摆冲试验机谱形库构建方法以及调试方法技术

本发明专利技术提供一种摆冲试验机谱形库构建方法，包括以下步骤：确定摆冲试验机的冲击谱形影响因素；对于所述主要影响因素，采用多因子完全析因试验安排各因素的组合，对于所述次要影响因素，采用控制变量法进行冲击试验；进行曲线拟合，得到最优拟合曲线，进而拟合出对应的标准谱形；归纳汇总标准谱形，得到标准谱形调试数据库。优点：基于曲线拟合算法建立了便于检索、容易分析的标准谱形调试数据库，经过多个工程型号试验验证了其有效性和便捷性。此外，分析了各影响因素变化对冲击响应谱形的影响，得到摆锤式冲击响应谱试验机调试规律，有助于指导航天产品冲击响应谱试验控制谱形的快速确立，同时缩短了调试时间，降低了试验风险。

Method for constructing spectral library of pendulum test machine and debugging method

The invention relates to a pendulum impact testing machine spectrum library construction method comprises the following steps: determining the pendulum impact testing machine the impact of spectral shape factors; the main influencing factors for using multi factor, full factorial experiment arrangement combination of various factors, the factors of the secondary effects, the impact test of control variables method; curve fitting, get the best fitting curve, and then calculates the corresponding standard spectrum; summary standard spectrum, get the standard spectrum database debugging. Advantages: Based on the curve fitting algorithm, a standard spectral debugging database which is easy to search and easy to analyze is established, and its validity and convenience are verified by several engineering model tests. In addition, analyzes the factors influencing the change of response spectrum shape effects on impact, response spectrum testing machine debugging law hammer impact pendulum, can quickly establish control test spectrum spectrum shape in response to the guidance of aerospace product impact, and shorten the debugging time, reduce test risk.

【技术实现步骤摘要】
摆冲试验机谱形库构建方法以及调试方法
本专利技术属于谱形库构建
，具体涉及一种摆冲试验机谱形库构建方法以及调试方法。
技术介绍
航天产品在运输、发射、在轨和回收等各种环节工作时，会经受到各类复杂冲击环境的考验。为在研制阶段检验出存在的设计问题和加工缺陷，几乎所有的航天产品均需在地面进行冲击环境模拟试验加以考核。目前典型的冲击环境模拟方法主要有3类：振动台类模拟、机械撞击类模拟和火工品爆炸类冲击模拟。相比起时域波形，频域上的冲击响应谱更能描述损伤的效果，因此，冲击响应谱作为试验规范己被广泛地用于产品的耐冲击设计与冲击环境模拟试验。冲击响应谱试验实施过程中普遍采用传统的摆锤式冲击响应谱试验机，即：摆冲试验机。摆冲试验机具有大负载、高量级、低成本以及重复性好的优点，主要体现在：1)谐振台面较厚，且为水平方向冲击，台面各点响应量值差别小，均匀度好；2)通过调节波形发生器和缓冲垫调整响应谱拐点频率和斜率，有较宽的适应范围；3)冲击锤头的重量和提升角度可以加大，摆锤的长度可以加长，能适应较大激励能量的要求。目前国内摆冲试验机可达到最大负载质量250kg，最大冲击谱峰值5000g的能力。尽管摆冲试验机技术比较成熟，但其谱形影响因素错综复杂，稳定性和可控性较差，再加上新研制的产品没有现成的控制谱形可借鉴，因此，为达到试验要求的控制谱形，须完全依靠试验人员的经验对试验条件进行反复试凑预调，不仅费时费力，而且会给产品试验工作的顺利实施带来了诸多的不可预计的安全隐患，严重时将会造成产品过试验或欠试验的不良后果。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种摆冲试验机谱形库构建方法以及调试方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种摆冲试验机谱形库构建方法，包括以下步骤：步骤1，确定摆冲试验机的冲击谱形影响因素；其中，所述冲击谱形影响因素包括主要影响因素和次要影响因素；所述主要影响因素包括：摆锤提升角度、波形发生器的刚度和缓冲垫类型；所述次要影响因素包括：夹具重量和装夹螺钉数量；步骤2，对于所述主要影响因素，采用多因子完全析因试验安排各因素的组合，即：确定摆锤提升角度n1个水平；波形发生器的刚度由橡胶的硬度和厚度决定，选n2种橡胶硬度，选n3种橡胶厚度，一共n2*n3个波形发生器刚度水平；缓冲垫选n4种类型；其中，n1、n2、n3和n4均为自然数；进行冲击试验，包括：(1)固定一种波形发生器刚度，设定一个摆锤提升角度，依次使所有的缓冲垫类型与之搭配进行试验；(2)继续保持波形发生器刚度，改变摆锤提升角度，再与所有缓冲垫类型搭配进行试验；(3)改变波形发生器刚度，与所有摆锤提升角度、缓冲垫类型搭配进行试验，以此类推，直到完成所有主要影响因素组合的试验；步骤3，对于所述次要影响因素，采用控制变量法进行冲击试验，即：选取形状、材质、螺孔布局均相同但质量不同的两个夹具进行相同条件冲击试验；接着，对安装有不同固定螺钉数量的同一块夹具进行相同条件冲击试验；步骤4，对于步骤2和步骤3所进行的每次冲击试验，通过数据采集系统采集到冲击响应谱试验的实测数据(xi，yi)，其中，x为频率、y为冲击量级i＝1,2…N；N为实测数据的数量；采用下述方法进行曲线拟合，得到最优拟合曲线，从而确定拟合参数a、b、c的值；步骤4.1：确定曲线拟合的基础方案，即：采用最小二乘准则对实测数据按冲击谱试验规范进行曲线拟合，拟合函数设为其中，函数上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)拟合；函数平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xn,yn)拟合；j＝2,3,……,N-2；a和b分别是拟合函数f1(x)的斜率参数和常数项参数；c为拟合函数f2(x)的常数项参数；拟合函数f(x)误差平方和SSE计算公式为：步骤4.2：令j＝2；SSEmin＝SSE(j＝2)；SSEmin代表拟合函数f(x)误差平方和的最小值；SSE(j＝2)通过以下方法计算：函数上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，(x2,y2)拟合；函数平直段f2(x)＝c由(x3,y3)，……，(xN,yN)拟合；j＝2；采用下式计算得到拟合函数f(x)误差平方和SSE(j)：步骤4.3：判断是否满足j<N-1，如果否，执行步骤4.7；如果是，执行步骤4.4；步骤4.4，计算SSE(j)：函数上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)拟合；函数平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xN,yN)拟合；j＝3,……,N-2；采用下式计算得到拟合函数f(x)误差平方和SSE(j)：步骤4.5：判断是否满足SSE(j)<SSEmin，如果是，令SSEmin＝SSE(j)，然后执行步骤4.6；如果否，直接执行步骤4.6；步骤4.6，令j＝j+1；然后转到步骤4.3；步骤4.7，输出SSEmin及对应的abc；步骤4.8，结束流程；步骤5，令标准谱冲击量级G＝c、拐点频率f1＝(c-b)/a、斜率S＝a，由此得到标准谱形的冲击量级、拐点频率和斜率；因此，对于每一个冲击试验，均拟合出对应的标准谱形；每个标准谱形对应一套摆冲试验机冲击谱形影响因素的组合；步骤6，归纳汇总标准谱形，得到标准谱形调试数据库；所述标准谱形调试数据库存储多个标准谱形，每个所述标准谱形均绑定对应的摆冲试验机冲击谱形影响因素，包括：序号、摆锤提升角度、波形发生器的刚度、缓冲垫类型、冲击量级、拐点频率、斜率、夹具重量、装夹螺钉数量以及生成时间。优选的，步骤2中，摆锤提升角度选3个水平：8°、16°、24°；波形发生器的刚度由橡胶的硬度和厚度决定，选3种硬度，红色橡胶硬度90～100，黄色橡胶硬度60～70，黑色橡胶硬度30～40，选5种厚度，20mm、30mm、40mm、50mm、60mm，一共15个刚度水平；缓冲垫选9种类型：无、2.5mm橡胶、6mm橡胶、1mm聚氨酯板、5mm聚氨酯板、1mm毛毡、5mm毛毡、1mm牛皮、5mm牛皮。本专利技术还提供一种摆冲试验机调试方法，包括以下步骤：步骤1，采用权利要求1或2的方式，构建得到标准谱形调试数据库；所述标准谱形调试数据库存储多个标准谱形，每个所述标准谱形均绑定对应的摆冲试验机冲击谱形影响因素，包括：序号、摆锤提升角度、波形发生器的刚度、缓冲垫类型、冲击量级、拐点频率、斜率、夹具重量、装夹螺钉数量以及生成时间；摆冲试验机的技术指标包括：最大载荷：200kg，频率范围10～5000Hz，最大冲击响应加速度5000g，波形容差±6dB；步骤2，分析摆锤提升角度、波形发生器的刚度、缓冲垫类型、夹具重量及装夹螺钉数量对冲击谱形的影响，总结出摆锤式冲击试验机的调试规律，包括：规律1：提高摆锤提升角度，即提高冲击力，整个频率范围内冲击谱形的量级上升，而在1000Hz以上的高频段尤为明显；同时，冲击响应谱的上升斜率变化范围小于±10％，冲击响应谱的拐点频率提高范围不超过20％；规律2：波形发生器刚度下降，因而提高了摆冲试验机的后阻尼，整个冲击响应谱的上升斜率下降，拐点频率减小，冲击量级变化范围小于±10％；规律3：缓冲垫用于隔离杂波，使冲击响应谱的谱线更加光滑，不至于超出容差范围；从牛皮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摆冲试验机谱形库构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定摆冲试验机的冲击谱形影响因素；其中，所述冲击谱形影响因素包括主要影响因素和次要影响因素；所述主要影响因素包括：摆锤提升角度、波形发生器的刚度和缓冲垫类型；所述次要影响因素包括：夹具重量和装夹螺钉数量；步骤2，对于所述主要影响因素，采用多因子完全析因试验安排各因素的组合，即：确定摆锤提升角度n1个水平；波形发生器的刚度由橡胶的硬度和厚度决定，选n2种橡胶硬度，选n3种橡胶厚度，一共n2*n3个波形发生器刚度水平；缓冲垫选n4种类型；其中，n1、n2、n3和n4均为自然数；进行冲击试验，包括：(1)固定一种波形发生器刚度，设定一个摆锤提升角度，依次使所有的缓冲垫类型与之搭配进行试验；(2)继续保持波形发生器刚度，改变摆锤提升角度，再与所有缓冲垫类型搭配进行试验；(3)改变波形发生器刚度，与所有摆锤提升角度、缓冲垫类型搭配进行试验，以此类推，直到完成所有主要影响因素组合的试验；步骤3，对于所述次要影响因素，采用控制变量法进行冲击试验，即：选取形状、材质、螺孔布局均相同但质量不同的两个夹具进行相同条件冲击试验；接着，对安装有不同固定螺钉数量的同一块夹具进行相同条件冲击试验；步骤4，对于步骤2和步骤3所进行的每次冲击试验，通过数据采集系统采集到冲击响应谱试验的实测数据(xi，yi)，其中，x为频率、y为冲击量级i＝1,2…N；N为实测数据的数量；采用下述方法进行曲线拟合，得到最优拟合曲线，从而确定拟合参数a、b、c的值；步骤4.1：确定曲线拟合的基础方案，即：采用最小二乘准则对实测数据按冲击谱试验规范进行曲线拟合，拟合函数设为...

【技术特征摘要】
1.一种摆冲试验机谱形库构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定摆冲试验机的冲击谱形影响因素；其中，所述冲击谱形影响因素包括主要影响因素和次要影响因素；所述主要影响因素包括：摆锤提升角度、波形发生器的刚度和缓冲垫类型；所述次要影响因素包括：夹具重量和装夹螺钉数量；步骤2，对于所述主要影响因素，采用多因子完全析因试验安排各因素的组合，即：确定摆锤提升角度n1个水平；波形发生器的刚度由橡胶的硬度和厚度决定，选n2种橡胶硬度，选n3种橡胶厚度，一共n2*n3个波形发生器刚度水平；缓冲垫选n4种类型；其中，n1、n2、n3和n4均为自然数；进行冲击试验，包括：(1)固定一种波形发生器刚度，设定一个摆锤提升角度，依次使所有的缓冲垫类型与之搭配进行试验；(2)继续保持波形发生器刚度，改变摆锤提升角度，再与所有缓冲垫类型搭配进行试验；(3)改变波形发生器刚度，与所有摆锤提升角度、缓冲垫类型搭配进行试验，以此类推，直到完成所有主要影响因素组合的试验；步骤3，对于所述次要影响因素，采用控制变量法进行冲击试验，即：选取形状、材质、螺孔布局均相同但质量不同的两个夹具进行相同条件冲击试验；接着，对安装有不同固定螺钉数量的同一块夹具进行相同条件冲击试验；步骤4，对于步骤2和步骤3所进行的每次冲击试验，通过数据采集系统采集到冲击响应谱试验的实测数据(xi，yi)，其中，x为频率、y为冲击量级i＝1,2…N；N为实测数据的数量；采用下述方法进行曲线拟合，得到最优拟合曲线，从而确定拟合参数a、b、c的值；步骤4.1：确定曲线拟合的基础方案，即：采用最小二乘准则对实测数据按冲击谱试验规范进行曲线拟合，拟合函数设为其中，函数上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)拟合；函数平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xn,yn)拟合；j＝2,3,……,N-2；a和b分别是拟合函数f1(x)的斜率参数和常数项参数；c为拟合函数f2(x)的常数项参数；拟合函数f(x)误差平方和SSE计算公式为：步骤4.2：令j＝2；SSEmin＝SSE(j＝2)；SSEmin代表拟合函数f(x)误差平方和的最小值；SSE(j＝2)通过以下方法计算：函数上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，(x2,y2)拟合；函数平直段f2(x)＝c由(x3,y3)，……，(xN,yN)拟合；j＝2；采用下式计算得到拟合函数f(x)误差平方和SSE(j)：步骤4.3：判断是否满足j<N-1，如果否，执行步骤4.7；如果是，执行步骤4.4；步骤4.4，计算SSE(j)：函数上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)拟合；函数平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xN,yN)拟合；j＝3,……,N-2；采用下式计算得到拟合函数f(x)误差平方和SSE(j)：步骤4.5：判断是否满足SSE(j)<SSEmin，如果是，令SSEmin＝SSE(j)，然后执行步骤4.6；如果否，直接执行步骤4.6；步骤4.6，令j＝j+1；然后转到步骤4.3；步骤4.7，输出SSEmin及对应的abc；步骤4.8，结束流程；步骤5，令标准谱冲击量级G＝c、拐点频率f1＝(c-b)/a、斜率S＝a，由此得到标准谱形的冲击量级、拐点频率和斜率；因此，对于每一个冲击试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，辛敏成，党炜，张海涛，邹田骥，刘凯，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京,11