什么是冲击响应谱

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冲击响应谱 (SRS) 现在已广泛应用于许多行业，使用数据物理分析控制器使测量冲击响应谱和从中产生瞬变的过程变得更容易。然而，困难可能在于理解什么是冲击响应谱以及它怎样用于冲击测试中。

冲击响应谱概念是 Maurice Biot 博士于1932年描述地震时首次提出。它最初在60年初被用于海军，作为检测机械冲击强度的指示器。目前，它被广泛用于脉冲载荷特性的设计规范工具，如：

  · Earthquakes
  · Drop impact
  · Launch forces
  · Stage  separation  forces
  · Pyrotechnic events

对冲击响应谱有一个常见的误解就是认为它是频域信号。事实上，冲击响应谱实际是计算一个单自由度系统的峰值时域响应。

要理解SRS，首先要看一下一个单自由度系统 (SDOF) 到瞬态输入的响应。下面这张图显示了一个由弹簧和阻尼系统支撑的单自由度系统的特征。

下列方程表示了瞬时输入和单自由度相应之间的传递性：

where：

Transmissibility = y/x = complex ratio of mass motion to base motion at frequency,fβ = f/fn = ratio of frequency,f,to natural frequency,fn = (1/2π)√(K/M)

ζ=C/(2M fn) = non-dimensional viscose damping factor (0 to 1)  j=√-1

弹簧刚度和质量的比决定了单自由度系统的固有频率。下图所示为输入到响应的传递性。共振导致共振频率附近的响应信号放大，以及上面的固有频率响应的衰减。阻尼因子影响了共振的放大量。

阻尼因子也可以表示为临界阻尼的百分比：

冲击响应谱计算的是通过创建一系列由对数间隔的倍频频率的单自由度过滤器，每个过滤器都有相同的阻尼因子。

一个单自由度系统的时域响应，是单自由度过滤器以及SRS中的峰值的计算。有几种类型的峰值响应信号可用于SRS。首先，单自由度滤波器计算的响应时间分为两个部分。在激励中的单自由度响应的部分是指初始响应，激励后的单自由度响应部分是指剩余响应。单自由度响应的初始和剩余响应中最高绝对值的积极和消极响应，可被用于不同类型的SRS测量中。单自由度响应中整体最大的绝对值是指Maxi-max。

SRS类型包括：

  · Maxi-max
  · Primary  Positive
  · Primary  Negative
  · Residual  Positive
  · Residual  Negative

下面的图表就说明了这些。

冲击响应谱是由一系列单自由度系统中，单自由度响应与各单自由度系统的固有频率创造的图形，通常是在倍频间隔处做的对数频率轴。下图说明了这一点。

SRS测量中使用的阻尼值对所有频率都是恒定的。在 pyrotechnic events 中的阻尼通常为5%临界阻尼。在地震测试中，通常使用2%临界阻尼。

由于冲击而造成的最大潜在损害是在测试品的固有频率处。单自由度模型是用来预测一个产品在固有频率处受到冲击时的响应，由于固有频率可以在测试频率范围内的任何地方，SRS计算的是单自由度响应在第n倍频程间隔频率的函数。

下面的图表显示了冲击脉冲及其冲击响应谱。请注意，当SRS峰值冲击值是40g’s的时候，冲击波形的峰值大约是17g’s 。这种SRS典型的高振幅，是由于共振引起的放大。

原文链接：
http://blog.dataphysics.com/understanding-shock-response-spectra/

来源：Data Physics网，本文由声振之家整理翻译。原题：Understanding Shock Response Spectra。