冲击、碰撞试验对设备的要求

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一、冲击、碰撞试验设备的分类

冲击、碰撞试验台的分类见表1

表1 冲击、碰撞试验台的类型与特点

二、冲击、碰撞试验对设备的要求

1．冲击试验对设备的要求

国家标准GB／T 2423.5对试验设备在进行条件试验时（即试验机及夹具装上试验样品时）的特性要求如下：

（1）基本脉冲波形：试验时，冲击台应能产生规定的基本冲击脉冲波形(如半正弦冲击脉冲、梯形冲击脉冲及后峰锯齿形冲击脉冲），并符合标准规定的对各种波形容差的要求。

（2）速度变化量容差：对所有脉冲波形，实际的速度变化量应在其相应的标称脉冲值的±15％之内。当速度变化是用实际脉冲的积分来确定时，应从脉冲前的0.4D积分到脉冲后的0.1D．此处．D是标称脉冲持续时间。

标准对所有的脉冲波形，都规定了实际的速度变化量，这种速度变化可用许多办法来确定：对不会引起回弹运动的冲击脉冲，由碰撞速度来确定；对自由跌落试验机来说.由跌落和回弹的高度来确定；可由加速度-时间曲线的积分确定等。

规定速度变化及其相应的容差要求的目的之一就是促进试验室达到与标称脉冲同等的冲击脉冲，即处在脉冲容差范围中心，只有这样，才能保证试验的再现性。另一目的是与脉冲的冲击响应谱有关。

（3）横向运动：在检测点上垂直于预定冲击方向的正的或负的峰值加速度应不超过预定方向上标称脉冲峰值加速度的30％。

2．碰撞试验对设备的要求

国家标准GB／T 2423.6对试验设备在进行条件试验时（即试验机和夹具装上试品）的特性要求如下：

（1）基本脉冲波形：试验时，碰撞台应能产生规定的半正弦冲击脉冲，并符合标准规定的波形容差要求。

（2）重复频率：重复频率应使二次碰撞之间样品内部的相对运动基本上为零，而且检测点上的加速度值应在标准规定的极限内。通常每次碰撞1～3次。

（3）速度变化量容差L实际加速度变化量应在相应的标称脉冲值的±20％以内·当速度变化量用实际脉冲的积分来确定时，应从脉冲前的0.4D积分到脉冲后的0.1D。

就碰撞试验而言，必须确定实际的速度变化量。确定速度变化量的方法有：对不会引起回弹运动的脉冲，由碰撞速度来确定，或由加速度-时间曲线的积分来确定等。规定速度变化及其脉冲相应容差要求的一个目的就是促进试验室达到与标称脉冲相同的碰撞脉冲，即脉冲在容差带的中心部位，这样，试验才能保持高的再现性。另一个目的是与冲击响应谱有关，即当归一化频率fD＝0.2时，残余响应谱近似与脉冲的速度变化量成比例。

（4）横向运动：在检测点上，垂直于预定方向的正的或负的峰值加速度应不超过预定方向上的标称脉冲峰值加速度的30％。

当脉冲波形、速度变化量，重复频率和横向运动的容差满足要求时，标准所规定的试验方法就具有高的再现性，冲击试验方法也同理。

3．冲击、碰撞试验台应具备的条件和功能

（1）应能承受规定的载荷，并具有相当面积的用于安装试验样品的工作台。

（2）应能产生规定的冲击脉冲波形，并符合对波形容差及速度变化容差的要求。

（3）应能适应一定的环境条件 包括温度、相对湿度、周围介质等。

（4）安装后的冲击碰撞台应具有较为牢固的基础，其工作台面应具有规定的水平度。

（5）其结构应能承受规定的冲击加速度。

（6）应能长时间工作，噪声应尽量小。

有些试验样品的冲击、碰撞试验方法比较简单，那么相应的试验设备所具备的条件和功能就可适当少一些。总之，冲击碰撞台应具备的条件和功能是随着试验方法的复杂或简单而增多或减少，这也是使用者在冲击碰撞台选型使用时应注意的一个问题。

三、冲击、碰撞试验台

1．冲击、碰撞试验台的基本参数和技术指标

冲击台的基本参数和主要指标为：①最大载荷；②峰值加速度及相应的脉冲持续时间；③冲击脉冲波形；④速度变化量容差；⑤横向运动；⑥工作台面尺寸；⑦辐射噪声声级；⑧连续工作时间。

碰撞台的基本参数和主要指标为：①最大载荷；②峰值加速度及相应脉冲持续时间；③碰撞脉冲波形；①速度变化量；⑤横向运动；⑥台面峰值加速度幅值不均匀度；⑦碰撞重复频率；⑧工作台面尺寸；⑨幅射噪声声级；⑩连续工作时间等。

2．冲击台的特性描述

国家标准GB／T14123-93对冲击台的特性描述做了详细的规定。标准中主要规定了冲击台的特性与技术要求，说明了冲击台的类型和组成。描述的内容主要包括冲击的产生、类型、组成、技术特性、技术要求和其他要求等。

冲击的产生

（1）产生冲击所需的能量可由重力（自由跌落）来获得，如果冲击必须沿除向下以外的某个方向进行，或自由跌落式冲击台无法提供足够大的速度变化时，则所需的位能可以用弹性绳索、弹簧或液压及气压等方法来提供。

（2）冲击还可用释放压缩气体、爆炸或把动量从一运动质量转换到另一个运动质量上去的方法来获得。

（3）冲击脉冲不论是单脉冲还是瞬态振动可由装在工作台或移动架上的，或装在反作用质量上的，或装在两者上的冲击脉冲形成装置来产生，可以产生多种的脉冲波形，这取决于脉冲形成装置是如何转换动能的。

（4）环境冲击试验的要求通常与环境振动试验要求有关。当指定的冲击频率、速度及位移等要求均在振动台性能范围之内时，可使用振动台产生简单冲击脉冲和复杂的瞬态过程。用规定的冲击谱控制试验也能模拟瞬态过程。

冲击的类型

冲击台通常按冲击激发方式或所采用的原理来描述。例如，自由跌落式（重力激发）、加速式冲击台以及空气炮、爆炸炮、液压及气压驱动冲击台。电动式和液压伺服式振动试验设备也可用于冲击试验。冲击试验通常有两种类型：

（1）冲击脉冲再现：前、后沿脉冲形状的幅值限定到原始脉冲幅值的一小部分，用附加的前沿脉冲和后沿脉冲形状来限制速度和位移产生标准的冲击脉冲形状。

（2）冲击响应谱再现：给试件施加一个短暂的振荡瞬态脉冲。测量冲击响应谱，并与所要求的冲击响应谱进行比较，其差值用于修改下一个脉冲的形成。所要求的冲击响应谱是标准规定的冲击谱之一，也可能是某现场环境的冲击谱。

冲击台组成

冲击台通常包括以下部分：①固定试件和冲击脉冲形成装置的刚性工作台或移动架；②控制移动架运动的导向装置；③储存冲击所需位能的装置，如提升装置或由系着移动架的质加载弹簧和预加载弹性绳索组成的装置；④在冲击开始之前，把移动架固定在选定的跌落高度或位置上的装置；⑤释放机构：⑥受到移动架对之撞击的反作用质量或底座；⑦回跳制动系统；⑧按需要而定的附属动力、冷却、控制、脉冲形成和监测装置。

冲击试验的技术特性

（1）制造厂应提供的特性。工作台或移动架的运动可以用冲击谱和（或）时间历程参数来确定。根据使用场合，制造厂应提供下列项目的数据及其容差：①可得到的脉冲形状；②最大速度变化量；③最大位移；④峰值加速度范围；⑤冲击脉冲持续时间范围；⑥最大跌落高度、预载压力或载荷；⑦工作台或移动架的净重和总的运动质量；⑧所需的气体与液体的压力和体积；⑨冲击台工作所需的液体与气体的流量及速率；⑩回跳制动系统的类型与制动力；⑪冲击台及其部件的大小和外形尺寸，特别是工作台或移动架及其附件的大小和外形尺寸；⑫反作用质量的外形尺寸、重量及安装方法和对地面的承载要求；⑬试件的最大尺寸与质量；⑬试件及传感器的安装工具；⑮校准数据；⑯每一单位时间可能的冲击（即冲击脉冲）次数，或换言之，两次冲击之间的最短时间间隔。

（2）根据供需双方协商确定，由制造厂提供下列项目的数据及其容差：①初始或前沿脉冲加速度与最后或后沿脉冲加速度：②工作台或移动架的最大刚度、强度和阻尼；③工作台或移动架的固有频率；④安装在基础上的冲击台的固有频率。

冲击试验的技术要求

（1）工作台或移动架。冲击试验过程中使试件移动的工作台或移动架（活塞、衬套、连接管或管子）及附件应有足够大的刚度、强度和阻尼。

应给出在工作或移动架上试件的固定方法和作用于紧固螺钉的扭矩极限。

工作台是否装有可更换的螺纹衬套，以及这些衬套是凹下去的还是凸出来的。试件所有安装表面应平整、光滑并注明其公差。如果安装表面有凹下去的螺纹衬套，则应说明在正常的大气条件下，整个安装表面的平面度。如果安装表面装有可更换的凸出来的螺纹衬套，则应根据螺纹衬套装配凸缘的厚度公差及螺纹衬套被安装面的平面度，给出所有螺纹衬套安装面间的平面度。

应提供安装时施加给可更换螺纹衬套的最大扭矩及其相配的材料种类。

应提供标注尺寸的图或图表，以给出工作台或移动架的全部尺寸、螺纹衬套的尺寸与形位公差及所用的材料。

应说明可能施加给螺纹衬套的最大允许扭矩和轴向力，同时还要说明试件紧固螺钉的安装表面的垂直度要求。

（2）提升和预加载机械。自由跌落式和加速式冲击台及使用落锤或摆锤的冲击台要有提升机构，以使工作台或移动架到达预定高度。对某些形式的冲击台可有预加载机构。

应规定跌落高度或预加载荷设定值的精度及容差。冲击台应装有当移动架达到预定跌落高度或预加载荷时的自动停止或指示装置。如果试验出现故障，应能立即停机且使工作台或移动架安全降下。

（3）释放机构。释放或启动只能根据指令来进行。释放机构应安全可靠，不可因偶然的原因触发释放。如可采用两个同时启动开关，其中每一个都应是锁住的。

（4）制动。冲击台应装有符合要求的制动系统。制动系统可以是机械、电动、气动或液压装置。系统应保证叠加在冲击脉冲波形上的振动最小，并使冲击试验能限定到一个单脉冲。

制造厂应给出制动的加速度极限及为控制制动所需的制动力.制动时的加速度值不应超过试验脉冲加速度的25％。没有制动系统的冲击台应做标记，并应用其他方法防止发生损坏。

（5）反作用质量。若使用反作用质量，则该质量与工作台或移动架相比应是一个大而刚性的构件。反作用质量要有足够高的共振频率，以避免在额定的最短冲击脉冲持续时间里出现失真。在冲击必须与周围环境隔离的地方以及需要降低对地面动载的地方，可以使用惯性支承反作用质量的方法，通过动量传递到惯性支承反作用质量的方法，控制工作台或移动架的回跳运动，也可使用这种惯性支承或反作用质量。

制造厂应提供或推荐反作用质量的尺寸、重量，包括试件在内的运动质量与反作用质量之比及其安装方法。

（6）冲击脉冲形成装置。冲击脉冲形成装置包括弹簧、冲击垫片及脉冲程序器或脉冲发生器。通常由脉冲形成装置的动态力与变形的特性来控制冲击脉冲波形、脉冲持续时间和峰值加速度。如果在动量转换中涉及两个或更多的质量，则在脉冲形成装置设计时要考虑每一个质量的冲击运动。还应规定构成脉冲形成装置所需的装备，如制造成形铅质物的所需模具。

冲击试验的其他要求

（1）安全要求。冲击台所有的设计与安装都应保证安全，并在冲击台或试件发生结构性故障时能保护工作人员免受飞出物的伤害。

要使用合适的密封以防止试验过程中液体喷出。所有的筒体、缸体和管子截面的设计要有足够的安全系数。应考虑最坏试验情况下所产生的最大压力。

试验过程中要避免使被压缩气体出现任何自燃的危险。

对人体暴露试验的冲击台，要保证有足够的可靠性与安全性。试验结束后，操作人员应能立即靠近工作台或移动架，以便很快地撤出被试人员。

（2）工作场所。应说明对电源的要求，冲击台正常工作时不应对电网产生影响监控仪表的干扰。安装冲击台时，要有足够的工作空间、顶部空间及周围的通道。空气炮或爆炸炮应安装在远离一定距离区域，并具备满足要求的防爆围障以保证人身安全，并应给出炮周围的最大气压与声压级。

在做试验准备时，必须可靠地夹持并固定住工作台和移动架、活塞或衬套。当工作人员在安装脉冲形成装置时，要防止工作台或移动架撞击反作用质量。

来源：《力学环境试验技术》