基于激光干涉法的沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x

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1、基于激光干涉法的沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)方法Amethodfortheprimarycalibrationofshockresponsespectrumbylaserinterferometry李新良曹亦慶宋昊張大治北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所北京1066信箱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室100095摘要:本文從沖擊響應(yīng)譜的定義出發(fā)，采用激光干涉法絕對(duì)測(cè)量沖擊過(guò)程，根據(jù)單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)方程，以Matlab數(shù)據(jù)處理語(yǔ)言為平臺(tái)，得到該沖擊過(guò)程對(duì)應(yīng)的沖擊響應(yīng)譜曲線，與沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x的沖擊響應(yīng)譜曲線進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)沖擊響應(yīng)譜的絕對(duì)校準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：沖擊響應(yīng)譜激光干

2、涉法沖擊響應(yīng)譜分析單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)多普勒信號(hào)Digest:Thispaperintroducesamethodforthecalibrationofshockresponsespectrum(SRS)bylaserinterferometry.BasedonthedefinitionoftheSRSandthetime-domainshockdata,theSRScurveisobtainedinvirtueofMatlabplatform.AtthesametimetheSRScurvetobecalibratedcomes

3、fromtheSRSanalyzer.Andthencomparerthesetwocurvestofinishthecalibration.Keywords:shockresponsespectrum(SRS),laserinterferometry,SRSAnalysis,singlefreedomspring-masssystem,Dopplersignal一、引言沖擊響應(yīng)譜是工程中廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要概念，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）所屬的技術(shù)委員會(huì)以及我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，都已經(jīng)把沖擊響應(yīng)8譜作為規(guī)定沖擊環(huán)

4、境的方法之一。由于工程研究的目的不是研究沖擊波形本身，而更注重的是沖擊作用于系統(tǒng)的效果，或是說(shuō)研究沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的損傷勢(shì)。損傷勢(shì)不便用沖擊的時(shí)間歷程來(lái)描述，引入新的衡量沖擊作用效果的尺度——沖擊響應(yīng)譜。用沖擊響應(yīng)譜表達(dá)沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，是衡量沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)設(shè)備作用力大小的一種方法，比較科學(xué)合理。沖擊響應(yīng)譜是對(duì)設(shè)備實(shí)施抗沖擊設(shè)計(jì)的分析基礎(chǔ)，也是控制產(chǎn)品沖擊環(huán)境模擬試驗(yàn)的基本參數(shù)。在國(guó)防生產(chǎn)、科研和試驗(yàn)領(lǐng)域所涉及到的沖擊環(huán)境試驗(yàn)中，沖擊參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)量不僅對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和人員安全至關(guān)重要，而且為飛行器、武器、軍事工程等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠

5、的依據(jù)，因此很有必要進(jìn)行沖擊響應(yīng)譜的絕對(duì)校準(zhǔn)方法研究。目前所開(kāi)展的沖擊校準(zhǔn)體系中，沒(méi)有針對(duì)沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)設(shè)備。但我們?cè)陂_(kāi)展計(jì)量工作和一些工程試驗(yàn)中，均對(duì)沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)提出了要求，雖然工程應(yīng)用中已經(jīng)大量采用沖擊響應(yīng)譜作為沖擊環(huán)境規(guī)范，但對(duì)于響應(yīng)譜進(jìn)行絕對(duì)校準(zhǔn)卻沒(méi)有進(jìn)行。國(guó)家計(jì)量院和國(guó)防科工委第一計(jì)量研究中心均采用的是典型沖擊波性試驗(yàn)進(jìn)行加速度量值校準(zhǔn)，還沒(méi)有建立起沖擊響應(yīng)譜校準(zhǔn)所必需的相應(yīng)硬件和軟件。隨著產(chǎn)品試驗(yàn)的大量開(kāi)展以及如何控制產(chǎn)品試驗(yàn)的欠試驗(yàn)、過(guò)試驗(yàn)，沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)愈來(lái)愈受到重視，因此，沖擊響應(yīng)譜校準(zhǔn)方法的研

6、究，建立沖擊響應(yīng)譜校準(zhǔn)裝置以及配套的沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)規(guī)范的編制勢(shì)在必行。一、沖擊響應(yīng)譜測(cè)量?jī)x絕對(duì)校準(zhǔn)方法1、沖擊響應(yīng)譜的數(shù)學(xué)模型將沖擊運(yùn)動(dòng)施加于一系列線性、單自由度質(zhì)量彈簧系統(tǒng)時(shí)，將各單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)運(yùn)動(dòng)中的最大相應(yīng)值，作為對(duì)應(yīng)系統(tǒng)固有頻率的函數(shù)而繪制的曲線，稱(chēng)作沖擊響應(yīng)譜。由定義可知，沖擊響應(yīng)譜是單自由度系統(tǒng)受到?jīng)_擊作用后所產(chǎn)生的響應(yīng)運(yùn)動(dòng)在頻域中的特性描述，它不同于沖擊源的傅立葉頻譜，其區(qū)別在于：傅立葉頻譜僅僅研究沖擊源本身在頻域的能量分布特性，僅僅是沖擊源函數(shù)在頻域的展開(kāi)，不涉及任何一個(gè)要研究的機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)，二者雖然

7、都是頻率的函數(shù)，但有著明顯的區(qū)別。圖1給出的是線性、無(wú)阻尼單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的力學(xué)模型?！瓐D1系列線性單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的力學(xué)模型8其基礎(chǔ)受到?jīng)_擊加速度作用而產(chǎn)生的沖擊響應(yīng)運(yùn)動(dòng)，將由二階微分方程描述：（1）式中，為系統(tǒng)質(zhì)量；為系統(tǒng)剛度；為質(zhì)量的位移和加速度響應(yīng)；為沖擊激勵(lì)輸入。DtDtD（a）固有頻率為f1的響應(yīng)曲線b）固有頻率為f2的響應(yīng)曲線f3f1f2t…t（c）固有頻率為f3的響應(yīng)曲線（d）沖擊響應(yīng)譜曲線圖2沖擊響應(yīng)譜圖解圖2給出的是在某種沖擊激勵(lì)下，固有頻率分別為f1、f2、f3單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的輸出波形，取其響應(yīng)

8、最大值在圖2（d）畫(huà)出對(duì)應(yīng)的沖擊響應(yīng)譜曲線。2、沖擊響應(yīng)譜的求取方法沖擊響應(yīng)譜得求取方法大致分為兩類(lèi)：傳統(tǒng)的模擬方法和數(shù)字處理方法。早期的機(jī)械式或電的方法模擬單自由度系統(tǒng)的物理模型，給模型以沖擊輸入求響應(yīng)，典型的如彈簧片儀及振子式?jīng)_擊響應(yīng)譜分析儀，