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摆锤冲击试验

/pendulum impact test/
最后更新 2022-12-24
浏览 124
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利用摆锤冲击台模拟冲击环境的试验。主要研究产品的冲击响应特性和抗冲击能力。

英文名称
pendulum impact test
所属学科
航空宇航科学与技术

有多个研究领域使用了不同形式的摆锤冲击装置。如材料冲击性能研究中利用摆锤试验机获得冲击能量与材料变形的关系而得到其材料动态性能参数。又如在标准的轻型和中型摆锤式舰船冲击台上开展的舰船冲击试验,研究舰船装备对非接触水下爆炸产生的不同冲击载荷的承受能力。本词条的摆锤试验主要用来研究发动机点火、机械碰撞、产品跌落等冲击环境对产品的影响。这类冲击环境的特点是具有较高低频能量,对产品的结构强度和工作性可能产生不利影响。材料冲击性能试验以冲击能量为试验控制参数,舰船冲击试验是以摆锤的摆高及台面的最大位移限制为试验控制参数,摆锤冲击环境试验一般以产品安装位置处的加速度冲击响应谱为试验控制参数。

试验系统的主要组成包括:冲击台基座(含台面的滑轨和两端限位装置、摆臂转轴支架和提升电机支架等)、冲击台台面、冲击锤头、摆臂(下端与锤头固定连接,上端与摆轴连接)、锤头提升电机和释放机构以及冲击测量系统等。摆锤冲击台的台面为刚性厚板,各方向的模态频率尽量高,以免台面的弹性响应影响试验冲击加速度加载控制。台面为水平状态,通过固定连接在冲击台基座上的两条滑轨进行导向,只允许摆锤敲击方向上运动。台面前端有锤头的撞击砧座,作为锤头对台面的撞击点,并方便安装用于调控撞击力作用时间的调节装置。台面后端通过缓冲材料与冲击台基座上的限位砧座接触,用于台面的运动限位和二次撞击力调节。冲击锤头是前端带有一定球面、具有一定重量的圆柱体,摆臂下端则是通过锤头重心的圆柱体径向固定连接,两者轴线形成倒“T”字形结构。摆臂的上端通过轴承连接到垂直于“T”字平面的水平转轴上。准确控制水平转轴的安装精度,确保转轴摆臂和锤头在通过前砧座中心点的垂直平面内作定轴旋转运动,且撞击时刻锤头轴线与台面轴心线重合在同一条水平上。锤头的提升机构一般采用扭矩电机或卷扬电机,释放机构则采用离合器或电磁释放装置实现,提升高度则由装在转轴上的码盘或角度传感器显示。为了得到更高的撞击速度和冲击量级,在摆锤驱动方面可以增加扭矩电机或弹性蓄能装置加速锤头,也可以直接改成水平气动活塞驱动锤头撞击台面来替代摆锤撞击。

正式试验前,首先用被试产品模拟件对冲击台进行调试,加载满足试验要求的容差后再用正式产品进行试验。先把被试件模拟件通过工装按照实际安装状态固定到台面上,然后,把锤头提升到一定高度再释放,锤头在重力作用下以一定速度撞击台面的砧座,对台面产生冲击。冲击加载控制主要采用加速度传感器测量,传感器一般固定在产品与工装的连接处。通过调节锤头的提升高度和台面两端的撞击材料参数,使控制点的加速度冲击响应满足试验容差要求。每次冲击后,需要注意台面位置的复位和损毁后撞击材料的更换,以确保每次冲击加载的重复性。

摆锤冲击台是基于大质量的刚体碰撞假设,撞击过程产生的低频能量较大,而频率高于3千赫以上频段的能量不足。摆锤冲击试验主要造成惯性质量较大的承载结构破坏,主要用于机械碰撞产生的冲击环境模拟,不适用于以高频能力为主火工品分离冲击环境模拟。

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