冲击响应谱校准技术的研究 厉巍 陈永久 朱永晓 （贵州航天计量测试技术研究所，贵州 贵阳550009） 摘要：冲击响应谱试验已经成为大多数航天产品必做的力学环境试验项目之一，传统的冲击试验缺乏对冲击环境模拟的真实性，本文介绍了冲击响应谱的原理和冲击响应谱试验设备；用labVIEW 为平台，编写了冲击响应谱校准软件，为冲击响应谱试验机的校准与数据分析提供了通用性较好的校准分析方法，并基于PXI 系统设计了冲击响应谱校准装置。 关键词：航天产品LabVIEW 冲击响应谱 校准 PXI 系统 0引言 冲击响应谱试验机是用于完成冲击响应谱试验的环境试验设备，冲击响应谱是对产品实施抗冲击设计的分析基础，也是生产中冲击环境模拟试验的基本参数，在航空、航天重点型号科研生产及有关重大科技专项中，冲击响应谱试验已经成为必做的环境试验之一。产品在实际应用过程中受力情况复杂，其中，冲击激励会使设备激起强迫振动和固有频率响应，使产品性能和结构强度受到不同程度的损害甚至失效。航空、航天、电子等行业产品在生产、运输等过程中存在着各种冲击，而这对产品的质量和可靠性有着很大的负面影响。为了解决这一问题，在此基础上产生并发展起了冲击试验。近年来，随着对环境试验的认识不断提高，对冲击环境的模拟也提出了更高的要求，冲击响应谱试验也来越被关注。 1 冲击响应谱原理 冲击信号与一般的振动信号在许多方面具有不同的特性，工程中研究冲击信号的目的并不是研究冲击波形本身，而是更加注重冲击作用于系统的效果，或者说是研究冲击运动对系统的损伤势。不论用冲击的时间历程还是用频谱都难以描述冲击的损伤势，因此必须使用能够衡量冲击效果的冲击响应谱。 冲击响应谱系指一单自由度质量弹簧阻尼系统，当公共基础受到冲击激励时产生的响应峰值作为单自由度系统固有频率的函数绘出的图，其物理模型如图1所示。 图1 冲击响应谱的物理模型 数学模型可归结为如下微分方程的解： 式中，u x -=δ；
反应谱是在给定的地震加速度作用期间内，单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力和变形。更直观的定义为：一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系，在某一地震动时程作用下的最大反应，为该地震动的反应谱。 反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型和阻尼)所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静 力理论的形式。地震时结构所受的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为: FEK= αG 其中α为地震影响系数，即单质点弹性体系在地震时最大反应加速度。另一方面地震影响系数也可视为作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 目前，反应谱分析法比较成熟，一些主要国家的抗震规范均将它作为基本设计方法。不过，它主要适合用于规则结构。对于不规则结构以及高层建筑，各国规范多要求采用时程分析法进行补充计算。 地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析，它首先使用动力法计算质点地震响应，并使用统计的方法形成反应谱曲线，然后使用静力法进行结构分析。但它并不是结构真实的动力响应分析，只是对于结构动力响应最大值进行估算的近似方法，在线弹性范围内，反应谱分析法被认为是高效而且合理的方法。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。基于不同周期结构相应峰值的大小，我们可以绘制结构速度及加速度的反应谱曲线。一般情况下，随着周期的延长，位移反应谱为上升曲线，速度反应谱为平直曲线，加速度反应谱为下降曲线，目前结构设计主要依据加速度反应谱。 加速度反应谱在短周期部分为快速上升曲线，并且在结构周期与场地特征周期接近时出现峰值，后面更大范围为逐渐下降阶段。峰值出现的时间与对应的结构周期和场地特征周期有关。一般来说结构自振周期的延长，地震作用将减小。当结构自振周期接近场地特征周期时，地震作用最大。 反应谱分析方法需要先求解一个方向地震作用响应，再基于三个正交方向的分量考虑结构总响应，即基于振型组合求解一个方向的地震响应，再基于方向组合求解结构总响应。 振型组合方法有SRSS法，CQC法。 1.SRSS法 SRSS法是平方和平方根法，这种方法假定所有最大模态值在统计上都是相互独立的，通过求各参与阵型的平方和平方根来进行组合。该法不考虑各振型间的藕联作用，实际上结构模态都是相互关联的，不可避免的存在藕联效应，对那些相邻周期几乎相等的结构，或者不规则结构不适用此法。《抗规》GB50011-2010规定的SRSS法为如下所示：
I C S17.160 J04 中华人民共和国国家标准 G B/T29716.4 2018/I S O18431-4:2007 机械振动与冲击信号处理 第4部分:冲击响应谱分析 M e c h a n i c a l v i b r a t i o na n d s h o c k S i g n a l p r o c e s s i n g P a r t4:S h o c k-r e s p o n s e s p e c t r u ma n a l y s i s (I S O18431-4:2007,I D T) 2018-03-15发布2018-10-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
目 次 前言Ⅲ 引言Ⅳ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 符号和缩略语1 5 冲击响应谱基本原理2 6 冲击响应谱的计算5 7 采样频率的影响9 参考文献12
前言 G B/T29716‘机械振动与冲击信号处理“由以下部分组成: 第1部分:引论; 第2部分:傅立叶变换的时域窗; 第3部分:时频分析方法; 第4部分:冲击响应谱分析; 第5部分:时基分析方法三 本部分为G B/T29716的第4部分三 本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本部分使用翻译法等同采用I S O18431-4:2007‘机械振动与冲击信号处理第4部分:冲击响应谱分析“三 与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下: G B/T2298 2010机械振动二冲击与状态监测词汇(I S O2041:2009,I D T)三 本部分由全国机械振动二冲击与状态监测标准化技术委员会(S A C/T C53)提出并归口三 本部分起草单位:西北机电工程研究所二杭州亿恒科技有限公司二中国测试技术研究院二交通运输部公路科学研究所二孝感松林国际计测器有限公司二湖北省电力公司电力科学研究院二中船重工第七一一研究所三 本部分主要起草人:李超位二焦明纲二顾国富二王宝元二洪丽娜二赵玉刚三
抗震设计中反应谱的应用 一．什么是反应谱理论 在房屋工程抗震研究中，反应谱是重要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。它的书面定义是“在给定的地震加速度作用期间内，单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力和变形”，反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性（自 振周期、振型和阻尼）所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。地震时结构 所受的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为： FEK = kβ(T)G 式中，k为地震系数，β(T)则是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a的比值，它表示地震 时结构振动加速度的放大倍数。 β(T)=Sa(T)/a 反应谱理论建立在以下基本假定的基础上：1)结构的地震反应是线弹性的，可以采用叠加原理进行振型组合；2)结构物所有支承处的地震动完全相同：3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应：4)地震动的过程是平稳随机过程。 二．实际房屋抗震设计中的应用 为了进行建筑结构的抗震设计，必须首先求得地震作用下建筑结构各构件的内力。一般而言，求解建筑结构在地震作用下构件内力的方法主要有两种，一种是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算，这种方法比较费时费力，其精确度取决于动力学模型的准确性和所选取地震波是否适当，并且对于工程技术人员来说，这种方法不易掌握；第二种方法是根据地震作用下建筑结构的加速度反映，求出该结构体系的惯性力，将此惯性力作为一种反映地震影响的等效力，即地震作用，然后进行抗震计算，抗震规范实际上采用了第二种方法，即地震作用反应谱法。实践也证明此方法更适合工程技术人员采用。 由于目前抗震规范中的地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得的反应谱，因此当结构某些部位发生非线性变形时，抗震规范中的反应谱就不能适用，而应采用弹塑性反应谱来进行计算。因此选用合适的弹塑性反应谱并提出适当的地震作用计算方法在我国抗震设计中具有重要的现实意义。弹塑性反应谱种类繁多，主要包括等延性强度需求谱和等强度延性需求谱，其实质是确定强度折减系数R，延性系数μ，以及结构周期T之间的关系。下面就普通房屋设计中的弹塑性反应谱设计来举例说明。 反应谱是指单自由度体系对于某地面运动加速度的最大反应与体系的自振特性(自振周期和阻尼比)之间的函数关系。抗震规范中所采用的弹性反应谱如图1所示?，它是在计算了大量地面运 动加速度的基础上，确定地震影响系数α与特征周期T之间关系的曲线
冲击响应谱 1简介 冲击响应谱通常简称“冲击谱”，它是工程中广泛应用的一个重要概念。国家电工委员会（IEC）、国家标准化组织(ISO)所属的技术委员会以及我国的国家标准，都已经把冲击谱作为规定冲击环境的方法之一。因此，冲击谱是对设备实施抗冲击设计的分析基础，也是控制产品冲击环境模拟实验的基本参数。 2冲击谱详解 所谓冲击谱，是将冲击源施加于一系列线性、单自由度质量-弹簧系统时，将各单自由度系统的响应运动中的最大响应值，作为对应于系统固有频率的函数而绘制的曲线，即称为冲击谱。由定义可知，冲击谱是单自由度系统受冲击作用后所产生的响应运动在频域中的特性描述。它不同于冲击源的傅里叶频谱，其区别在于：傅里叶频谱仅仅研究冲击源本身在频域中的能量分布属性，只是冲击源函数在频域中的展开，它不涉及任何一个要研究的机械系统的响应。虽然冲击频谱与傅里叶频谱两者都是频率的函数，但有着明显的区别。 换言之，冲击谱是一系列固有频率不同的单自由度线性系统受同一冲击激励响应的总结果。产品受冲击作用，其冲击响应的最大值意味着产品出现最大应力，即试验样品有最大的变形。因此，冲击响应的最大加速度Amax与产品受冲击作用造成的损伤及故障产生的原因直接相关，由此引出了最大冲击响应谱。 3最大冲击响应谱又可以作如下细分 1.正初始冲击响应谱（+I）是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值。Amax(+I)与相应系统的固有频率fn的关系曲线。 2.正残余冲击响应谱（+R）是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值Amax（+R）与相应系统的固有频率fn的关系曲线。 3.负初始冲击响应谱（-I）是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax（-I）与相应的系统固有频率fn的关系曲线。 4.负残余冲击响应谱(-R)是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax（-R）与相应的系统固有频率fn的关系曲线。 冲击响应谱反映的是环境特性，根据分析冲击响应谱，可以为设计产品的抗冲击能力提供依据。要获取冲击响应谱，首先要采集环境冲击的时域信号，然后再通过软件进行分析，获取冲击响应谱。国内外都有相应的系统可以完成这个工作。比如国内的INTEST（英泰斯特）,提供了冲击加速度时域采集、频域分析、冲击响应谱分析等多种功能，还可以在软件中生成标准脉冲的、归一化后的冲击响应谱，为工程应用提供最直接的解决方案。 4冲击响应谱技术参数 冲击响应谱试验机是用来衡量冲击运动对电工电子产品作用力的大小，考核试品在冲击环境下功能的适应性和结构完好性。 产品特点： 摆锤式结构。 plc控制预设能量自动冲击无二次冲击。 冲击能量无级可调。 计算机测量同时采集时域、频域冲击波形 结合式程序调节器，低频能量调节方便。
抗震设计中反应谱的应用 一．什么就是反应谱理论 在房屋工程抗震研究中,反应谱就是重要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。它的书面定义就是“在给定的地震加速度作用期间内,单质点体系的最大位移反应、速度反应与加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力与变形”,反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型与阻尼)所产生的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。地震时结构所受的最大水平基底剪力,即总水平地震作用为: FEK = kβ(T)G 式中,k为地震系数,β(T)则就是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a的比值,它表示地震时结构振动加速度的放大倍数。 β(T)=Sa(T)/a 反应谱理论建立在以下基本假定的基础上:1)结构的地震反应就是线弹性的,可以采用叠加原理进行振型组合;2)结构物所有支承处的地震动完全相同:3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应:4)地震动的过程就是平稳随机过程。 二．实际房屋抗震设计中的应用 为了进行建筑结构的抗震设计,必须首先求得地震作用下建筑结构各构件的内力。一般而言,求解建筑结构在地震作用下构件内力的方法主要有两种,一种就是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算,这种方法比较费时费力,其精确度取决于动力学模型的准确性与所选取地震波就是否适当,并且对于工程技术人员来说,这种方法不易掌握;第二种方法就是根据地震作用下建筑结构的加速度反映,求出该结构体系的惯性力,将此惯性力作为一种反映地震影响的等效力,即地震作用,然后进行抗震计算,抗震规范实际上采用了第二种方法,即地震作用反应谱法。实践也证明此方法更适合工程技术人员采用。 由于目前抗震规范中的地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得的反应谱,因此当结构某些部位发生非线性变形时,抗震规范中的反应谱就不能适用,而应采用弹塑性反应谱来进行计算。因此选用合适的弹塑性反应谱并提出适当的地震作用计算方法在我国抗震设计中具有重要的现实意义。弹塑性反应谱种类繁多,主要包括等延性强度需求谱与等强度延性需求谱,其实质就是确定强度折减系数R,延性系数,以及结构周期T之间的关系。下面就普通房屋设计中的弹塑性反应谱设计来举例说明。 反应谱就是指单自由度体系对于某地面运动加速度的最大反应与体系的自振特性(自振周期与阻尼比)之间的函数关系。抗震规范中所采用的弹性反应谱如图1所示? ,它就是在计算了大量地面运动加速度的基础上,确定地震影响系数与特征周期T之间关系的曲线
第３３卷第２６期?１０６?２００７年９月山西建筑 ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｄ３３Ｎｏ．２６ Ｓｅｐ．２００７ 文章编号：１００９—６８２５｛２００７）２６—０１０６—０３ 反应谱理论与人工模拟地震波技术简介 邱玉国王玉富 摘要：介绍了反应谱理论的发展历程和国内外研究现状，分析了研究问题的思路，指出了利用反应谱理论来解决实际工程时遇到的问题，并简单介绍了国外对人工模拟地震波技术的应用和研究，为抗震理论提供了参考依据。 关键词：反应谱理论，地震波，随机振动，非弹性地震波 中图分类号：ＴＵ３５２文献标识码：Ａ １概述 反应谱理论是建筑结构抗震设计的重要理论基础之一。从２０世纪５０年代开始，反应谱理论逐渐成为结构抗震设计的重要方法，经过５０多年的发展，目前这种方法已经为世界上大多数国家的设计规范所采用。但是，由于地震产生机理和作用效果的复杂性，采用反应谱理论进行分析和设计与工程实践还存在很多与实际不相符合之处。此外，对于反应地震重要特性的时间问题，反应谱法也无能为力。 人工模拟地震波技术是近年来才发展起来的一项新的结构抗震设计的技术手段，目前主要用于计算机模拟和特别重要结构模型的振动台试验。它能够通过模拟地震波的特性来用于对结构进行时程分析，是～种新兴的、具有革命性意义的试验手段。 图２数值模拟结果２．３计算结果分析 通过数值模拟和试验得到瓦斯管承载力等数值如表２所示。 表２数值模拟和试验结果 Ｉ研究方法承载力仆但ａ最大应变／％最大剪应力／ＳＰａＩ数值模拟７．１４Ｏ．０８４２１６０室内试验６．６２０．０９６４ ３结语 通过对丁集煤矿瓦斯管材质和整体抗外压的试验研究以及数值模拟分析，可以获得如下重要结论： １）通过对管材材质的试验研究表明：工作管材质采用Ｑ３４５，尺寸为柘３０ｒｆｌｌＴｌ×１４ｉｎｌｎ，能够满足强度和稳定性要求。 ２）瓦斯管整体抗外压试验结果表明：工作管抗外压承载力为６，６２ＭＰａ；通过大变形有限元数值计算，采用变形稳定性控制其承载力，结果为７．１４ＭＰａ，两者数值十分接近，说明用文中方法模拟大直径瓦斯管的承载力是可行的。 参考文献： ［１］李正来．瓦斯抽排钻孔定向技术的改进［Ｊ］．安徽科技，２００６（３）：４９—５０． ［２］汪东生．瓦斯抽排技术治理本煤层采空区瓦斯涌出的实践［Ｊ］．煤矿安全，２００６（１）：１３—１５． ［３］张敦伍，任胜杰．瓦斯抽排钻孔防偏斜实践［Ｊ］．矿业安全与环保，２００５（８）：６７—６８． ［４］刘克功，范再良，赵新华．采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯超限［Ｊ］．煤，１９９８（２）：４８—５０． Ｓｔｕｄｙｉｎｇｏｎｒａｄｉａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｐｉｐｅｉｎｍｉｎｅ ＴＯＮＧＷｅｎ－ｌｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｖａｌｕｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅＤｉｎｇｉｉｃｏａｌｍｉｎｅｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅｕｎｄｅｒｍｅｃｈａｎｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒ—ｉｓｔｉｅ．Ｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄ：ｔｈｅｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌｉｎｅｎｃｉｒｃｌｅｓｐｒｅｓｓｅｓｓｈａｐｅ，ｉｔｓｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｒｅａｃｈｅｓ３．０，ｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｔｈｅｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｐｍｖｉｄｅｓｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｇａｓｔｕｂｅ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｌａｂ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｌ 收稿日期：２００７．０４．０６ 作者简介：邱玉国（１９７３。），男，工程师，辽宁工程技术大学软件学院，辽宁阜新１２３０００ 王玉富（１９７０．），男，工程师，中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁辽阳１１１０００
从传统的观点来看，底部剪力法，反应谱法和时程分析法是三大最常用的结构地震响应分析方法。那么正确的认识它们的一些关键概念，对于建筑结构的抗震设计具有非常重要的意义。HiStruct在此简单的总结一些，全当抛砖引玉。 1. 底部剪力法 高规规定：高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。底部剪力法适用于基本振型主导的规则和高宽比很小的结构，此时结构的高阶振型对于结构剪力的影响有限，而对于倾覆弯矩则几乎没有什么影响，因此采用简化的方式也可满足工程设计精度的要求。底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念，简化的估算建筑结构的地震响应，从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力，它还是很有用的。 2. 反应谱方法 高规规定：高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。反应谱的振型分解组合法常用的有两种：SRSS和CQC。虽然说反应谱法是将并非同一时刻发生的地震峰值响应做组合，仅作为一个随机振动理论意义上的精确，但是从实际上它对于结构峰值响应的捕捉效果还是很不错的。一般而言，对于那些对结构反应起重要作用的振型所对应频率稀疏的结构，并且地震此时长，阻尼不太小（工程上一般都可以满足）时，SRSS是精确的，频率稀疏表面上的反应就是结构的振型周期拉的比较开；而对于那些结构反应起重要作用的振型所对应的频率密集的结果(高振型的影响较大，或者考虑扭转振型的条件下)，CQC是精确的。这是因为对于建筑工程上常用的阻尼而言，振型相关系数（见高规3.3.11-6）在很窄的范围内才有显著的数值。 3.反应谱分析的精确性 对于采用平均意义上的光滑反应谱进行分析而言，其峰值估计与相应的时程分析的平均值相比误差很小，一般只有百分之几，因此可以很好的满足工程精度的要求，正是在这个平均（普遍性）意义上，我们认为反应谱分析方法是精确的。但是对于单个锯齿形的反应谱而言，其分析结果与单个波的时程分析，误差可以达到10-30%之间，因此在个别（特殊性）意义上而言，反应谱分析结果是有误差的，因此，规范规定对于复杂的或者高层建筑需要采用时程分析进行补充计算和验证。 4.反应谱分析与时程分析对于高阶振型计算的不同之处 一般反应谱的高频段是采用平台段来表达的，实际上对于高阶振型反应不显著的结构而言，反应谱适用性很好，也足够准确。但是对于高柔结构而言，一般高阶振型的影响比较显著，采用时程分析的时候，等于其高频段的峰值并未被人为削成平台段，因此采用时程分析的时候此频段的地震响应可能很大，一般表现为高层建筑的顶部或者对其他结构对高阶振型影响显著部位，其地震响应峰值比反应谱分析结果要大（但是总体的剪力和弯矩差别则没这么明显）。 5.时程分析 理论上时程分析是最准确的结构地震响应分析方法，但是由于其分析的复杂性，且地震波的随机性，因此一般只是把它作为反应谱的验证方法而不是直接的设计方法使用。高规规定：3 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算：
disp(' ') disp(' srs.m ver 2.0 July 3, 2006') disp(' by Tom Irvine Email: tomirvine@https://www.doczj.com/doc/664313052.html,') disp(' ') disp(' This program calculates the shock response spectrum') disp(' of an acceleration time history, which is pre-loaded into Matlab.') disp(' The time history must have two columns: time(sec) & acceleration') disp(' ') % clear t; clear y; clear yy; clear n; clear fn; clear a1; clear a2 clear b1; clear b2; clear jnum; clear THM; clear resp; clear x_pos; clear x_neg; % iunit=input(' Enter acceleration unit: 1= G 2= m/sec^2 '); % disp(' ') disp(' Select file input method '); disp(' 1=external ASCII file '); disp(' 2=file preloaded into Matlab '); file_choice = input(''); % if(file_choice==1) [filename, pathname] = uigetfile('*.*'); filename = fullfile(pathname, filename); % fid = fopen(filename,'r'); THM = fscanf(fid,'%g %g',[2 inf]); THM=THM'; else THM = input(' Enter the matrix name: '); end % t=double(THM(:,1));
抗震设计中反应谱的应用 一.什么是反应谱理论 在房屋工程抗震研究中，反应谱是朿要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。它的书 面定义是“在给定的地震加速度作用期间内，单质点体系的最大位移反应、速度反应利加速度反应随 质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用I、?结构的内力和变形”，反应谱理论占虑了结构动 力特性与地震动特性z间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力持性（n 掠周期、振型和阻尼）所 产生的共振效应，但人计算公式仍保留了早期静力理论的形式。地虑时结构所受的最大水平基底剪 力，即总水平地震作用为： FEK 二kp（T）G 式中,k为地震系数,B（T）则是加速度反应谱Sa仃）与地経动最大加速度a的比值，它表示地震 时结构振动加速度的放大倍数。 B（T）二Sa（T）/a 反应谱理论建立在以卜?基本假定的基础上：1）结构的地震反应是线弹性的，可以采用叠加原理进行撮型组合；2）结构物所有支承处的地震动完全柑同：3）结构物故不利地震反应为其最人地震反应：4）地震动的过程是平稳随机过程。 二.实际房屋抗震设计中的应用 为了进行建筑结构的抗震设计，必须首先求得地震作用卜?建筑结构各构件的内力。一般而言，求解建筑结构在地喪作用卜构件内力的方法主要有两种，一种是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算，这种方法比较费时费力，其精确度取决丁?动力学模型的准确性和所选取地震波是否适当，并且对于工程技术人员來说，这种方法不易掌握：第二种方法是根据地爲作用下建筑结构的加速度反映，求出该结构体系的惯性力，将此惯性力作为一种反映地農影响的等效力，即地飛作用，然后进行抗喪计算，抗焦规范实际上釆用了第二种方法，即地篦作用反应谱法。丈践也证明此方法更适合工稈技术人员采用。 由于目前抗震规范中的地窓作用反应谱仅考堪结构发生弹性变形情况下所得的反应谱，因此为结构某比部位发生非线性变形时，抗農规范中的反应谱就不能适用，而布弟用弹塑性反应谱来进行计算。因此选用合适的弹型性反应诰并提出适当的地震作用计算方法在我国抗震设计中只令巫要的现实意义。弹塑性反应谱种类繁多，主要包括等延性强度需求谱和等强度延性需求谱，其实质是确定强度折减系数R，延性系数卩，以及结构周期T之间的关系。下面就普通房屋设计中的弹塑性反应谱设计来举例说明。 反应谱是指单自由度体系对于某地面运动加速度的最大反应与体系的自振特性（自振周期和阻尼比）Z间的函数关系。抗震规范中所采用的弹性反应谱如图1所示???，它是在计算了大量地而运动加速度的基础上，确定地孫影响系数a与特征周期T之间关系的曲线
【关键字】技术 冲击响应谱校准技术的研究 厉巍陈永久朱永晓 （贵州航天计量测试技术研究所，贵州贵阳550009） 摘要：冲击响应谱试验已经成为大多数航天产品必做的力学环境试验项目之一，传统的冲击试验缺乏对冲击环境模拟的真实性，本文介绍了冲击响应谱的原理和冲击响应谱试验设备；用labVIEW为平台，编写了冲击响应谱校准软件，为冲击响应谱试验机的校准与数据分析提供了通用性较好的校准分析方法，并基于PXI系统设计了冲击响应谱校准装置。 关键词：航天产品LabVIEW 冲击响应谱校准PXI系统 0引言 冲击响应谱试验机是用于完成冲击响应谱试验的环境试验设备，冲击响应谱是对产品实施抗冲击设计的分析基础，也是生产中冲击环境模拟试验的基本参数，在航空、航天重点型号科研生产及有关重大科技专项中，冲击响应谱试验已经成为必做的环境试验之一。产品在实际应用过程中受力情况复杂，其中，冲击激励会使设备激起强迫振动和固有频率响应，使产品性能和结构强度受到不同程度的损害甚至失效。航空、航天、电子等行业产品在生产、运输等过程中存在着各种冲击，而这对产品的质量和可靠性有着很大的负面影响。为了解决这一问题，在此基础上产生并发展起了冲击试验。近年来，随着对环境试验的认识不断提高，对冲击环境的模拟也提出了更高的要求，冲击响应谱试验也来越被关注。 1 冲击响应谱原理 冲击信号与一般的振动信号在许多方面具有不同的特性，工程中研究冲击信号的目的并不是研究冲击波形本身，而是更加注重冲击作用于系统的效果，或者说是研究冲击运动对系统的损伤势。不论用冲击的时间历程还是用频谱都难以描述冲击的损伤势，因此必须使用能够衡量冲击效果的冲击响应谱。 冲击响应谱系指一单自由度质量弹簧阻尼系统，当公共基础受到冲击激励时产生的响应峰值作为单自由度系统固有频率的函数绘出的图，其物理模型如图1所示。 图1 冲击响应谱的物理模型 数学模型可归结为如下微分方程的解： 式中，； ； 2 冲击响应谱试验设备
冲击响应谱(SRS)是一个瞬态加速度脉冲可能对结构造成破坏的图示。它绘制了一组单自由度(SDOF)弹簧的峰值加速度响应，就像在刚性无质量的基础上一样,质量阻尼器系统都经历相同的基本激励。每个SDOF系统具有不同的固有频率;它们都有相同的粘滞阻尼因子。频谱的结果是在固有频率(水平方向)上绘制峰值加速度(垂直)得出的。一个SRS是由一个冲击波产生，使用以下过程: 指定SRS的阻尼比(5%是最常见的)、使用数字滤波器模拟频率单自由度、fn和阻尼ξ。应用瞬态作为输入，计算响应加速度波形。保留在脉冲持续时间和之后的峰值正负响应。选择其中一个极值，并将其绘制成fn的频谱振幅。对每个(对数间隔)fn重复这些步骤。 由此产生的峰值加速度与弹簧-质量阻尼系统固有频率的曲线称为冲击响应谱，简称SRS。一个SDOF机械系统由以下组件组成: ①质量,米 ②弹簧,K ③阻尼器,C Fn,固有频率和临界阻尼因子,ξ,描述一个应用系统,可以从上面的参数计算。对于小于或等于0.05的小阻尼比，频率响应的峰值发生在fn的邻近区域，其中
Q为质量因子，等于1/(2ξ)。 任何瞬态波形都可以作为SRS呈现，但这种关系不是唯一的;许多不同的瞬态波形可以产生相同的SRS。SRS不包含所有关于瞬态波形的信息，因为它只跟踪峰值瞬时加速度。 不同的阻尼比为相同的冲击波形产生不同的SRS。零阻尼会产生最大的响应，而高阻尼则会产生较平的SRS。阻尼比与质量因子Q有关，在正弦振动的情况下也可以被认为是传递率。阻尼比为5%（ξ=0.05）时，Q值为10。如果没有指定阻尼因子(或Q)，则SRS图是不完整的。 ★SRS箱的频率间隔 一个SRS由多个在对数频率范围内均匀分布的箱组成。频率分布可以由两个数字来定义:一个参考频率和期望的分数倍频间隔，如1/1、1/3或1/6。(倍频程是频率的两倍)例如，250hz和500hz的频率相差一个倍频程， 1 kHz和2 kHz的频率也是一样。 比例带宽显示对于分析各种自然系统，如人类对噪声和振动的反应，是非常有用的。许多机械系统表现出的特征非常适合以比例带宽分析。 为了获得更好的频率分辨率，频率范围可以以倍频程的一部分划分比例间隔。例如，有1/3倍频间隔，每个倍频程有3个SDOF滤波器。一般来说，对于1/N个分数倍频程，每个倍频程有N个带通滤波器。这里1/N称为分数倍
冲击响应谱（SRS）用于描述瞬态和冲击波形对单自由度（DOF）机械系统的影响。根据时间波形计算的SRS可用于预测该波形对更复杂的多自由度结构的影响。有时，需要生成特定的SRS波形。SRS合成模块根据用户定义的SRS 目标谱生成短暂的瞬态时间波形。 SRS合成基础 冲击响应谱合成的目的是生成满足冲击响应谱（SRS）域中定义的所需响应谱（RRS）标准的时域波形。单个正弦波就产生具有一个尖峰的SRS。为了生成由测试目标谱定义的任意SRS形状的信号，可以将多个正弦波组合成一个复合波形。 SRS合成使用一系列的正弦波(称为小波)来生成时间波形。从波形中生成SRS并不是一个线性过程，而且有许多具有相同SRS的时间波形。没有直接的方法计算来自SRS的时间信号。SRS合成算法采用迭代的方法，将多个小波组合成一个“假想”波形，然后将得到的SRS与指定目标谱进行比较，从这个结果产生的误差，用于产生一个新的“假想”波形。重复这个过程，直到结果达到预期目标。
一旦我们有一组包含足够多频率的小波，SRS在一定程度上就是可控的。改变这些正弦波的振幅会改变SRS的形状。这是SRS合成的基本原理。为了说明合成过程，请参考下图。首先，用户需要定义一个RRS（所需的响应谱）作为目标。然后定义各SDOF滤波器共振频率对应的若干小波。可以调整这些小波的振幅，使合成波形的冲击响应谱接近RRS。 ★晶钻仪器推荐 ●手持式动态信号分析仪CoCo-80X ：可用于冲击响应谱采集 ●Spider-81 振动控制器，可以用于冲击响应谱采集与控制 ●Spider-80X 模块化动态数据采集器，可用于冲击响应谱采集与控制 杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，负责产品销售、技术支持与产品维护，是机械状态监测、振动噪声测试、动态信号分析、动态数据采集、应力应变测试等领域的供应商，提供手持一体化动态信号分析系统、
冲击响应谱 冲击响应谱通常简称“冲击谱”，它是工程中广泛应用的一个重要概念。国家电工委员会（IEC）、国家标准化组织(ISO)所属的技术委员会以及我国的国家标准，都已经把冲击谱作为规定冲击环境的方法之一。因此，冲击谱是对设备实施抗冲击设计的分析基础，也是控制产品冲击环境模拟实验的基本参数。 所谓冲击谱，是将冲击源施加于一系列线性、单自由度质量-弹簧系统时，将各单自由度系统的响应运动中的最大响应值，作为对应于系统固有频率的函数而绘制的曲线，即称为冲击谱。由定义可知，冲击谱是单自由度系统受冲击作用后所产生的响应运动在频域中的特性描述。它不同于冲击源的傅里叶频谱，其区别在于：傅里叶频谱仅仅研究冲击源本身在频域中的能量分布属性，只是冲击源函数在频域中的展开，它不涉及任何一个要研究的机械系统的响应。虽然冲击频谱与傅里叶频谱两者都是频率的函数，但有着明显的区别。 换言之，冲击谱是一系列固有频率不同的单自由度线性系统受同一冲击激励响应的总结果。产品受冲击作用，其冲击响应的最大值意味着产品出现最大应力，即试验样品有最大的变形。因此，冲击响应的最大加速度Amax与产品受冲击作用造成的损伤及故障产生的原因直接相关，由此引出了最大冲击响应谱。 最大冲击响应谱又可以作如下细分： 1.正初始冲击响应谱（+I）是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值。Amax(+I)与相应系统的固有频率fn的关系曲线。 2.正残余冲击响应谱（+R）是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激单自由度系统与激励脉冲同方向上出现的最大响应值Amax（+R）与相应系统的固有频率fn 的关系曲线。 3.负初始冲击响应谱（-I）是指激励脉冲持续时间内，一系列被激励单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax（-I）与相应的系统固有频率fn的关系曲线。 4.负残余冲击响应谱(-R)是指激励脉冲持续时间结束后，一系列被激单自由度系统与激励脉冲反方向上出现的最大值Amax（-R）与相应的系统固有频率fn的关系曲线。 冲击响应谱反映的是环境特性，根据分析冲击响应谱，可以为设计产品的抗冲击能力提供依据。要获取冲击响应谱，首先要采集环境冲击的时域信号，然后再通过软件进行分析，获取冲击响应谱。国内外都有相应的系统可以完成这个工作。比如国内的INTEST（英泰斯特）,提供了冲击加速度时域采集、频域分析、冲击响应谱分析等多种功能，还可以在软件中生成标准脉冲的、归一化后的冲击响应谱，为工程应用提供最直接的解决方案。
冲击响应谱合成 电子电工产品环境试验 第二部分 :试验方法 试验Ei:冲击冲击响应谱合成 1 范围 GB/T2423的部分规定了合成冲击响应谱(SRS)实验.适用于需要模复杂瞬态激励的样品。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB/T2423的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不住日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。 GB/T2421—1999 电工电子产品环境试验总则(idt IEC 60068—1:1998) GB/T2423(10—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fc:振动(正弦) ( IEC 60068—2—6:1995，IDT) GB/T2423.5—1995 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ea和导则:冲击 (idt IEC 60068—2—27:1987) GB/T2423.43—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法振动、冲击和类似动态试验样品的安装(IEC 60068—2—47:1999，IDT) GB/T2423.56—2006电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fh:宽频带随机振动(数控)和导则( IEC 60068—2—64:1993，IDT) IEC60068—2—57:1999 环境试验第2部分:试验方法试验Ff:振动时间历程法
ISO 266:1997 声学优选频率 ISO 2041:1990振动和冲击词汇 3 术语和定义 在LSO2041:1990，GB/T2423.102008,GB/T2423.5—1995和GB/T2423.56—2006中给出的术语和定义，与以下定义一起使用。 3.1 -3dB带宽 -3dBbandwidth 在频率响应函数中对应于一个共振峰值的最大响应0,707倍的两点间的频带宽度。 3.2 临界阻尼 critical damping 在可能的最短时间内允许唯一系统返回其起始位置并且不产生震荡的最小粘性阻尼。 3.2 危险频率critical frequency 下列情况的频率: GB/T2423.57—2008/ IEC60068—2—81:2003 ——由于振动，样品呈现出功能失效和/或性能降低，和/或 ——机械共振和/或其他响应效应，如颤动 3.4 阻尼 damping 一般的术语解释为在一个系统中的能量耗散的许多机械作用。在实际应用 中，阻尼取决于许多参数，诸如结构类型、振型、应变、外加力、速率、材料、连接滑移等。
什么是结构反应谱分析？ 相关标签： ?反应谱 ?结构设计计算 ?结构动力分析 反应谱分析建立在振型分解反应谱理论基础上。振型分解理论将结构的地震作用响应分解为各振型分量的叠加，即对应每个振型都有一个地震作用，然后通过一定的组合方法（SRSS，CQC，ABS等）叠加各振型结构的地震响应得到最终总的结构地震响应值。 振型分解法的数学和力学的本质：首先是利用功的互等定理（贝蒂定理）得到的振型正交性质，从而将多自由度结构振动偏微分方程组解耦成若干等效单自由度体系的常微分方程组，进而得到结构位移响应的解答。 当然，对于地震作用这样的复杂问题，结构振动的偏微分方程组的精确解是难以得到的，而必须采用数值解法。常采用的数值解法有Wilson-θ法，New mark-β法等。这些数值积分方法都有对应的求解程序，结构工程师不需要很精通这些数值求解方法的具体过程，而只需要建立一些概念即可。 这里需要注意一个概念：振型分析反应谱法只适用线弹性体系。如果考虑结构的弹塑性性质，则这种方法不适用。 这是为什么呢？这就是振型正交性，由于功的互等定理建立在材料线弹性假定的基础上，故由此得到的振型正交性也仅适用于线弹性体系。这也就是为什么大震下的结构弹塑性不采用振型分解反应谱法，隔震结构也不能采用这种方法的原因。 还要注意的一个概念就是：反应谱。什么是反应谱？从概念上讲，反应谱是在特定的地震波作用下，单自由度体系的某一响应量值与自振周期的关系曲线。 这里注意两个概念，一是单自由度，二是特定的地震作用。 其实，反应谱可分为地震反应谱和设计反应谱两种，工程上用得最为广泛的是设计反应谱，是根据多条地震反应谱由统计的方法取平均或取包络并通过人为调整最终得到的，存在一些人为的调整因素。 再进一步明确一个概念，反应谱曲线与哪些因素有关？ 首先，设防烈度决定反应谱曲线地震响应的最大值；其次，设计地震分组和场地类别决定了特征周期。也许不少人对特征周期这个概念比较含糊，不知道究竟是什么。其实，我的理解，特征周期就是设计反应谱曲线下降段对应的结构周期值，很大程度上属于人为定义的概念。当特征周期取得大一些，我们会发现设计反应谱曲线对应数值一般将变大。 这就是为什么01抗震规范较89抗震规范，在特征周期上就做了调整使之增大，从而人为加大了地震作用的计算值，从某种意义上加大了结构的抗震安全储备。
disp(' ') disp(' ver July 3, 2006') disp(' by Tom Irvine Email') disp(' ') disp(' This program calculates the shock response spectrum') disp(' of an acceleration time history, which is pre-loaded into Matlab.') disp(' The time history must have two columns: time(sec) & acceleration') disp(' ') % clear t; clear y; clear yy; clear n; clear fn; clear a1; clear a2 clear b1; clear b2; clear jnum; clear THM; clear resp; clear x_pos; clear x_neg; % iunit=input(' Enter acceleration unit: 1= G 2= m/sec^2 '); % disp(' ') disp(' Select file input method '); disp(' 1=external ASCII file '); disp(' 2=file preloaded into Matlab '); file_choice = input(''); % if(file_choice==1) [filename, pathname] = uigetfile('*.*'); filename = fullfile(pathname, filename); % fid = fopen(filename,'r'); THM = fscanf(fid,'%g %g',[2 inf]); THM=THM'; else THM = input(' Enter the matrix name: '); end % t=double(THM(:,1));
抗震设计中反应谱得应用 一．什么就是反应谱理论 在房屋工程抗震研究中,反应谱就是重要得计算由结构动力特性所产生共振效应得方法、它得书面定义就是“在给定得地震加速度作用期间内,单质点体系得最大位移反应、速度反应与加速度反应随质点自振周期变化得曲线。用作计算在地震作用下结构得内力与变形",反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间得动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型与阻尼)所产生得共振效应,但其计算公式仍保留了早期静力理论得形式。地震时结构所受得最大水平基底剪力,即总水平地震作用为: FEK = ｋβ(T)Ｇ 式中,k为地震系数,β(T)则就是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a得比值,它表示地震时结构振动加速度得放大倍数。 β(T)＝Ｓa(T)/a 反应谱理论建立在以下基本假定得基础上:１)结构得地震反应就是线弹性得,可以采用叠加原理进行振型组合;2)结构物所有支承处得地震动完全相同:3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应:4)地震动得过程就是平稳随机过程。 二．实际房屋抗震设计中得应用 为了进行建筑结构得抗震设计,必须首先求得地震作用下建筑结构各构件得内力。一般而言,求解建筑结构在地震作用下构件内力得方法主要有两种,一种就是建立比较精确得动力学模型进行动力时程分析计算,这种方法比较费时费力,其精确度取决于动力学模型得准确性与所选取地震波就是否适当,并且对于工程技术人员来说,这种方法不易掌握;第二种方法就是根据地震作用下建筑结构得加速度反映,求出该结构体系得惯性力,将此惯性力作为一种反映地震影响得等效力,即地震作用,然后进行抗震计算,抗震规范实际上采用了第二种方法,即地震作用反应谱法。实践也证明此方法更适合工程技术人员采用、由于目前抗震规范中得地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得得反应谱,因此当结构某些部位发生非线性变形时,抗震规范中得反应谱就不能适用,而应采用弹塑性反应谱来进行计算。因此选用合适得弹塑性反应谱并提出适当得地震作用计算方法在我国抗震设计中具有重要得现实意义。弹塑性反应谱种类繁多,主要包括等延性强度需求谱与等强度延性需求谱,其实质就是确定强度折减系数R,延性系数,以及结构周期Ｔ之间得关系。下面就普通房屋设计中得弹塑性反应谱设计来举例说明。 反应谱就是指单自由度体系对于某地面运动加速度得最大反应与体系得自振特性(自振周期与阻尼比)之间得函数关系。抗震规范中所采用得弹性反应谱如图1所示? ,它就是在计算了大量地面运动加速度得基础上,确定地震影响系数与特征周期T之间关系得曲线