-25谐振板第一阶振型图 图3-26谐振板第二十二阶振型图2D、F、G三点采集的时域波形接近复杂衰减正弦波,其冲击谱形状也一致,可以套用相同的规范容差。这说明同一个冲击谱可以有多种不同的时域波形与之相对应。3离谐振板固定位置越远,越不容易产生单一的谐振波,产生的冲击谱也就越差;而离固定位置越近,则越容易产生谐振波,进而得