一种便携式高g值冲击试验装置的设计

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1、振动与冲击第２９卷第１２期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．２９Ｎｏ．１２２０１０殏檪檪檪檪檪檪殏檪檪殏檪工檪程应檪用檪檪檪殏一种便携式高ｇ值冲击试验装置的设计王超，陈光焱，邓开举（中国工程物理研究院电子工程研究所，绵阳６２１９００）摘要：为对惯性开关进行大于８０００ｇ的冲击检测，设计一种便携式冲击试验装置。根据弹性力学的赫兹理论，对该冲击试验装置进行了动力学分析，采用四阶龙格－库塔（Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ）算法求解得到了结构参数与冲击特性的关系。采用Ｅｎｄｅｖｃｏ

2、２２７０标准传感器进行标定，标定结果满足设计要求，即该冲击试验装置可产生最大幅值约８４００ｇ，脉宽约１１０μｓ的冲击加速度信号，在同一高度测试的相对误差小于６％，具有良好的输出稳定性。该冲击试验装置体积小，质量轻，便于携带，维护简单，安全可靠，可用于小尺寸惯性器件冲击检测及抗冲击实验等。关键词：冲击试验装置；高ｇ值；赫兹理论；便携式中图分类号：ＴＨ８７１．３；Ｕ６６６．１６文献标识码：Ａ目前，产生高冲击加速度的测试装置有马歇特锤固定梁、梁架组件、立击机、Ｅｎｄｅｖｃｏ冲击标定系统、落锤冲击试验机和自由柱、吊篮组件、底座、落杆等，主要用于小尺寸器件的检测、抗冲击实验等。保护盖、减震垫等八马歇

3、特锤击机利用杠杆原理，锤头碰砧瞬间产生高ｇ部分，其中吊篮组件值冲击加速度，其应力波的形式比较复杂，重复性比较由击块、导向片、小梁［１］好。但由于只能产生特定分度齿对应的冲击加速组成。梁架组件可沿度，比如１齿对应５０００ｇ，而２齿对应８０００ｇ，分度较立柱升降以调整冲击粗，限制了其应用范围。Ｅｎｄｅｖｃｏ冲击标定系统由压缩高度，吊篮组件用于［２］空气发射弹体，同轴撞击Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ杆的起始端，从安装传感器，并卡吊而产生冲击加速度。通过调整压缩气体的压强，能够产到梁架组件上。两个生任意幅值的冲击加速度，但每次测试均需标准传感器导向片装配形成Ｖ形进行比对，不适于对产品进行批量检测。落锤冲击试

4、验槽，和立柱一同起到机通过将电磁通电来吸附铁制重物，然后将电磁铁提升限位的作用。到一定高度，再断电消磁使重物快速脱开、自由落下冲击该冲击试验装置［３，４］试件。这些测试装置的一个共同特点是体积庞大，利用了吊篮组件自由质量较大，试验操作复杂，不具有良好的便携性。自由落下落后与底座的刚性杆利用落杆从一定的高度自由下落，与钢砧的碰撞反弹碰撞产生冲击加速度产生高ｇ值冲击加速度，便携性好，试验方法简单，适用的原理。使用时首先图１冲击试验装置结构示意图于测试精度要求不是很高的情况［５］。将传感器刚性地安装Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｒ本文提出的高ｇ值冲击试验装置主要用于惯性开在击块上

5、，然后很据所需冲击加速度的大小，调整梁架［６，７］关的检测，要求能够可靠输出幅值大于８０００ｇ、脉组件的高度，将吊篮组件卡入梁架组件中，移走保护宽大于８０μｓ的冲击加速度，同时具有良好的便携性和盖，按下梁架组件的释放按钮，吊篮组件自由下落，击输出稳定性。根据弹性力学的赫兹理论，对该冲击试块与底座刚性碰撞产生冲击加速度信号。验装置的动力学性能进行了分析，通过数值求解，得到为保证冲击试验装置的输出性能具有良好的稳定了结构参数与冲击特性的关系，为冲击试验装置的工性，通过三方面降低随机因素的影响：程研制及应用提供依据。（１）通过梁架组件的释放机构，实现吊篮组件的定高释放；１结构特征（２）通过吊篮组

6、件Ｖ形槽和立柱良好的限位作冲击试验装置结构特征如图１所示，包括球螺钉、用，实现击块在底座上的定点碰撞；（３）通过立柱良好的平行度和光滑度，并选用尼收稿日期：２０１０－０１－０８修改稿收到日期：２０１０－０２－３１龙作为导向片材料，减小导向片和立柱间的摩擦力。第一作者王超男，研究实习员，１９８５年生通讯作者王超２２８振动与冲击２０１０年第２９卷验装置全时域的解析解。为获得碰撞产生的最大冲击２动力学模型分析加速度，将方程（１）代入方程（２）：３为简化分析模型，只ｚ″＝ｇ－ｃ·ｚ２（４）考虑击块与底座的碰撞１２Ｅｒ２过程，吊篮组件在重力其中：ｃ＝２，取决于材料属性和结构参数。将２ｍ（１－ｖ）作用

7、下从高度ｈ自由下上式两边乘以ｄｚ：落，与底座发生弹性碰１２３ｄ［（ｚ′）］＝ｇ·ｄｚ－ｃ·ｚ２·ｄｚ（５）撞，如图２所示。假设２击块和底座为同一种材假设在ｔｃ时刻击块的运动位移最大ｚｍａｘ，这时击块料，弹性模量为Ｅ，泊松的速度ｚ′降为０［９］。对上式积分得：比为ｖ。根据赫兹理论，２５／２ｃ·ｚｍａｘ－ｇ·ｚｍａｘ－ｇ·ｈ＝０（６）在理想情况下，击块与５底座间的接触压力可以由于ｚｍａｘｈ，上式中的第二项可以忽略不计，则：