CN114088329B - 一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法。垂直向冲击响应谱模拟设备采用矩形板作为谐振台面，质量块撞击谐振台面时产生复杂的震荡衰减波形，从而模拟冲击响应谱。本发明中，按照冲击响应谱试验条件中的拐点频率，计算出谐振板对应的长度要求，而后对夹持机构液压活塞泄压，通过调节气缸改变两个夹持机构之间的谐振板的长度，调整到位后，夹持机构液压活塞加压，完成对谐振板的约束，这一过程中，由液压夹持取代螺接约束，由气动调节取代手动调节，可以极大地提高设备调试效率。

Description

一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法
技术领域
本发明涉及动力学试验技术领域，尤其涉及一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法。
背景技术
航天器在发射、在轨运行过程中会经历严酷、复杂的力学环境，其中火工冲击力学环境是其中的一种，是由星箭分离、部组件展开等工作中的火工品起爆引起的作用于结构上的瞬态冲击响应，具有高频率、高加速度幅值和高应变率的特点。
在各类冲击响应谱模拟试验设备中，机械撞击式冲击响应谱模拟试验设备，一般可以模拟频率在10kHz以内的冲击响应谱，并且具有重复性好、试验成本低的特点，因此被广泛应用于模拟中场、远场的火工冲击响应模拟试验中。
在进行冲击响应谱模拟试验时，需要根据具体产品的冲击试验条件来专门调试冲击响应谱模拟试验设备，而对于不同的被测产品，其冲击响应谱试验条件往往具有明显差异，主要体现在冲击响应谱的加速度幅值、拐点频率、上升斜率等方面，其中常见的拐点频率一般在250Hz～3000Hz范围内。
对于不同的试验设备，拐点频率的调整方法有所不同。对于水平向冲击响应谱模拟设备，比如摆锤式冲击台或者水平向气动冲击台，通过改变试验台面的支撑刚度和波形发生器，可以改变试验台面的拐点频率；对于垂直向冲击响应谱模拟设备，702所、苏州东菱公司、陕西科瑞迪公司的垂直向气动冲击台采用长宽尺寸固定的谐振台面，通过更换不同厚度的谐振台面来改变拐点频率，这个方法虽然可以实现拐点频率的调整，但是要准备多个谐振台面，而且拆装操作繁琐，试验调试时间较长；美国桑迪亚实验室、JPL实验室的冲击台是通过改变谐振台面的长度来改变拐点频率，但谐振台面的约束是采用螺接方式实现紧固，并且夹持结构移动不便，每次调整谐振台面夹持跨度耗时较长。
为此，本发明针对垂直向冲击响应谱模拟设备设计了一种谐振台面长度调节装置，可以实现谐振台面拐点频率快速调节。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法，包括以下步骤：
S1.谐振台面的长度确定：垂直向冲击响应谱模拟设备采用矩形板作为谐振台面，质量块撞击谐振台面时产生复杂的震荡衰减波形，从而模拟冲击响应谱，通过改变矩形板的尺寸、材料参数和边界约束条件，将矩形板的某阶主要模态频率调整到与拐点频率相接近，并通过质量块的冲击作用激励出矩形板此阶模态振型，从而使冲击响应曲线达到试验条件所要求的拐点频率；
根据弹性体振动理论可知，当矩形板其中一组对边简支，另一组对边自由时，此时矩形板相当于两端简支梁，考虑材料的泊松比时，其各阶固有频率计算公式为：
Figure BDA0003374744000000021
t:矩形板厚度，m；
l:梁的长度，m；
e:材料的弹性模量，Pa；
ρ：材料密度，kg/m3；
μ：材料的泊松比，常数；
fi:矩形板的第i阶模态频率，Hz；
冲击响应谱试验条件中的拐点频率代入到两端简支梁的固有频率计算公式中，可以得到矩形板某阶主要模态下对应的长度值；
S2.谐振台面拐点频率的快速调节：依据S1中确定的谐振台面的长度要求，为谐振台面设计了一套可快速调节夹持跨度的机构，长度固定的谐振台面，通过夹持机构对谐振台面的不同位置施加边界约束，从而实现谐振台面拐点频率的快速调节；
谐振台面两端各设有一套夹持机构，夹持机构采用多组液压活塞，对谐振台面施加夹持约束，实现两端简支，夹持机构中间设置有一个调节气缸，调节气缸的缸体与夹持机构固定，调节气缸的活塞杆与安装支架固定，夹持机构的活塞泄压，活塞与谐振台面分离，夹持机构与安装支架之间安装有滚轮和钢珠，调整调节气缸的伸缩，气缸缸体带动夹持机构沿谐振台面长度方向左右移动，改变两套夹持机构之间的谐振台面的长度，达到调整谐振台面固有频率，质量块选择合适的冲击作用时间，激励出与冲击试验条件拐点频率相接近的谐振板的某阶特定模态，调节谐振板的拐点频率。
优选地，所述S2中所用夹持机构和调节机构，所述夹持机构包括：
侧支架、主支架、支撑板、上活塞、下活塞和冲击台基座，所述侧支架与冲击台基座通过螺栓连接固定，所述主支架的抵接小轴和钢轮组成的滚轮，所述主支架的侧面与侧支架之间还布置有钢珠，所述小轴上设有小轴盖板；
所述调节机构包括：调节气缸，所述调节气缸包括活塞杆支架、销、活塞杆接头、活塞杆、活塞盖板一、活塞、缸筒和活塞盖板二，所述谐振台面上设有谐振台面挡块。
优选地，所述上活塞和下活塞连通有油腔，油腔内通入有液压油。
优选地，所述上活塞和下活塞周向开设密封槽，并安装密封圈。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本申请中按照冲击响应谱试验条件中的拐点频率，计算出谐振板对应的长度要求，而后对夹持机构液压活塞泄压，通过调节气缸改变两个夹持机构之间的谐振板的长度，调整到位后，夹持机构液压活塞加压，完成对谐振板的约束，这一过程中，由液压夹持取代螺接约束，由气动调节取代手动调节，可以极大地提高设备调试效率。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的调节机构结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的夹持机构结构示意图；
图例说明：
1、活塞杆支架；2、销；3、活塞杆接头；4、活塞杆；5、活塞盖板一；6、活塞；7、缸筒；8、活塞盖板二；9、谐振台面；10、谐振台面挡块；11、侧支架；12、主支架；13、支撑板；14、上活塞；15、下活塞；16、小轴；17、钢轮；18、小轴盖板；19、钢珠；20、冲击台基座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法，包括以下步骤：
S1.谐振台面9的长度确定：垂直向冲击响应谱模拟设备采用矩形板作为谐振台面9，质量块撞击谐振台面9时产生复杂的震荡衰减波形，从而模拟冲击响应谱，通过改变矩形板的尺寸、材料参数和边界约束条件，将矩形板的某阶主要模态频率调整到与拐点频率相接近，并通过质量块的冲击作用激励出矩形板此阶模态振型，从而使冲击响应曲线达到试验条件所要求的拐点频率；
根据弹性体振动理论可知，当矩形板其中一组对边简支，另一组对边自由时，此时矩形板相当于两端简支梁，考虑材料的泊松比时，其各阶固有频率计算公式为：
Figure BDA0003374744000000051
t:矩形板厚度，m；
l:梁的长度，m；
e:材料的弹性模量，Pa；
ρ：材料密度，kg/m3；
μ：材料的泊松比，常数；
fi:矩形板的第i阶模态频率，Hz；
冲击响应谱试验条件中的拐点频率代入到两端简支梁的固有频率计算公式中，可以得到矩形板某阶主要模态下对应的长度值；
S2.谐振台面9拐点频率的快速调节：依据S1中确定的谐振台面9的长度要求，为谐振台面9设计了一套可快速调节夹持跨度的机构，长度固定的谐振台面9，通过夹持机构对谐振台面9的不同位置施加边界约束，从而实现谐振台面9拐点频率的快速调节；
谐振台面9两端各设有一套夹持机构，夹持机构采用多组液压活塞6，对谐振台面9施加夹持约束，实现两端简支，夹持机构中间设置有一个调节气缸，调节气缸的缸体与夹持机构固定，调节气缸的活塞杆4与安装支架固定，夹持机构的活塞6泄压，活塞6与谐振台面9分离，夹持机构与安装支架之间安装有滚轮和钢珠19，调整调节气缸的伸缩，气缸缸体带动夹持机构沿谐振台面9长度方向左右移动，改变两套夹持机构之间的谐振台面9的长度，达到调整谐振台面9固有频率，质量块选择合适的冲击作用时间，激励出与冲击试验条件拐点频率相接近的谐振板的某阶特定模态，调节谐振板的拐点频率。
S2中所用夹持机构和调节机构，夹持机构包括：
侧支架11、主支架12、支撑板13、上活塞14、下活塞15和冲击台基座20，侧支架11与冲击台基座20通过螺栓连接固定，主支架12的抵接小轴16和钢轮17组成的滚轮，主支架12的侧面与侧支架11之间还布置有钢珠19，小轴16上设有小轴盖板18，上活塞14和下活塞15连通有油腔，油腔内通入有液压油，上活塞14和下活塞15周向开设密封槽，并安装密封圈；
调节机构包括：调节气缸，调节气缸包括活塞杆支架1、销2、活塞杆接头3、活塞杆4、活塞盖板一5、活塞6、缸筒7和活塞盖板二8，谐振台面9上设有谐振台面挡块10。
综上所述，本实施例所提供的冲击响应谱试验条件中的拐点频率，通过公式可以计算出谐振台面9对应的长度要求，而后对夹持机构液压活塞6泄压，通过调节气缸改变两个夹持机构之间的谐振台面9的长度，调整到位后，夹持机构液压活塞6加压，完成对谐振台面9的约束。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.谐振台面(9)的长度确定：垂直向冲击响应谱模拟设备采用矩形板作为谐振台面(9)，质量块撞击谐振台面(9)时产生复杂的震荡衰减波形，从而模拟冲击响应谱，通过改变矩形板的尺寸、材料参数和边界约束条件，将矩形板的某阶主要模态频率调整到与拐点频率相接近，并通过质量块的冲击作用激励出矩形板此阶模态振型，从而使冲击响应曲线达到试验条件所要求的拐点频率；
根据弹性体振动理论可知，当矩形板其中一组对边简支，另一组对边自由时，此时矩形板相当于两端简支梁，考虑材料的泊松比时，其各阶固有频率计算公式为：
Figure FDA0003374743990000011
t:矩形板厚度，m；
l:梁的长度，m；
e:材料的弹性模量，Pa；
ρ：材料密度，kg/m3；
μ：材料的泊松比，常数；
fi:矩形板的第i阶模态频率，Hz；
冲击响应谱试验条件中的拐点频率代入到两端简支梁的固有频率计算公式中，可以得到矩形板某阶主要模态下对应的长度值；
S2.谐振台面(9)拐点频率的快速调节：依据S1中确定的谐振台面(9)的长度要求，为谐振台面(9)设计了一套可快速调节夹持跨度的机构，长度固定的谐振台面(9)，通过夹持机构对谐振台面(9)的不同位置施加边界约束，从而实现谐振台面(9)拐点频率的快速调节；
谐振台面(9)两端各设有一套夹持机构，夹持机构采用多组液压活塞(6)，对谐振台面(9)施加夹持约束，实现两端简支，夹持机构中间设置有一个调节气缸，调节气缸的缸体与夹持机构固定，调节气缸的活塞杆(4)与安装支架固定，夹持机构的活塞(6)泄压，活塞(6)与谐振台面(9)分离，夹持机构与安装支架之间安装有滚轮和钢珠(19)，调整调节气缸的伸缩，气缸缸体带动夹持机构沿谐振台面(9)长度方向左右移动，改变两套夹持机构之间的谐振台面(9)的长度，达到调整谐振台面(9)固有频率，质量块选择合适的冲击作用时间，激励出与冲击试验条件拐点频率相接近的谐振板的某阶特定模态，调节谐振板的拐点频率。
2.根据权利要求1所述的一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法，其特征在于，所述S2中所用夹持机构和调节机构，所述夹持机构包括：
侧支架(11)、主支架(12)、支撑板(13)、上活塞(14)、下活塞(15)和冲击台基座(20)，所述侧支架(11)与冲击台基座(20)通过螺栓连接固定，所述主支架(12)的抵接小轴(16)和钢轮(17)组成的滚轮，所述主支架(12)的侧面与侧支架(11)之间还布置有钢珠(19)，所述小轴(16)上设有小轴盖板(18)；
所述调节机构包括：调节气缸，所述调节气缸包括活塞杆支架(1)、销(2)、活塞杆接头(3)、活塞杆(4)、活塞盖板一(5)、活塞(6)、缸筒(7)和活塞盖板二(8)，所述谐振台面(9)上设有谐振台面挡块(10)。
3.根据权利要求2所述的一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法，其特征在于，所述上活塞(14)和下活塞(15)连通有油腔，油腔内通入有液压油。
4.根据权利要求3所述的一种垂直冲击响应谱谐振台面拐点频率的快速调节方法，其特征在于，所述上活塞(14)和下活塞(15)周向开设密封槽，并安装密封圈。
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