【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械振动
，特别涉及一种试验谱剪裁方法，可用于三轴振动试验。
技术介绍
单轴随机振动试验条件一般来自试验标准和规范，但对于三轴随机振动试验条件的制定，目前并没有权威性的标准及规范可供参考。随着三轴振动试验台的引入，在三轴振动试验台上对振动系统如何加载合适的三轴振动试验谱是一个亟待解决的问题。直接将传统的单轴振动试验标准作为三轴振动试验标准，可能会导致那些按照传统单轴振动试验标准设计的产品在实际三轴振动试验中会发生损伤的问题。三轴振动试验技术复杂，其试验成本大约是单轴振动试验的3至6倍，而且三轴振动试验方案设计效率低，通过摸底试验来探索三轴振动试验条件既存在试验风险又有较大的盲目性。刘沫等在其发表的论文“卫星产品多轴随机振动试验条件制定方法初探”(刘沫,冯咬齐,何玲.卫星产品多轴随机振动试验条件制定方法初探[J].航天器环境工程,2013,30(02):155-159.)中提出了一种根据工程经验来评估试验谱量级的大概范围，进而给出多轴试验条件的方法。该方法存在的不足是：不同的振动系统之间由于存在很大的差异，因而依据工程经验评估给出试验条件具有较大的盲目性。刘凯在其发表的论文“基于实测数据的空空导弹自由飞振动条件制定方法研究”(刘凯.基于实测数据的空空导弹自由飞振动条件制定方法研究[J].装备环境工程,2014,11(5):114-118.)中提出了一种基于空空导弹实测数据，其结合地面试验和动力学...
【技术保护点】
一种实现单轴与三轴随机振动应力等效的试验谱剪裁方法，其特征在于：(1)提取单轴在X、Y、Z方向依次加载单轴振动加速度试验谱时振动系统上被关注点n的范氏等效应力值，分别为σx、σy、σz，记X、Y、Z三个方向中n点的范氏等效应力最大值为σmax；提取三轴在X、Y、Z方向同时加载单轴振动加速度试验谱时n点的范氏等效应力值σxyz，计算两者的比值a＝σmax/σxyz；(2)根据线性系统应力功率谱的变化原理，得出单轴振动加速度试验谱的纵坐标缩小参数为ξ倍，且ξ＝a2；(3)保持单轴振动加速度试验谱横坐标不变，将对应的纵坐标缩小a2倍，得到剪裁后的振动加速度试验谱；(4)用剪裁后的振动加速度试验谱对振动系统进行三轴随机振动试验，实现三轴振动时被关注点n的范氏等效应力值σ′xyz与单轴依次振动时被关注点n的范氏等效应力最大值σmax一致，即σ′xyz＝σmax。
【技术特征摘要】
1.一种实现单轴与三轴随机振动应力等效的试验谱剪裁方法，其特征在于：
(1)提取单轴在X、Y、Z方向依次加载单轴振动加速度试验谱时振动系统上被关注点n的
范氏等效应力值，分别为σx、σy、σz，记X、Y、Z三个方向中n点的范氏等效应力最大值为σmax；提
取三轴在X、Y、Z方向同时加载单轴振动加速度试验谱时n点的范氏等效应力值σxyz，计算两
者的比值a＝σmax/σxyz；
(2)根据线性系统应力功率谱的变化原理，得出单轴振动加速度试验谱的纵坐标缩小
参数为ξ倍，且ξ＝a2；
(3)保持单轴振动加速度试验谱横坐标不变，将对应的纵坐标缩小a2倍，得到剪裁后的
振动加速度试验谱；
(4)用剪裁后的振动加速度试验谱对振动系统进行三轴随机振动试验，实现三轴振动
时被关注点n的范氏等效应力值σ′xyz与单轴依次振动时被关注点n的范氏等效应力最大值
σmax一致，即σ′xyz＝σmax。
2.根据权利要求1所述的方法，其中(2)确定单轴振动加速度试验谱的纵坐标缩小参数
为a2倍，按如下步骤确定：
(2.1)根据线性系统应力功率谱变化原理，得出任意单元的应力响应功率谱与加速度
激励功率谱之间的关系如下：
S σ ( e ) ( ω ) = D ( e ) ( x , y , z ) U ( ω ) QS a c ( e ) ( ω ) Q T - - - < 1 > ]]>其中，ω表示任意频率，上标(e)表示有限元中的任意单元；表示(e)的应力响应
功率谱密度矩阵；D(e)(x,y,z)表示包含(e)的结构材料和形函数矩阵；U(ω)表示结构谐响
应矩阵；Q表示用特定加速度分量代表(e)运动的矩阵；表示(e)的加速度激励功率谱
密度矩阵；
(2.2)保持加速度试验谱横坐标不变，假设对应纵坐标缩小ξ倍，则应力响应功率谱
改变为如下形式：
S σ ( e ) ′ ( ω ) = D ( e ) ( x , y , z ) U ( ω ) QξS a c ( e ) ( ω ) Q T = ξS σ ( e ) ( ω ) - - - < 2 > ]]>其中，σ表示应力，其响应的均方根值频域表达式为：(2.3)将式<2>代入式<3>中，即若保持加速度试验谱横坐标不变，假设对应纵坐标缩小
ξ倍，应力响应均方根值可重新表示为：
σ ′ = ∫ - ∞ + ∞ S σ ( e ) ′ ( ω ) d ( ω ) = ξ ∫ - ∞ + ∞ S σ ( e ) ( ω ) d ( ω ) = ξ σ - - - < 4 > ]]>从公式<4>可知，保持加速度试验谱横坐标不变，假设对应纵坐标缩小ξ倍，应力响应均
方根值会缩小倍；
(2.4)设σx、σy、σz为各向正应力，τxy、τxz、τyz为各向切应力；若保持加速度试验谱横坐标
不变，假设对应纵坐标缩小ξ倍，则各向正应力σx、σy、σz以及各向切应力τxy、τxz、τyz均会缩小
倍；
令表示范氏等效应力，其与各向正应力、切应力的关系为如下形式：
σ ‾ = 1 2 ( σ x - σ y ) 2 + ( σ y - σ z ) 2 + ( σ z - σ x ) 2 + 6 ( τ x y 2 + τ y z 2 + τ z x 2 ) - - - < 5 > ]]>(2.5)若保持加速度试验谱横坐标不变，假设对应纵坐标缩小ξ倍，范氏等效应力可重
新表示为：
σ ‾ ′ = 1 2 ( ξ ...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇原鹰，周磊，孔宪光，周东亮，吴鲲，马洪波，殷磊，盛英，王海东，李伟明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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