典型结构单轴与三轴振动损伤特性探讨

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1、2015年第3期导弹与航天运载技术No.32015总第339期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.339文章编号：1004-7182(2015)03-0074-06DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20150318典型结构单轴与三轴振动损伤特性探讨胡亚冰，苏华昌，张鹏飞（北京强度环境研究所，北京，100076）摘要：设计一种典型标准试验件，对该标准件在单轴与三轴随机振动环境下的响应进行理论仿真，并在三轴振动试验系统上开展试验研究。基于试验响应数据，对试件

2、三轴与单轴顺序加载所造成的相对疲劳损伤进行对比分析,为航天产品振动试验方式的选取提供参考。关键词：结构；三轴振动；损伤+中图分类号：V414.33文献标识码：AEffectsofUniaxialandTriaxialExcitationontheVibrationResponseandDamageCharacteristicsofTypicalStructureHuYa-bing,SuHua-chang,ZhangPeng-fei(BeijingInstituteofStructureandEnvir

3、onmentEngineering,Beijing,100076)Abstract:Atypicalsimplestructureisdesignedinthispaper.Theuniaxialandtriaxialvibrationexaminationsofthetypicalstructurearedoneontriaxialvibrationexaminationsystem,andthefatiguedamagesofthestructureunderuniaxialandtriaxial

4、excitationarecompared.Thisresearchgivesatrainofthoughtstochoosemoresuitablevibrationexaminationfashion.KeyWords:Structure;Triaxialvibration;Damage0引言为了对多维振动试验的效果获得更深层次的认振动是航天产品在工作过程中所要承受的重要力识，进而指导应用，有必要开展一些基础的试验机理学环境。在产品的动力学特性获取及动力学环境适应研究工作。目前国外研究人员通过对某

5、些产品的单维性考核中，振动试验是必不可少的部分。传统的振动与多维振动试验效果进行对比，已经获得一些有益的[9,10]试验是在产品3个正交主轴方向分别进行单维激励，结果。而在产品的实际使用过程中，振动环境通常是在3个本文首先设计一种典型结构件，然后通过仿真计方向甚至6个自由度同时存在的。单维振动的试验方算和试验比较分析其在单轴和三轴振动下的加速度响式并没有同时模拟这种多维的振动环境，从而降低了应。最后，利用试验获得的数据对典型结构在单轴与试验的真实度。在航天型号应用中，曾有一些重要产三轴振动情况下的相对

6、损伤情况进行比较。品在通过了传统的单维振动试验考核后，依然在使用中出现故障。地面试验发现，该产品在多维振动环境1典型结构件设计试验下即会出现与飞行相似的故障。这一情况证明，为了比较结构单轴与三轴振动环境下的响应及损[1]伤特性，要求结构件在试验频带内有多阶典型模态。仅使用单维振动试验方式对产品进行考核是不够的。多维振动试验同时模拟了产品使用的多自由度环境，本文设计了一种由底座、细长立柱和顶部集中质量块从而更加真实。组成的典型结构件，如图1a所示，试验件高190mm，目前，随着多维振动试验技术的发展，越

7、来越多上端质量块70mm×70mm×60mm，重约1kg。试验[2~5]前6阶模态如图1b所示。的产品开始采用多维振动的试验方式，并提出了对[6~8]多维振动试验的指导性意见。收稿日期：2014-06-03；修回日期：2014-06-24作者简介：胡亚冰（1981-），女，博士，工程师，主要研究方向为结构动力学试验技术第3期胡亚冰等典型结构单轴与三轴振动损伤特性探讨75取试件顶部质量块中心作为加速度响应测点，试验时测量3个方向。a）典型结构试验件b）试验件前6阶模态图2三轴振动试件图3有限元模型图1典

8、型结构件及其计算获得的模态3结果分析2单轴与三轴振动仿真与试验首先利用有限元模型编制程序，按照试验条件进2.1试验条件行仿真预示，获取了试件顶部集中质量处的加速度响采用随机振动试验方式对典型试验件进行比较研应，见图4。然后分别进行单轴和多轴振动试验，测量究，3方向试验条件相同，如表1所示。在三轴振动试试件顶部集中质量处实际加速度响应，见图5。仿真计验中，不同的相干与相位条件下试件会产生不同响应。算和试验测得的加速度响应均方根列表见表3。为检验相干相位关系