振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法

振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法

国家标准 GB/T15168一2013 代替GB/T151681994 振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法 Vibrationandshoekisolatorsmeasuringmethodforitsstaticanddynamie characteristics 2013-09-18发布 2014-06-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准

GB/I15168一2013 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 测试分类与原理 静态性能测试 动态性能测试 冲击性能测试 5 附录A(资料性附录) 动态测试原理 附录B(资料性附录)冲击测试原理 28

GB/T15168一2013 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准代替GB/T151681994《振动与冲击隔离器性能测试方法》. 本标准与GB/T15168一1994相比,主要技术变化如下 -修改标准名称为《振动与冲击隔离器静动态性能测试方法》 增加了“术语和定义”章节(见第3章); 增加了“静态性能测试”中隔离器布置形式的描述(见5.3); -修订了静态性能测试时加载速度及额定载荷静变形测试方法(见5.4.2); -修订了静载荷-静变形曲线测试方法(见5.4.3) “静态性能测试”中的“蠕变测试”(见5.4.5); “椭圆法”中分别用传递力和输人力求动刚度的测试方法见6.4.1.3); 动态性能测试”中基础激振、恒定载荷激振及变载荷激振法为“激振扫描法”(见6.4.2); 动态性能测试”中“锤击法”改为“自振衰减法”(见6.4.3); 隔离器“动态性能测试”中的“机械阻抗测试”见6.4.4), 了冲击刚度及冲击损耗因子性能参数及其测试方法(见7.4.3及7.4.5); 增加了冲击特性的非线性描述及其测试方法(见7.4.7); 增加了“阻抗测试原理”(见附录A.2); 修订了“冲击性能测试原理”(见附录B) 本标准由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会(s.Ac/Tc53)归口 本标准起草单位;船舶重工集团公司第七O四研究所 本标准主要起草人管月英、郭云松、潘国培、冯海军 本标准所替代标准的历次版本发布情况为 -GB/T15168一1994 m

GB/I15168一2013 振动与冲击隔离器静,动态性能测试方法 范围 本标准规定了振动与冲击隔离器的静态性能,动态性能,测试分类与原理及冲击性能的测试方法 本标准适用于各种材质、类型及用途的线性和非线性隔离器的性能测试 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T5170.132005电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动(正弦)试验用机械 振动台 GB/T5170.14一2009电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动正弦)试验用电动 振动台 GB/T5170.152009电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动(正弦)试验用液压 振动台 GB/T6592电工和电子测量设备性能表示 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 复刚度eoplexstiffness 由弹性力和其成正交的结构阻尼力合成的隔离器动态传递力与相应位移之比 3.2 stiffness 动刚度dyamie 作用在隔离器上的动态弹性力与相应的位移之比 损耗刚度lossofstifmess 作用在隔离器上的与位移成正比、与速度相位相反的结构阻尼力与相应位移之比 隔离器损耗刚 度即为隔离器结构阻尼系数 损耗因子 loSsfactor 损耗刚度与弹性刚度之比,即隔离器结构阻尼系数与弹性刚度的之比 3.5 冲击刚度shoekstirfness 隔离器冲击弹性力与其冲击位移之比
GB/T15168一2013 测试分类与原理 测试分类 隔离器的性能测试包含: a)静态性能测试 b 动态性能测试; 冲击性能测试 c 4.2测试原理 根据达郎贝尔原理,在弹性系统中惯性力、阻尼力弹性力与外力平衡,假定弹性系统中刚度为复刚 度、,阻尼为结构阻尼、输人为简谐信号的条件下建立力平衡方程式并求解,从而可求出静、动及冲击状态 下隔离器性能参数 静态性能测试中惯性力为零,作用力与弹性力相等;冲击性能测试中,输人力为瞬 态值,隔离器的冲击弹性力是冲击变形(或速度)的函数 隔离器的动态及冲击性能测试原理详见附录 A及附录B 测试环境条件 对温度敏感的隔离器,应放置在25C士5C环境温度内,直至隔离器与试验环境温度一致后,方可 进行静,动态性能测试 静态性能测试 5.1静态性能参数 隔离器静态性能包含 a)额定载荷静变形; b) 额定载荷静刚度; e)静载荷与静变形关系曲线; 蠕变量 d 5.2测试设备及仪器 测试设备及仪器包含 a)加载装置 -能均匀加载的装置最大载荷应满足试验载荷需求)或加载砝码 测力装置 -测量误差士1%; b 位移测量仪 -测量误差士1% c 5.3隔离器试验布置形式 隔离器安装方式通常为平置,侧挂,吊挂及斜置等,隔离器静,动态刚度性能参数测试时施加的静态 载荷(或预紧力)方向应与使用状态保持一致 隔离器通常有三向静、动态性能参数,方向如图1所示 除常用平置安装外,在承载方向及非承载方向垂直承载方向)试验工夹具参见图2a)~图2c)所示 对 非承载方向进行动态性能测试时[如图2e)],应在承载方向预加额定(或使用)静载荷使其产生预紧变 形,激振力施加在非承载刚度方向上
GB/I15168一2013 说明: 力杆; 力板; 隔离器; 连接螺栓 5 基础 图1平置式隔离器试验安装示图 侧挂式 斜置式 非承载方向动态试验 b 说明 力杆; 力板" 隔离器; 连接螺栓 三角架; 基础; 预紧螺栓 图2隔离器试验工夹具示图 测试程序 5.4.1预加载 隔离器在测试方向上重复进行三次预加载、卸载,载荷范围从零加至额定载荷的1.25倍后保持30s, 再逐步卸载至零,隔离器变形速度应均匀 5.4.2额定载荷静变形测试 隔离器从零加载至额定载荷,当变形量<5mm时,加载速度5mm时,加 载速度<51 mm/min 隔离器额定载荷下变形值即为隔离器额定载荷静变形
GB/T15168一2013 5.4.3静载荷与静变形关系曲线 隔离器从零加载至1.25倍额定载荷,加载速度同5.4.2,同时记录各点(最少10点,其中含0.9倍 1倍及1.1倍额定载荷)加载时的变形值 根据测得的各点静载荷P及加载时的静变形值X,,绘制静 载荷-静变形关系曲线 5.4.4静刚度计算 第i点静刚度K按式(1)计算 丽-三 式中: 分别为P点前、后的静载荷,单位为牛顿(N) P-1、P 分别为P点前、后对应的静变形值,单位为米(m) X1、X4 当尸=P时隔离器额定载荷静刚度K，按式(2)计算 1.1P0.9P K，= 2 X.1一Xo 式中: 隔离器额定静载荷,单位为牛顿(N); P X -在1.1倍额定载荷时隔离器的静变形值,单位为米(m); 1, Xn， -在0.9倍额定载荷时隔离器的静变形值,单位为米(m) 5.4.5蠕变测试 5.4.5.1测试程序 隔离器加载前测量原始高度,将隔离器加载至额定载荷并保持,初始6h中每隔1h测量一次蠕变 值和环境温度,6h以后每24h测量一次蠕变值和环境温度,至少持续10d 5.4.5.2测试结果计算 测试结果计算如下 a)蠕变量 隔离器蠕变量公按式(3)计算 =4 一4 3 式中 加载1h时隔离器变形量,单位为毫米(mm); -加载10.d时隔离器变形量(一般10d后变形量应趋于稳定),单位为毫米(mm) b 绘制蠕变曲线 取时间(h)为横坐标,变形量(mm)为纵坐标,绘制蠕变曲线 动态性能测试 动态性能参数 隔离器动态性能包含: 线性隔离器动刚度;
GB/T15168一2013 b损耗因子; 额定载荷下固有频率; c 传递率或幅-频特性 d) e)非线性隔离器动刚度与静载荷、振幅的关系曲线; 机械阻抗特性 6.2动态性能测试方法 本标准规定隔离器动态性能参数测试方法参见附录A动态测试原理,其中包括椭圆法、激振扫描 法、自振衰减法和机械阻抗法等四种方法 6.3测试系统及被试系统安装通用要求 6.3.1激振装置 激振装置应采用能产生变频简谐激励或白噪声激励的振动试验机,电磁激振器或振动台等,为避免 与被试系统发生耦合效应,装置的上限激振频率应大于4倍的被试系统固有频率 激振扫描法中通过 激振器或基础台面进行激振时,激振设备工作下限频率应低于测试系统共振频率的1/3 通过机械阻抗法确定隔离器动态性能参数,需在专用的隔离器机械阻抗检测装置上进行 6.3.2激励波形 激励设备提供的正弦波形失真度、颗赖率及位移指示等基本参数,应符合GB/T5170.13一2005、 GB/T5170.14一2009,GB/T5170.15一2005附录B的相关规定 台面均匀度、横向振动分量、白噪声 激励的平直度等应控制在5%以内 6.3.3测量系统 测量系统包含加速度(或速度、位移)传感器、力传感器,电荷放大器和测试分析仪等 为尽量减少 测量系统各通道间的相位差,应分别采用一致性较好的传感器、放大器和分析仪等 测量仪器的频率范 围,频率响应非线性及精度应符合GB/T6592的规定 6.3.4测试系统标定 测量前需对传感器灵敏度、导线,电荷放大器及测试分析仪组成的测量通道进行系统标定,测试频 段内非线性度应<3% 6.3.5测试设备定期检验 测试设备及测量仪器应经国家认可的计量部门定期标定、具有计量合格证书,并在计量有效使用期 内使用 隔离器的安装 6.3.6 隔离器安装状态应保证激振力方向与隔离器被试方向一致,并在被试方向上产生单一平动位移,而 不应棚合其他方向的位移与转动 隔岗器应根据额定载荷或使用载荷在承受静载荷方向上缩加预紧变 形 被试系统各部件之间应紧固连接并采用防松措施 6.3.7传感器的固定和安装 测量振动的传感器应靠近系统质量、台面中心线附近,测量传递力的力传感器一端固定在隔离器的
GB/T15168一2013 输出端中心线方向上(若不能满足,可多点布置),另一端固定在速度趋近零的刚性基础上 传感器与各 部件之间紧固连接 6.4测试程序及测试结果计算 6.4.1椭圆法 被试系统安装 6.4.1.1 椭圆法是利用振动试验机在低频激振时,通过测量隔离器传递力及变形时域波形求隔离器的动态 参数 当采用输人力求隔离器动刚度时,为忽略被试系统惯性力的影响,必须采用低频激振 根据隔离器使用安装状态,确定承载方向,选择试验工夹具 根据振动试验机具体使用方法,安装 布置传感器 当测量传递力时,力传感器布置在隔离器输出端,并与基础固定,如图3a)所示 当测量 输人力时,力传感器布置在隔离器输人端,如图3b)所示 在接近激振力作用点和输出点处布置加速度 (或速度、位移)传感器,使输人力作用中心、被试弹性元件刚度中心及力传感器中心共线 传递力法测试 输入力法测试 a 说明 振动试验机; 位移传感器; 加速度传感器(输人端); 隔离器; 力传感器(输出端); 加速度传感器; 台体; -力传感器(输人端》 图3振动试验机示图 6.4.1.2测试程序 6.4.1.2.1试验前检查 检查力和加速度测试系统各通道信号是否正常,如有干扰需排除,待正常后记录输人点环境背景结 构噪声A
GB/T15168一2013 6.4.1.2.2施加静载荷 为减小隔离器残余变形,应按5.4.1进行预加载后,对隔离器施加额定(或使用)载荷,同时记录最 后一次加载时隔离器静变形 6.4.1.2.3施加激振力 激振幅值参考表1 当利用传递力-变形迟滞回线求隔离器的动态参数时,由于系统在低频下刚度 特性占主导,激励频率采用低频 当利用输人力-变形迟滞回线求隔离器的动态参数时,必须使激振频 率小于被试系统共振频率的十分之一,若找不到系统共振点,可使激振频率小于上限激振频率的十分之 一,则此时传递力近似等于输人力 激振振幅参考值 参考幅值 激振频率/Hz 位移/mm 加速度/m/) 8~15 0.7士0,3 1525 0,3士0.1 >25 5士0.5 6.4.1.2.4检查基础刚性 若A/A>10,则测量有效,否则应提高激振力幅值 A为输人端加速度值,A为输出端即台 面)加速度值 6.4.1.2.5绘制迟滞回线 记录传递力及位移时域波形,以位移X为横坐标、传递力F为纵坐标,绘制传递力-位移迟滞回线 如图4所示 图中最大弹性力F发生在隔离器最大变形为X 时刻,最大阻尼力F,发生在隔离器速 度最大(即位移为零)时刻 厂 允 图4传递力-位移迟滞回线 6.4.1.3测试结果计算 测试结果计算如下:
GB/T15168一2013 隔离器动刚度 隔离器动刚度按式(4)计算 K =1000F/X 式中: K -隔离器动刚度，单位为牛顿每米(N/m); X -位移幅值,即椭圆曲线在X坐标中最大值,作垂直于OX轴且与椭圆相切于A点的直 线AC,AC与OXx轴交于X ,单位为毫米(mm); -弹性力幅值,即位移为最大值X，时对应的传递力,可在椭圆曲线中直接读出,单位为 F 牛顿(N) 当隔离器自身质量效应可以忽略不计时,可通过输人力按式(5)求动刚度 K =1000F/X 5) 式中: 输人力幅值,由输人端力传感器直接测出,单位为牛顿(N). F 额定载荷固有频率 b 隔离器在额定载荷下固有频率按式6)计算 n，= 式中 隔离器在额定载荷下固有频率，单位为赫兹(Hz); f 隔离器额定载荷质量,单位为千克(kg n 损耗因子 采用椭圆中的弹性力、阻尼力按式(7)计算损耗因子 =Fo/F 7 式中: 阻尼力最大值,即位移为0时对应的传递力,可在椭圆曲线中直接读出,单位为牛顿(N). Fm 等效黏性阻尼比<按式(8)计算 -7? 6.4.2激振扫描法 被试系统安装 6.4.2.1 激振扫描法根据测试设备及加载方式主要分为基础激振、恒定载荷激振与变载荷激振法 采用基 础激振时.由隔离器及质量块构成的MK系统固定在振动台面上[见图5a];采用恒定载荷及变载荷 激振时,MK系统固定在刚性基础上[见图5b),图5e)],按6.3中相关要求检查试验装置及被试系统， 满足要求后在承载方向上施加额定(或使用)静载荷 Fe oe" 基础激振 恒定载荷激振 变载荷激振 a b 图5激振扫描法力学模型
GB/T15168一2013 6.4.2.2测试程序 测试程序如下 根据不同激振设备,激振力施加在振动台面或系统质量上,激振频率从1/4至4倍于被试系统 共振频率的范围内进行正弦扫描或白噪声激振扫描,激振振幅参考表l; 记录基础激振时台面输人和质量响应在各频率下的位移(或速度、加速度)值,经处理后得到 b 无因次绝对位移响应系数曲线T如图6所示; 恒定载荷和变载荷激振时的输人力作用在质量NM上,记录质量M在各频率下的位移响应,经 处理后得到无因次绝对位移响应系数曲线TR如图6所示; 当共振频率接近设备最高工作频率时,无法获取无因次位移响应系数曲线的情况下,记录系 统质量绝对位移随频率变化曲线,分别读取共振点、半功率点对应的频率值,如图7所示; Xe .0.707.MN 2.0 图 相对、绝对位移传递系数曲线 图7系统绝对位移响应曲线 6 对于非线性隔离器动态特性应分别测出不同静载荷及位移幅值与动刚度(或固有频率)的关系 曲线 静载荷及振幅变化如下 激振振幅不变情况下改变静载荷,以额定载荷的60%为起点,按20%递增至140%的不 同静载荷进行激振,重复进行6.4.2.2的a)~d)程序; 隔离器在额定载荷下改变激振幅值,以6.4.2.2.b)中位移幅值的60%为起点,按20%递 增至160%的不同振幅进行激振,重复6.4.2.2的a)d)程序 测试结果计算 6.4.2.3.1位移响应系数曲线 在基础激振法中,测出系统质量在各频率下绝对位移响应幅值X.(以下简称位移)与基础输人 a 位移幅值4，之比T、按式(9)计算 X.w To Mw) 式中: To 绝对位移响应系数; 各圆频率下系统质量的绝对位移幅值,单位为毫米(mm). X () 各圆频率下基础输人绝对位移幅值,单位为毫米(mm) u.o 系统质量相对台面位移o，与台面输人位移4，之比T 按式(10)计算 O.o T(wo) l0) ow
GB/T15168一2013 式中: T(o 相对位移响应系数 各圆频率下系统质量的相对位移幅值,单位为毫米(mm) .o b在恒定载荷激振中,测出各频率下系统质量位移X 及w<0.25u.处的位移Xn,其比值T,按 式(11)计算 X.o Tn(o) 11 XD 式中: -被试系统共振圆频率,单位为弧度每秒(rad/s); 在实测中用w<0.25u,点处位移替代,单位为毫米(mm) 在变载荷激振中,测出各频率下系统质量位移X，及w,>4o..处位移X(若X 点频率不满足 >w时,则不宜采用此法求取隔离器性能参数)之比,T 按式(12)计算 wG一 Xow Te(o)= -- 12 XG 式中: X 在实测中用o,多4o,时的位移替代,单位为毫米(mm) 可见,在基础激振法中的绝对位移响应系数T.(o)等于恒定载荷激振中的T,(o),即等于力传 递率 在变载荷激振中T.(o)等于基础激振法中的相对位移响应系数T(o). 6.4.2.3.2隔离器动刚度 当0.2时,隔离器动刚度K 按式(13)计算: (13 K =(2xfm)'一K 式中: 被试系统质量,单位为千克(kg); M 被试系统共振频率,单位为赫兹(Hz).; f K 激振系统中除被试隔离器外其他弹性元件动刚度总和通常K,=0,在变载荷激振中K,力 0),单位为牛每米(N/m). 当>0.2时 基础激振及恒定载荷激操,隔离器动刚度K，按式q)计算 a =M(2x./.I一可万一K (14 K 变载荷激振,隔离器动刚度K 按式(15)计算 b K =M(2x./一一K 15) 6.4.2.3.3额定载荷固有频率 隔离器在额定载荷下固有频率，按式(6)计算 6.4.2.3.4 损耗因子 利用共振点放大倍率求损耗因子 在基础激振与恒定载荷激振法中,损耗因子刀按式(I6)计算 、T 16 .( = /T? we 10o
GB/T15168一2013 在基础激振中,利用相对位移相应系数T(o);在变载荷激振中,用相对位移响应系数Ta(o 表示时,7按式(17)计算 7=1/TRm (17 刀=1/Tm 式中 共振时绝对位移响应系数最大值,丁,=T TAm TRm 相对位移响应系数最大值,TRm=Tom 利用半功率点求损耗因子 半功率点法仅适用于小阻尼相对共振点共振峰近似呈对称状)隔离器 在恒定载荷或变载 荷激振中,当系统激振频率不满足w<0.25e, 或变载荷(与成正比)激振中,高频段不满足 u,>4w,时,可用半功率点法求损耗因子,按式(18)求解 (18 7=(e一w/o 式中: -分别为半功率点对应的圆频率如图7,单位为弧度每秒(rad/s) o ,w 6.4.3 自振衰减法 6.4.3.1测试程序 测试程序如下 建立MEK弹性系统使隔离器按额定(或使用)载荷加载,被试系统安装按6.3中相关要求 a 通过系统质量中心作用一瞬态力,采用锤击法(瞬态冲击力)或初始变形瞬态释放法,使系统 b 自振就诚,就诚波形从第二个周期算起不得少于3个,否则无效 记录系统质量中心的自振衰减位移波形曲线,参见图8所示 0.8 图8自振衰减波形 6.4.3.2测试结果计算 6.4.3.2.1 动刚度 动刚度按式(19)计算 K =M(2x/T):/N 19 式中: -被试系统质量,单位为千克(ke) M 自振就溅被形周期,单位为秒 N 自振系统中被试隔离器数量 11
GB/T15168一2013 6.4.3.2.2额定载荷固有频率 额定载荷下的固有频率f 按式(6)计算 6.4.3.2.3损耗因子 损耗因子按式(20)计算 20 n=ln(.r;i/r十m/nT 式中: 分别为第;个和第i十n个波峰的位移幅值 工、.+， 自振衰减波形个数 4.4机械阻抗测试 6. 6.4.4.1 被试系统安装 隔离器安装 阻抗试验台通过加载弹簧及附加板质量施加静态载荷,对隔离器按额定(或使用)载荷施加预紧变 形,参见图9 隔离器输出端与安装在阻抗测试台上的测力板或力传感器相连,其各构件中心线应 共线 6.4.4.1.2激振器安装 激振器采用悬吊安装,使激振系统安装频率为测试下限频率0.3倍以下,激振力作用在隔离器输人 端的中心点上 6.4.4.1.3传感器安装 在激振器幌性杆末端与隔离器输人端之间安装阻抗头或者分别安装力传感器和加速度传感器,同 时在隔离器输人端的水平向安装加速度传感器用以对激振力进行一维性检查 在隔离器输出端除安装 力传感器或测力板外,在阻抗台面垂向上安装传感器对试验过程中台面速度进行测量 说明 激振器; 台体; 压力计; -加速度计输出端); 加载弹簧 -力传感器(输出端); 附加质量 -加速度计(输人端)1 5 10 隔离器; 阻抗头 图9阻抗试验台示图 12
GB/I15168一2013 6.4.4.2测量程序及数据处理 6.4.4.2.1 施加静态载荷 按5.4.1进行预加载,用以减小隔离器残余变形 对隔离器施加额定(或使用)静载荷后,记录最后 -次载荷下的隔离器静变形 6.4.4.2.2施加激振力 激振力幅值应满足信噪比要求 激振力类型优先选取白噪声激励,频率范围应满足隔离器阻抗测 量频率范围,否则采用正弦激励 6.4.4.2.3检查信噪比和台面刚性 信噪比R通过输人点垂向加速度A，及此点环境背景嗓声A，计算,当R=A/A.>3.16时,认为 加速度信号测量结果有效,否则应提高激振力量值 台面输出点加速度响应为A.,隔离器输人端横向 加速度为A,,当A/A>10及A/A,>l0时,力信号测量结果有效 6.4.4.2.4记录稳态信号并处理 当信号进人稳定状态后,正式记录各通道力及加速度时域波形F(),F.(w),A(),A(). 按照 图10所示进行数据处理,分别得到自谱及互功率谱 输入为i(0 A/>10及A/A.3.14 数据无效 输入加速度Aw 时域 输出力(0 是 输出加速度0 数据处理(FFT) P",,(o)、"y,4(o) P',,()、P',() 频城 Z() () Re(z)、lm()、M( Re(Z)、lm(z)、A() 图10阻抗试验数据处理框图 图中 输人力F自功率谱,单位为二次方牛顿(N) P 输人力F与输人加速度A，的互功率谱，单位为牛顿米每二次方秒(Nm/s); w 输出力(即传递力)p,自功半谱-单位为牛顿平方(N)7 PFFo 输出力F与输人加速度A，的互功率谱,单位为牛顿米每二次方秒(Nm/s) 'FPgAw 阻抗参数计算 6.4.4.3 测试结果计算如下: 隔离器输人机械阻抗按式(21)计算 a P w K R 21 Zo)=jw jmaw R w w FA 13
GB/T15168一2013 式中: -输人端附加件质量,如传感器、输人端过渡板、连接件及附件等的总质量,单位为千 7mo 克(kg); 加载弹饿刚度,如果K,GB/T15168一2013 6.4.4.4.2隔离器损耗因子 当系统处于共振点时,对数坐标中输人机械阻抗模与传递机械阻抗模的差值为放大倍数Q,则损耗 因子按式(27)计算: 27 o (a.广z;(习 冲击性能测试 冲击性能参数 隔离器冲击性能参数包含 a) 冲击变形 b 冲击刚度 c 冲击损耗因子 d 冲击传递率 e)隔离器冲击弹性力-变形曲线 7.2冲击测试设备及仪器 7.2.1冲击试验装置 冲击试验装置可选用单脉冲或双向不等脉宽脉冲并具有简单波形的冲击试验装置,主要包括基础 输人(跌落式、冲击机等)及落锤式冲击试验装置,如图1所示 跌落式冲击试验装置冲击输人由装置 台面(即被试系统的基础)自由落体后与基础碰撞产生,冲击力由下向上传递至被试系统,输出端为自由 状态[如图lla];落锤式冲击试验装置,通过落锤自由落体产生的冲击力,直接作用在被试系统质量 上,输人力由上至下传递,输出端被钳制[如图11b)]输出速度趋近于零,输出为传递力 冲击输入 说明 说明 加速度传感器(输出); 落锤质量 系统质量 导向轴; 隔离器; 系统质量 加速度传感器(输人) 加速度传感器(输人); 冲击台面 隔离器 导向轴; 力传感器(输出); 基础 基础 跌落式冲击试验系统 落锤式冲击试验系统 b 图11冲击试验装置示图 15
GB/T15168一2013 7.2.2测量仪器 测量仪器要求如下 冲击测量通用要求 a 测量仪器、隔离器及传感器的安装要求参见6.3.36.3.7 冲击测量系统 冲击测量系统包含位移或加速度测量系统及动态力测量系统,隔离器冲击变形也可通过对加 速度信号二次积分获得,或采用激光位移计或数字式高速摄影仪获得 机械滤波器 为降低加速度计测试时产生回零误差,传感器通过机械滤波器与台面或系统质量相连,应对含 滤波器测试系统进行频响线性度检查,系统的工作频率上限不低于1kHz 力与加速度传感器 测量冲击力及冲击加速度用传感器采用冲击型传感器,测试系统(包括机械滤波器)频响范围 应满足测试要求,系统非线性度应<2%;传感器横向与轴向灵敏度比<3% 传感器固定 传感器采用连接螺栓固定,在每次冲击前、后检查螺栓是否松动 防止传感器导线冲击过程中 剧烈抖动,导线需与冲击台面或被测物固牢 7.3测试程序 7.3.1冲击输入 冲击输人根据隔离器使用要求确定,通常隔离器应在不同冲击速度下(推荐试验冲击输人速度从 0.5m/s一5m/s,按0.5m/s递增或取不少于6个点均匀测试)进行多次冲击 7.3.2测试信号数据处理 记录被试系统输人,输出加速度和传递力时域波形,在读取时域波形前需滤波处理,消除干扰及局 部高频 对于输人加速度信号,推荐采用2Hz~1000Hz带通滤波;对于响应加速度信号,推荐采用 2Hz一200Hz带通滤波 若输出点速度趋于零时[如图11b)试验装置]应输出传递力时域波形 7.3.3隔离器冲击变形测量 隔离器冲击变形测量选择下列方法 a)绝对位移通过输人和输出点的加速度时域波形进行二次数字积分获得,其差值为隔离器相对 变形 当输出点被钳制即速度趋近于零时,输人点绝对位移即为隔离器冲击变形 利用激光位移计或数字高速摄影仪分别记录输人和输出点绝对位移时间变化曲线,其差值为 b 隔离器相对变形值 7.4测试结果 隔离器冲击变形 7.4.1.1当采用跌落式冲击试验装置时,冲击最大变形X.按式(28)计算 max|U(t)一A() (28 X= 式中: jlbu U(D -为台面冲击输人的绝对位移,当用加速度计测量时U) ,单位为米(m); 16
GB/T15168一2013 -JAou A() -为系统质块输出的绝对位移,当用加速度计测量时A(() ,单位为米(m); U、A 分别为台面冲击输人及系统质块输出绝对加速度,由实测得到,单位为米每二次方秒(m/s). 7.4.1.2当采用落锤式冲击试验装置时,冲击最大变形按式(29)计算 =max|A(t (29 X击 7.4.2等效冲击刚度 等效冲击刚度通过冲击传递力-变形迟滞回线计算得出 冲击传递力 a 1 当采用基础输人如跌落式冲击机、双波式冲击机等)时,最大冲击传递力F即为弹性系 统质量惯性力,按式(30)计算; (30 F用=MAm 式中: -最大冲击传递力,单位为牛顿(N). F， 当采用落锤式冲击试验装置时,冲击传递力F由隔离器输出端的力传感器直接测出 绘制冲击传递力-变形迟滞回线 曲线横坐标为试验系统隔离器冲击变形瞬态测试值,纵坐标为试验系统传递力瞬态测试值 由于冲击大变形引起的非线性和冲击响应过程呈自振衰减状态,故冲击传递力-变形迟滞回线 如图12所示呈现不对称性,图中最大冲击位移X.点对应的力为最大冲击弹性力F,F为最 大传递力 同样地利用动态试验中的椭圆法计算冲击刚度及冲击损耗因子 说明 -最大传递力; F F 最大弹性力; X -最大冲击位移 图12冲击传递力-变形迟滞回线 等效冲击刚度 等效冲击刚度由式(31)表示 K =F,/X (31 式中: K 隔离器等效冲击刚度,单位为牛每米(N/m); F -最大冲击弹性力,由图12冲击传递力-变形迟滞回线中直接读出,即最大冲击变形对 应的传递力,单位为牛顿(N) 17
GB/T15168一2013 7.4.3冲击损耗因子 由图12所示,从冲击传递力-变形迟滞回线中,直接读出最大传递力F及最大弹性力F,冲击损 耗因子按式(32)计算: 32 p;之、F一/F 式中: -冲击损耗因子 s 7.4.4冲击传递率 7.4.4.1当采用跌落式冲击试验装置时,冲击传递率拨式(33)计算 33 TA=MA/M=A/U 7.4.4.2当采用落锤式冲击试验装置时,冲击传递率按式(34)计算 < (34 入~Fm/(M十m)A 式中: 落锤质量，单位为千克(kg). m, 7.4.5隔离器冲击弹性力-变形曲线 隔离器冲击弹性力-变形曲线绘制程序如下 冲击速度由低至高对隔离器进行冲击测试,试验冲击输人速度按7.3.1(隔离器发生物理损坏 时试验终止),获取每次冲击最大变形及其对应的弹性力值 -绘制隔离器的弹性力变形曲线并进行平 b)对多只至少3只)同规格隔离器重复7.4.5a)试验， 均,平均后曲线即为该型隔离器的弹性力变形曲线,如图13所示,同时拟合出弹性力变形曲 线的函数表达式,推荐拟合误差小于15% 6000 曲线2 曲线1 3000 图13隔离器弹性力-变形曲线示例 18
GB/T15168一2013 附 录A 资料性附录 动态测试原理 动态性能测试原理 根据单自由度弹性系统中惯性力、弹性力、阻尼力及外力平衡原理确定隔离器动态性能参数 当系 统假定为结构阻尼、刚度为线性复刚度及输人为简谐力时.不同的激振法其力学模型如图5所示.在刚 性基础情况下,MK弹性系统运动方程式按式(A.1)确定 (A.1 NMX十KX(l十jp)=Fe"" 式中: M 系统中运动物体质量,单位为千克(kg) 弹性元件动刚度,单位为牛每米(N/m); K -结构阻尼的损耗因子 7 X 运动物体的绝对位移,单位为米(m) x 运动物体的绝对加速度,单位为米每二次方秒(m/s); 激振力幅值,单位为牛顿(N); F 激振圆频率,单位为弧度每秒(rad/s) w A.1.1基础激振 A.1.1.1位移响应幅值 位移响应幅值如下 当式(A.1)中F,=0、台面位移为u=4.e"时为基础激振,力学模型如图5a)所示,运动方程式 a 转化为式(A.2): A.2 M十Kxa1十)=K1I十i)w. 解运动方程式A.2),得到任意频率绝对位移响应幅值X，及绝对位移共振幅值X,分别由 式(A.3)及式(A.4)表示: X =u A.3 /-/o Xom=uo b)当式(A.1)中F =0,“=ue"时,运动方程式转化为式(A.5): -Mue"" M.x一a十K(x一w(I十p (A.5) 解运动方程式(A.5),得到任意频率相对位移响应幅值X 及相对位移共振幅值X,分别由 式(A.6)及式(A.7)表示: /w o，=u A.6 ww," A omsx=u/n 式中 -为基础激振位移幅值,单位为米(m) o 19
GB/T15168一2013 -质量M相对台面位移幅值,=(X一ul.,单位为米(G m o u 为基础激振加速度幅值,单位为米每二次方秒(m/s'); 系统共振圆频率,单位为弧度每秒(rad/s) w A.1.1.2动刚度 众所周知,当微振MK弹性系统位移共振时,激操力等于阻尼力,惯性力等于弹性力，于是动刚度 可按式(A.8)计算 (A.8 A-以(t A.1.1.3位移响应系数 位移响应系数如下 任意频率及其共振频率下的绝对位移响应系数分别按式(A.9)及式(A.10)计算 1十们 A.9 T lo -(/,十" Xnn" TA (A.10 V十1/T lo 任意频率及其共振频率下的相对位移响应系数分别按式(A.11)及式(A.12)计算 o/ A.11) TR 万司 T (w/w. oonx A.12 I'Rma lo A.1.1.4损耗因子 利用绝对位移共振响应系数求损耗因子p按式(A.13)计算: a A.13 一 b)利用相对位移共振响应系数求损耗因子刀按式(A.14)计算 A.14 Rmax A.1.2恒定载荷激振 A.1.2.1位移响应幅值 当式(A.5)中u=0恒定载荷激振,力学模型如图5b)所示,运动方程式化为式(A.15) Ms十Kx(十)=F,c" A.15 解运动方程式(A.15),得到任意频率位移响应幅值X 及共振频率位移幅值X分别由式 (A.16)及式(A.17)表示: F /K A.16 X V[一(/,]十" (A.17 Xm=F/Kn A.1.2.2动刚度 动刚度K，可按式(A.8)计算 2o0
GB/I15168一2013 1.2.3绝对位移响应系数 A， 当式(A.l6)中(o/w,)'-0时,位移幅值Xn,为一恒定值,由式(A.18)表示: =F,/K、可 (A.18 X 任意频率下绝对位移响应幅值X 与X之比T，按式(A.19)计算 ！？ T - A.19 [1一(/u.,]'十" 当系统共振时,最大绝对位移响应系数按式(A.17)计算 TA (A.20 , A.1.2.4力传递率 传递力F按式(A.21)计算 F十=KXI十外 A.21 力传递率T按式(A.22)计算 1十们 + A.22 T一 w/叫.)十" N[1 A.1.2.5损耗因子 利用绝对位移共振响应系数求损耗因子外按式(A.23)计算 刀=1/、TA A.1.3变载荷激振法 A.1.3.1位移响应幅值 当式(A.5)中u=0,激振力为oFe"时即为变载荷激振法,力学模型如图5c)所示 运动方程按 式(A.24)计算 MK十Kx4十j)-F,(e) (A.24 解运动方程式(A.24),得到任意频率下位移响应幅值X及共振频率下位移响应幅值X,分别由 式(A.25)及式(A.26)表示: Fno/K X A.25 /,]干 .26 Xn=F/(Mn A. A.1.3.2动刚度 动刚度K 按式(A.27)计算 K -u("人" (A.27 A.1.3.3位移响应系数 当式(A.25)中(w/a,)'--e时,位移响应幅值X 为一恒定值,由式(A.28)表示 .(A.28 XG=F,/M 任意频率下位移响应幅值x与X.之比为位移响应系数T,,按式(A.29)计算 21
GB/T15168一2013 A.29) 几-“石司 共振频率下位移响应幅值X 与X.之比按式(A.29)计算 omnx A.30 T -x/x =1/" Rmnx 由上述可见,在基础激振和恒定载荷激振中绝对位移响应系数T等于力传递率TF 在变载荷激 振中位移响应系数T 等于基础激振法中的相对位移响应系数TR A.1.3.4损耗因子 其损耗因子刀按式(A.31)计算 刀=1/TRG A.31 Rmax A.1.4利用半功率点求损耗因子 在小阻尼的情况下,也可用半功率点求损耗因子,适用于任意激振方式 以任意频率位移响应如式 A.19)为例,半功率点位移响应系数如式(A.32)所示 0.707T =T (A.32 将式(A.19)及式(A.20)代人式(A.32)中,得到半功率点处频率方程式(A.33): A.33 (w/o,)'一2(w/.,)十1一矿=0 损耗因子》由(A.34)表示 刀=o一o/(2o=o/o 式中: 分别为半功率点处所对应的圆频率,单位为弧度每秒(rad/s) w、o. Aw=w一w; =(w十o,/2 w A.1.5自振衰减法 当式(A.5)中u=0,F,=0且初始振幅为X 时,即为自振衰减法,时域波形如图7所示 运动方程 如式A.35)所示: .35 MK十KX(1十j2)=0 A A.1.5.1瞬态位移响应幅值 第i及(i十n)个波形的瞬态位移幅值,分别用式(A.36)及式(A.37)表示 X，=X,e叫 A.36) x，=X,e手-(Mt心" (A.37 式中 有阻尼固有圆频率， 2,单位为弧度每秒(rad/s) w ,,w=w,M A.1.5.2动刚度 试验系统固有频率根据位移波形的周期,按式(A.38)计算 A.38 * f = 克 n/2) 动刚度K 按式(A.39)计算 A.39) K =M.(2rf.)'/N 22
GB/I15168一2013 式中: M -试验系统中加载质量,单位为千克(kg); 试验系统中隔振器的个数 N A.1.5.3损耗因子 自由振动衰减中n个波形的对数衰减率按式(A.40)计算 工 ln(X/X,)=- A.40 元 当ln(X/X)<<2n开时,得到等效损耗因子7表达式如式(A.41)计算 刀=ln(X/X,/(ur) A.41 A.1.6椭圆法 A.1.6.1动刚度 从式(A.1)中可见,传递力由弹性力和与其正交的阻尼力合成,当位移为最大值X 时对应的传递 力F，等于弹性力KX,从传递力-变形迟滞回线(如图4所示)中可直接得到动刚度K ,如式(A.42 所示 (A.42 K =F/X，=AC/BC 式中: 2倍弹性力,单位为牛顿(N); AC 2倍最大位移,单位为米(m) BC A.1.6.2损耗因子 一个循环中弹性力、阻尼力相位差为90',当位移x=0时,阻尼力达最大值,此时传递力等于阻 在 尼力由图4可知,椭圆与Y轴相交点即为最大阻尼值 根据定义,损耗因子按式(A.43)计算 (A.43 7=F/F，=DE/AC 式中: F -最大阻尼力,单位为牛顿(N); DE 2倍阻尼力,单位为牛顿(N A.2机械阻抗测试原理 通过建立M、K元件和系统四端参数,求隔离器输人、,输出与其固有特性之间的关系,主要优点 如下: a)系统四端参数由系统本身的动态特性决定,与系统外结构无关 四端参数阻抗测试法不仅适用于简单元件组合,也适用于质量分布元件及复杂的结构系统 b 便于解决弹性元件中的驻波效应、机脚刚性不足及非刚性基础等振动中的难点问题 c A.2.1弹性系统力学模型 弹性系统力学模型如图A.1所示,假设;输人为简谐力Fe",系统由质量M和具有复刚度K”的 弹性元件组成,其中图A.1(a)激振力Fe作用在质量上,输出速度V=0;图A.1(b)激振力F.e”作 用在质量M上,输出力F =0 23
GB/T15168一2013 上eim" b 图A.1弹性系统力学模型 A.2.2元件并联系统 系统四端参数 图A.la)为并联系统,则并联系统四端参数方程按式(A.44)计算 " jowm 「F A.44 耳l, LV b)系统输人机械阻抗 因图A.la)中输出点F、V连接在质量无限大的基础上,所以V=0(或者满足V/V>10). 则式(A.44)简化为式(A.45). 月,-一x曾 A.45 V=F 兴 系统输人机械阻抗按式(A.46)计算 K土in 么-是 十jown (A.46 jo 上式复数形式的输人机械阻抗分别以实部R，和虚部1表示,则式(A.46)转换成式(A.47) A.47 Z m 7+ 系统输人机械阻抗的模按式A.48)计算 - - (A.48 n |Z|= 系统传递机械阻抗 传递机械阻抗按式(A.49)计算 -长--- (A.49 Z 传递机械阻抗的模按式(A.50)计算 lz2|-区T A.50 24

振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法GB/T15168-2013

随着科技的不断发展，振动与冲击隔离技术在工业、建筑、交通、航空航天等领域得到了广泛应用。而为了保证振动隔离器和冲击隔离器的性能，需要对其进行静态和动态性能测试。GB/T15168-2013是我国制定的振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法标准。

一、测试原理

振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法GB/T15168-2013主要通过测量隔离系统在不同载荷下的位移、速度、加速度等参数，评估隔离系统的静态和动态性能。

具体来说，静态性能测试主要是测量振动隔离器或冲击隔离器在不同载荷下的水平静态刚度、竖向静态刚度和静态缓冲特性；而动态性能测试则包括自由衰减试验、强迫激振试验和冲击响应试验等。

二、测试步骤

振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法GB/T15168-2013的测试步骤如下：

1. 准备测试设备：振动与冲击隔离器、负载台、激振器、加速度计、位移传感器等；
2. 进行静态性能测试，测量隔离系统在不同载荷下的位移、速度、加速度等参数；
3. 进行自由衰减试验，测量隔离系统的自然频率、阻尼比等参数；
4. 进行强迫激振试验，测量隔离系统的频率响应函数、传递函数等参数；
5. 进行冲击响应试验，测量隔离系统对冲击载荷的响应。

三、测试结果分析

振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法GB/T15168-2013的测试结果可以帮助评估隔离系统的性能，具体分析如下：

1. 静态性能测试：通过测量隔离系统在不同载荷下的水平静态刚度、竖向静态刚度和静态缓冲特性等参数，评估隔离系统的稳定性和承载能力。
2. 自由衰减试验：通过测量隔离系统的自然频率、阻尼比等参数，评估隔离系统的固有振动特性和减振能力。
3. 强迫激振试验：通过测量隔离系统的频率响应函数、传递函数等参数，评估隔离系统的动态响应特性和传递能力。
4. 冲击响应试验：通过测量隔离系统对冲击载荷的响应，评估隔离系统对突发冲击负载的抗震能力。

总之，振动与冲击隔离器静、动态性能测试方法GB/T15168-2013为我们提供了一种科学准确的测试手段，可以帮助我们更好地评估振动隔离器和冲击隔离器的性能，并为其设计和应用提供科学依据。

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