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潜艇设备冲击响应谱谱跌特性数值分析王晓欣;李笑天;马笑辉;杜国伟【摘要】[目的]设计冲击谱是舰载设备响应谱抗冲击分析的关键输入条件.为了研究大质量舰载设备安装后的谱跌特性,[方法]以潜艇为例,通过对舱段结构的有限元数值模拟,研究舰载设备在不同连接方式下冲击谱随质量及刚度变化的规律,并与目前广泛采用的国军标GJB 1060.1-91给出的冲击设计谱进行对比.[结果]结果表明:对于单自由度系统,在低频段(位移段)和高频段(加速度段),国军标给出的冲击谱更保守;在中频段(速度段),研究得到的响应谱大于国军标给出的响应谱.对于多自由度系统,依据国军标给出的方法忽略模态间的相互作用将导致计算偏于保守.此外,设备与舱段的连接方式对设备响应谱存在明显影响.[结论]研究得到的各种因素对谱跌特性的影响规律,对潜艇大型设备的抗冲击设计具有借鉴意义.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2019(014)003【总页数】7页(P31-37)【关键词】潜艇;冲击响应分析;冲击谱;谱跌【作者】王晓欣;李笑天;马笑辉;杜国伟【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学先进核能技术协同创新中心,北京100084;清华大学先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学先进核能技术协同创新中心,北京100084;清华大学先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;同方工业有限公司,北京100083;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学先进核能技术协同创新中心,北京100084;清华大学先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】U661.40 引言爆炸冲击载荷作用是导致舰载设备失效的重要因素，分析和评估设备抗冲击性能是设计中的重要环节［1］。
基于冲击响应谱的抗冲击数值计算方法因计算量小、易使用，在舰载设备设计分析中得到了广泛应用。
根据冲击响应谱(SRS )确定产品冲击脆值新概念宋宝丰(株洲工学院湖南株洲 412008)[摘要] 实践证明,缓冲设计五步法存在保守因素,尤其在确定产品冲击脆值时更为突出,最终致使包装结构为过度包装。
现提出根据实际输入激励下冲击响应谱(SRS )确定新的产品冲击脆值概念,此概念可为缓冲包装设计克服上述弊端提供一个可行方法。
关键词:冲击响应谱;缓冲包装设计;产品冲击脆值中图分类号:TB487 文献标识码:B 文章编号:1001-3563(2004)01-0016-02The N e w Concept of Determining Product Shock Fragility B asedon Shock R esponse Spectra (SRS)SON G Bao -feng(Zhuzhou Institute of Technology ,Zhuzhou 412008,China )Abstract :It was demonstrated that cushioning design 5steps method has some conservative factors ,especially when used to decide the product shock fragility and led to overpackaging at last.The new concept of product Shock fragility determined by shock response spectra (SRS )according to practical input impulses was put forward and this concept can provide an available approach to overcome the malady.K ey w ords :SRS ;Cushioning packaging design ;Product shock fragility收稿日期:2003-12-04作者简介:宋宝丰(1940-),上海人,硕士,株洲工学院教授,主要研究方向为运输包装及结构设计等。
专题讲座冲击响应谱试验技术西北工业大学航天学院吴斌2009年4月20日目录1 冲击响应谱概述 (2)1.1 引言 (2)1.2 冲击响应谱的定义 (3)1.3 冲击响应谱的特点及用途 (8)1.3.1 冲击响应谱的坐标系 (8)1.3.2 冲击响应谱特点分析 (9)1.3.3 冲击响应谱的用途 (10)1.4 冲击试验的等效损伤原则 (11)1.4.1 根据冲击响应谱进行试验确定 (11)1.4.2 等效损伤原则 (13)2 冲击响应谱的算法 (16)2.1冲击响应谱数字分析中的参数选择 (18)2.2 不同Q值间冲击响应谱的转换 (19)3 冲击试验规范 (21)4 冲击响应谱的试验方法 (24)4.1 振动台模拟 (25)4.2 机械式撞击试验装置 (26)4.2.1固定谐振频率试验装置 (27)4.2.2可调谐式试验装置 (28)4.2.3用跌落式冲击台进行冲击响应谱试验 (28)4.2.4水平摆锤式冲击响应谱试验机 (30)1 冲击响应谱概述1.1引言航空、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。
经过一百多年的发展，冲击试验技术已经相当成熟了，它也在国防、民生等行业发挥着不可替代的作用。
然而传统的冲击试验，主要是以简单脉冲产生的冲击效果来模拟实际的冲击环境，这种方法有很大的局限性，有被冲击响应谱规范试验技术所代替的趋势。
这主要表现在冲击响应谱较传统的冲击规范有如下几种合理性和优势：1)研究冲击的目的不是研究冲击波形本身，而更注重的是冲击作用于系统的效果，或者说研究冲击运动对系统的损伤势。
而用冲击的时间历程来描述损伤势不但困难，而且有时会得出错误的结论。
而冲击响应谱规范则能很好的避免这样的错误；2)传统的冲击规范严格规定脉冲的类型，而相应谱规范则对冲击脉冲的类型和产生冲击的方法不做严格要求，因此做实验的灵活性增大；3)冲击响应谱是响应等效的，对产品的作用效果也等效，因此冲击响应谱模拟比规定冲击脉冲来模拟更接近实际冲击环境；4)对于工程设计人员来说，通过冲击响应谱的分析，可以对设备各部件所承受的最大动力载荷能够有比较准确的把握，从而预测出冲击潜在的破坏；同时还能提供给工程设计人员一个比较灵活的技术，以确保试验的可重复性。
冲击响应谱与经典冲击试验等效计算方法杨博;陈立伟;冯伟;张冰【摘要】产品即使在试验室里通过了经典冲击试验环境,在实际使用环境中还有损坏.因此简单采用经典冲击作为检测条件的试验规范已经不能满足使用需求.另外,试验中,给定的波形量级与脉宽往往超出电动振动台或冲击台的性能范围,阻碍了试验的顺利进行.基于等效冲击试验原理,采用冲击响应谱(SRS)代替经典冲击.运用改进的递归数字滤波法编制经典脉冲的冲击响应谱计算程序,实现了经典冲击与冲击响应谱的等效计算.算例和试验表明,方法合理可行.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】5页(P11-15)【关键词】经典冲击;冲击响应谱;等效冲击【作者】杨博;陈立伟;冯伟;张冰【作者单位】北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462;北京强度环境研究所,北京100076;天津航天瑞莱科技有限公司,天津300462【正文语种】中文【中图分类】V216.5产品在使用过程中会受到冲击载荷的作用。
为了考核、评定产品在冲击作用下的电性能、机械性能及结构强度，进一步提高可靠性，须对产品进行冲击试验。
冲击试验一般分为经典冲击和冲击响应谱两种。
经典冲击一般有半正弦波、梯形波和锯齿波三种，实践证明,部分产品试件即使在试验室里通过了用经典冲击即半正弦、梯形波和锯齿波做的冲击试验,在野外和实际环境中还有损坏；或者在试验室里没有通过经典冲击试验环境,但在实际使用环境中却未见异常。
因此简单采用经典冲击作为检测条件的试验规范已经不能满足使用需求。
随着试验技术的发展，冲击响应谱试验规范在越来越多的被提及和使用。
目前在动力学环境试验中,用冲击响应谱试验代替经典冲击试验来模拟试验件遭受的各种冲击环境也是冲击试验技术的发展趋势，GJB 150A中明确规定只有证明测量数据在经典脉冲的容差内，才允许采用后峰锯齿脉冲与梯形脉冲，其他均以冲击响应谱作为瞬态冲击的试验标准。
冲击响应谱斜率计算公式在地震工程中，冲击响应谱是一种描述结构物在地震作用下的动态响应指标。
冲击响应谱的斜率是评估结构物对地震冲击的重要参数之一。
本文将介绍冲击响应谱斜率的计算公式，以及该公式的应用。
1. 冲击响应谱斜率的定义冲击响应谱是指结构物在地震运动激励下，其输出响应的峰值与对应地震运动输入峰值之比，对频率进行归一化得到的响应谱。
冲击响应谱斜率则是用来描述冲击响应谱在特定频率下随频率变化快慢的参数。
2. 冲击响应谱斜率计算公式冲击响应谱斜率可以通过下列公式计算得到：(公式1) Sd = (Sa2 - Sa1) / (T2 - T1)其中，Sd表示冲击响应谱的斜率，Sa1和Sa2分别表示两个不同周期（T1和T2）下的响应加速度谱。
3. 冲击响应谱斜率的应用冲击响应谱斜率的计算结果可用于以下方面：3.1. 结构物设计冲击响应谱斜率可以作为结构物设计的参考参数。
通过分析冲击响应谱斜率，可以评估结构物在不同频率下的抗震性能，进而指导结构物的设计与优化。
3.2. 抗震设防标准制定冲击响应谱斜率也是制定抗震设防标准的重要依据之一。
通过对冲击响应谱斜率的研究和分析，可以为地震地区的抗震设防标准提供科学依据，确保结构物的安全性。
3.3. 地震工程研究冲击响应谱斜率的研究对于地震工程领域的学术研究和实践具有重要意义。
通过深入研究冲击响应谱斜率的计算方法和影响因素，可以提高地震工程的计算精度和工程实践的可靠性。
4. 冲击响应谱斜率计算公式的局限性需要注意的是，冲击响应谱斜率计算公式存在一定的局限性。
由于地震活动的复杂性和地震波的不确定性，冲击响应谱斜率的计算结果可能存在一定的误差。
因此，在实际应用中，需要综合考虑其他因素，如结构物特性、地震波特征等，以更准确地评估结构物的抗震性能。
5. 结论冲击响应谱斜率是评估结构物抗震性能的重要指标之一。
准确计算冲击响应谱斜率对于结构物设计、抗震设防标准制定以及地震工程研究具有重要意义。
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，冲击五音就是一系列固有频率相同的单自由度线性系统受到同一冲击鞭策积极响应的总结果。
产品受到冲击促进作用，其冲击积极响应的最大值意味著产品发生最小形变，即为试验样品存有最小的变形。
因此，冲击积极响应的最小加速度amax与产品受到冲击促进作用导致的受损及故障产生的原因轻易有关，由此带出了最小冲击积极响应五音。
3最大冲击响应谱又可以作如下细分1.正起始冲击积极响应五音（+i）就是指鞭策脉冲持续时间内，一系列被鞭策单自由度系统与鞭策脉冲同方向上发生的最小响应值。
amax(+i)与适当系统的固有频率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.负起始冲击积极响应五音（-i）就是指鞭策脉冲持续时间内，一系列被鞭策单自由度系统与鞭策脉冲反方向上发生的最大值amax（-i）与适当的系统固有频率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(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,K③阻尼器,CFn,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。
Vol. 41, No. 2航 天 器 环 境 工 程第 41 卷第 2 期138SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING2024 年 4 月https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用陈 夜，冯彦军，郑鸣轩，顾莉莉，周徐斌（上海卫星工程研究所，上海 201109）摘要：卫星运输过程中的动力学环境存在一定的随机性与不确定性，给卫星的安全运输带来隐患。
目前工程上尚未形成通用化的卫星运输仿真方法，也未制定指导性的运输分析力学环境条件。
文章提取卫星运输过程中经常出现的2种典型斜坡形式的冲击信号，基于ABAQUS软件建立卫星与运输支撑工装的有限元模型，分别开展了瞬态响应与冲击响应谱分析。
结果表明，相比于瞬态响应分析，冲击响应谱分析节约了95%的运算量，且分析偏差在17%以内，并能够实现对响应最大情况的包络，可更好地满足工程上对仿真分析快速且准确的需求。
关键词：卫星运输；动力学环境；冲击响应；仿真分析；有限元建模中图分类号：V414.3+3文献标志码：A文章编号：1673-1379(2024)02-0138-06 DOI: 10.12126/see.2023143Application of shock response spectrum in analysis ofsatellite transportation shock responseCHEN Ye, FENG Yanjun, ZHENG Mingxuan, GU Lili, ZHOU Xubin(Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China)Abstract: The dynamics environment during satellite transportation exhibits some randomness and uncertainty, which may bring hidden troubles to the safety of satellite transportation. At present, there is neither universal satellite transportation simulation method in engineering nor guiding mechanical environmental conditions for transportation analysis. In this paper, two typical ramp shock signals that can often be caught during satellite transportation were extracted, and finite element model of satellite and its support structure for transportation was established based on ABAQUS software. The analyses of transient response and shock response spectrum (SRS) were conducted respectively. The results show that, compared with transient response analysis, SRS analysis saves 95% of the computing load with a deviation of not more than 17%, as well as implements an envelop for the maximum stress response, indicating that SRS analysis may better meet the demand of fast and accurate simulation in satellite engineering practice.Keywords: satellite transportation; dynamics environment; shock response; simulation analysis; finite element modeling收稿日期：2023-09-12；修回日期：2024-03-17基金项目：上海市科技计划项目之扬帆专项资助项目（编号：23YF1444800）引用格式：陈夜, 冯彦军, 郑鸣轩, 等. 冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用[J]. 航天器环境工程, 2024, 41(2): 138-143CHEN Y, FENG Y J, ZHENG M X, et al. Application of shock response spectrum in analysis of satellite transportation shock response[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2024, 41(2): 138-1430 引言卫星在研制周期中经历吊装、试验、运输及发射等过程，需要承受多种形式力学环境的考验。
冲击响应谱及冲击等效分析冲击响应谱及冲击等效分析是结构工程中一种常用的动力分析方法，其主要用于评估结构在地震或其他冲击载荷作用下的响应情况。
在冲击响应谱分析中，将冲击载荷根据不同频率进行分解，得到不同频率下的响应加速度，再根据加速度与频率的关系，绘制出冲击响应谱图以评估结构的强度和稳定性。
1.冲击载荷分解：将冲击载荷根据频率进行分解，得到不同频率下的冲击加速度。
2.冲击响应求解：根据结构的动力特性，结合分解得到的冲击加速度，计算结构在不同频率下的响应加速度。
3.冲击响应谱计算：根据不同频率下的响应加速度，绘制冲击响应谱图。
4.改进的冲击响应谱方法：一般情况下，冲击响应谱分析是基于结构的最大响应来进行的。
但在一些特殊情况下，最大响应并不一定发生在与冲击载荷频率一致的情况下。
因此，一种改进的冲击响应谱方法被提出，即将冲击响应谱与结构频率的频谱进行叠加，得到改进的冲击响应谱。
冲击等效分析是一种简化的冲击响应谱方法，其主要目的是将冲击响应谱转化为等效静力载荷，以简化结构的分析。
冲击等效分析主要包括以下几个步骤：1.冲击载荷的等效：根据冲击响应谱图，选择一个代表性频率，计算当频率下的冲击加速度。
2.冲击响应的等效：根据冲击加速度和几何特性，计算结构在冲击载荷作用下的等效静力载荷。
3.结构静力分析：应用等效静力载荷对结构进行静力分析，计算结构的响应。
冲击等效分析的主要优点是简化了结构动力分析的复杂度，对于简化的结构或低频地震作用下的结构具有较好的适用性。
然而，冲击等效分析也存在一定的局限性，无法准确考虑结构的动力特性和频谱特性。
综上所述，冲击响应谱及冲击等效分析是结构工程中常用的动力分析方法，通过分析冲击载荷对结构的影响，评估结构的强度和稳定性。
通过冲击响应谱分析和冲击等效分析，可以得到结构在冲击载荷作用下的响应加速度和等效静力载荷，为结构设计和抗震设计提供参考依据。
冲击响应谱及冲击等效分析一、冲击响应谱的概念和计算方法冲击响应谱是一种以频率为自变量、结构响应加速度为因变量的函数关系图表。
它描述了结构在不同频率下的响应情况，能够反映出结构的固有振动特性和受到冲击载荷后的响应程度。
冲击响应谱是对输入冲击载荷进行频率分解并与结构的频率响应进行综合，可以提供结构的最大响应加速度、速度和位移等信息，对结构的抗震性能评估和设计起到重要作用。
冲击响应谱的计算方法主要有三种：双积分法、分析方法和快速傅里叶变换（FFT）法。
双积分法是最常用的计算方法，通过对输入冲击载荷进行二次积分得到结构的响应加速度，并采用数值积分的方法得到冲击响应谱。
分析方法则是通过对结构的动力特性和传递函数进行计算，得到冲击响应谱。
FFT法则是通过对输入和输出信号进行频谱分析，直接得到结构的冲击响应谱。
二、冲击等效分析的原理和应用冲击等效分析是指将复杂的冲击载荷转化为等效的方波或冲击响应谱，从而简化结构的分析和设计。
它的原理是通过选择适当的形状、幅值和冲击时间来描述实际的冲击载荷，使得等效载荷与实际载荷的结构响应相近。
冲击等效分析可以在结构设计、抗冲击能力评估和防护设计等方面发挥作用。
冲击等效分析在结构设计中的应用主要体现在以下几个方面：1.结构动力响应分析：通过将实际冲击载荷转化为等效载荷，可以对结构进行动力响应分析，得到结构的响应特性和抗冲击能力。
2.结构振动控制设计：通过对结构的冲击响应谱进行分析，可以确定结构的共振频率和固有振动特性，从而针对性地进行振动控制设计。
3.结构抗震设计：将地震载荷转化为冲击响应谱，可以评估结构在地震时的响应情况，进一步指导结构的抗震设计和加固策略。
4.防爆设计：将爆炸载荷转化为冲击响应谱，可以评估结构在爆炸时的响应情况，设计安全防护措施和爆炸安全系统。
总之，通过冲击响应谱和冲击等效分析方法，可以对结构在冲击载荷作用下的响应进行定量评估和研究，为结构设计和防护措施提供科学依据。
