基于能量譜的時(shí)域波形再現瞬態(tài)振動(dòng)環(huán)境試驗方法研究論文
引言
航空航天器發(fā)射、飛行過(guò)程中存在瞬態(tài)振動(dòng)環(huán)境.十幾年來(lái)，對這種瞬態(tài)環(huán)境的試驗模擬一直是以沖擊響應譜峰值等效為原則.但沖擊的破壞機理較復雜，沖擊譜相同的脈沖時(shí)域波形并不一定引起相同的破壞.因此為了更真實(shí)地模擬瞬態(tài)振動(dòng)環(huán)境，除了滿(mǎn)足沖擊譜的要求之外，必須使模擬波形盡量接近瞬態(tài)環(huán)境.
目前，國內外對這類(lèi)瞬態(tài)振動(dòng)環(huán)境的地面模擬有快速正弦掃描、窄帶隨機掃描、隨機振動(dòng)、時(shí)域波形再現和能量譜等方法，幾種模擬方法各有特點(diǎn).目前查到關(guān)于瞬態(tài)振動(dòng)的模擬試驗方法的資料主要是英美兩國的軍用標準.美軍標MIL STD-8106 (2008版)將瞬態(tài)振動(dòng)的模擬試驗方法從MIL STD-810E的“炮擊振動(dòng)”一章中獨立出來(lái)，單獨列為一章，稱(chēng)為“時(shí)域波形再現”.本文介紹一種基于能量譜密度平均幅值信息與典型外場(chǎng)數據相位信息經(jīng)傅里葉反變換的時(shí)域波形再現瞬態(tài)振動(dòng)試驗方法.
1能量譜密度
能量譜密度或稱(chēng)為瞬態(tài)自譜.對具有隨機特性的瞬態(tài)信號，可以用能量譜密度來(lái)描述其頻率分布:式中n為平均次數;F切表示第i個(gè)平均數據段的傅里葉譜;能量譜密度是對n個(gè)統計上等效的瞬態(tài)信號的傅立葉譜的平方平均，單位9zgsec / Hz.它與功率譜密度計算方法相同.
在不能獲得多個(gè)瞬態(tài)信號樣本時(shí)，可對單次瞬態(tài)信號傅立葉譜進(jìn)行譜線(xiàn)平均(按等間隔或倍頻程間隔).
2基于能量譜反變換的時(shí)域波形再現方法
2. 1隨時(shí)間變化的ESD幅值信息
本文以某型號外場(chǎng)彈射試驗獲得的大量瞬態(tài)振動(dòng)數據為例.為瞬態(tài)振動(dòng)典型時(shí)間歷程，這些試驗數據時(shí)間歷程必須有一定的波形一致性.為波形變化趨勢一致的三組外場(chǎng)瞬態(tài)振動(dòng)時(shí)間歷程.由于瞬態(tài)振動(dòng)的非平穩性對這些數據分別進(jìn)行分段ESD估計(傅里葉變換FFT點(diǎn)數1024ESD估計點(diǎn)數1024，平均次數5，信號采樣頻率Sk)，并對每段ESD進(jìn)行幅值最大包絡(luò )，如圖3所示.圖中大量黑色曲線(xiàn)為外場(chǎng)試驗數據ESD估計曲線(xiàn)，紅色線(xiàn)為最大包絡(luò )曲線(xiàn).為不同時(shí)間分段平均ESD估計，可以看出ESD隨時(shí)間變化譜值發(fā)生變化體現出瞬態(tài)振動(dòng)的非平穩特征.最后，通過(guò)最大包絡(luò )ESD譜值通過(guò)公式(1)獲得傅里葉譜幅值信息.本文ESD包絡(luò )方法采用最大包絡(luò )，也可參照隨機振動(dòng)功率譜密度包絡(luò )方法.
2. 2典型外場(chǎng)瞬態(tài)振動(dòng)相位信息
在大量試驗數據中選取幅值最大的時(shí)間歷程，按與2. 1節譜變化相同的點(diǎn)數進(jìn)行FFT變換獲得典型相位.這里相位不能進(jìn)行平均處理.將獲得的相位信息與通過(guò)ESD最大包絡(luò )獲得的傅里葉譜幅值信息經(jīng)FFT反變換得到振動(dòng)臺開(kāi)環(huán)控制的時(shí)域波形，反變換得到的時(shí)域波形與具有典型相位信息的外場(chǎng)時(shí)間歷程比較圖.該方法流程圖.特別指出若外場(chǎng)數據為產(chǎn)品自身響應數據，需要進(jìn)行振動(dòng)臺與產(chǎn)品之間的傳遞標定，詳細步驟見(jiàn)MIL STD-8106附錄A;若外場(chǎng)數據為產(chǎn)品安裝處響應，則直接應用此方法在振動(dòng)臺上應用時(shí)域波形再現模塊將反變換的時(shí)域波形輸入即可.
3與傳統試驗方法比較
傳統試驗室試驗方法來(lái)模擬瞬態(tài)振動(dòng)環(huán)境的不足.本文著(zhù)重說(shuō)明本文提出的方法與美軍標直接時(shí)域波形再現方法的比較.域波形作為直接時(shí)域波形再現的開(kāi)環(huán)波形;紅色曲線(xiàn)為反變換方法得到的時(shí)域波形.能量譜反變換均方根值時(shí)間歷程與典型波形均方根值時(shí)間歷程比較.反變換后沖擊響應譜與典型波形沖擊響應譜比較.可以看出經(jīng)過(guò)平均統計能量譜反變換的RMS以及SRS基本包絡(luò )直接波形再現典型波形的RMS以及SRS.在個(gè)別時(shí)間點(diǎn)及頻率點(diǎn)出現的超差是由于ESD譜變換過(guò)程中參與譜變換的點(diǎn)數較多以及平均次數過(guò)多.降低變換點(diǎn)數以及平均次數可以減少超差，但增加計算量.
4結論
本文介紹了一種基于能量譜密度平均幅值信息與典型外場(chǎng)相位信息經(jīng)傅里葉反變換的時(shí)域波形再現瞬態(tài)振動(dòng)試驗方法.經(jīng)過(guò)與直接時(shí)域波形再現方法的比較發(fā)現反變換的時(shí)域波形保持了外場(chǎng)數據最大沖擊響應譜值的特性，且時(shí)域波形趨勢特征與外場(chǎng)數據一致.由于其采用統計平均能量譜對大量外場(chǎng)數據進(jìn)行最大包絡(luò )，其時(shí)域均方根值包絡(luò )覆蓋直接時(shí)域波形再現方法，此方法更具統計意義，具有工程應用價(jià)值.該方法為今后直接使用能量譜控制的瞬態(tài)振動(dòng)振動(dòng)臺試驗方法及振動(dòng)控制方法提供技術(shù)支撐.
【基于能量譜的時(shí)域波形再現瞬態(tài)振動(dòng)環(huán)境試驗方法研究論文】相關(guān)文章：
論文研究方法11-30
基于設備狀態(tài)的變電站運行風(fēng)評方法研究論文02-24
論文的研究方法的有哪些02-10
基于履帶車(chē)輛穩態(tài)轉向性能分析與試驗論文02-20
論文寫(xiě)作的研究方法有哪些01-01
基于價(jià)值工程的超市購物環(huán)境改善研究11-26
基于中國清代的英語(yǔ)教學(xué)模式研究的論文03-14
- 相關(guān)推薦