1 應用背景

隨著試驗技術(shù)的不斷進步，正弦沖擊已成為一種重要的測試手段，廣泛應用于評估元器件、設備以及其他電子電工產(chǎn)品在實際使用過程中所面臨的復雜力學環(huán)境。這些產(chǎn)品在使用過程中常會受到諸如地震、爆炸、運輸過程中的沖擊或機器運行時產(chǎn)生的短時、瞬態(tài)振動等突發(fā)性脈沖和振蕩力的作用。如特高壓變電站設備在遭受地震瞬態(tài)沖擊時的性能表現(xiàn)、航母艦載戰(zhàn)斗機著艦過程中受到阻攔索沖擊的耐受性測試，以及航天器在發(fā)射和返回階段所經(jīng)歷的輕度（可能指低強度或低頻）振動測試等，均是瞬態(tài)沖擊試驗在不同領域的典型應用場景。

正弦脈沖振動試驗環(huán)境

正弦沖擊試驗是一種振動環(huán)境復現(xiàn)的測試手段，主要評估產(chǎn)品、材料或者結(jié)構(gòu)在正弦沖擊下的動態(tài)響應及可靠性，對于確保相關(guān)產(chǎn)品在jiduan力學條件下的可靠性和安全性具有重要意義，并廣泛應用在以下領域中：

u  航空航天：測試設備在火箭發(fā)射或爆炸沖擊下的耐受性。

u  電子產(chǎn)品：評估運輸過程中突然跌落或沖擊的影響。

u  軍事裝備：模擬爆炸沖擊波對設備的瞬時作用。

u  建筑與橋梁：分析地震或強風引起的瞬態(tài)振動響應。

在正弦沖擊試驗中，產(chǎn)品經(jīng)受特定的沖擊激勵后，還需進行詳細的功能和性能檢測。這一過程不僅驗證產(chǎn)品在沖擊過程中的即時響應，還評估其在沖擊后是否仍能滿足設計和使用要求，從而準確評估產(chǎn)品承受瞬態(tài)沖擊環(huán)境的能力。

2 正弦沖擊試驗分類

正弦沖擊試驗，顧名思義：通過施加短暫的正弦波形脈沖（如單次或者有限周期的正弦波），模擬瞬態(tài)沖擊振動環(huán)境，考核被測產(chǎn)品的性能。其波形特顯為單個或者多個正弦波，具有明確的頻率、幅值和持續(xù)時間。正弦沖擊試驗主要關(guān)注瞬態(tài)響應，而非穩(wěn)態(tài)振動下的疲勞特征，由于其為確定性信號，便于故障復現(xiàn)和分析。

試驗過程中，常用的激勵波形包括拍波、正弦瞬態(tài)沖擊波和線性調(diào)頻波等。為了精確模擬實際工況并滿足特定的試驗需求，這些波形通常會經(jīng)過一系列信號處理流程，如去直流偏置、高低通濾波、波形縮放以及重采樣等。通過對波形的精細設計和調(diào)整，可生成符合試驗要求的定制化目標波形，從而為產(chǎn)品提供更具針對性和準確性的沖擊模擬環(huán)境。

信號類型選擇

n  正弦拍波試驗（Sine Beat）

拍波激勵是瞬態(tài)沖擊試驗中常見的形式之一，拍波試驗也常稱為正弦拍頻試驗，主要用于耐震或抗震試驗，特別是構(gòu)造物受到短時間的脈沖力和周期性力沖擊后的環(huán)境情況。產(chǎn)品在固定頻率上用若干預定的正弦拍頻振動激勵，這個固定頻率是預定頻率或者產(chǎn)品的自振頻率，類似于擁有一個共振頻率的單純構(gòu)造物的地面受到水平方向地震波，試驗后確認其健全性。在獨立的正弦拍頻之間有一個間歇，以允許產(chǎn)品的自響應衰減。

波形如下圖，試驗條件中需掌握振幅幅值、正弦波的頻率、波形長度（波數(shù)n和拍數(shù)）。波形是調(diào)制的正弦波，頻率為試驗結(jié)構(gòu)體的自振頻率，以期望產(chǎn)生共振效應，其幅值被一個長周期正弦波所調(diào)制。

正弦拍波波形示意

n  正弦脈沖試驗（Sine Burst）

正弦脈沖激勵則通過多周期的定頻正弦波來模擬準靜態(tài)環(huán)境模擬的試驗方法，主要用于衛(wèi)星在運載火箭升空的主動段，受到火箭高值加速度而產(chǎn)生靜力過載的模擬試驗。為了確定衛(wèi)星承受的靜載荷對其本身結(jié)構(gòu)及運行狀態(tài)的影響，要對衛(wèi)星做加速度過載試驗，以模擬衛(wèi)星在火箭發(fā)射過程中受到的穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)加速度慣性載荷。波形如下圖，試驗條件中同樣需要確定振幅值A、生成的正弦波的頻率f、波形長度（波數(shù)n）。在實際試驗中，為避免試驗開始就受到大量級的負荷，需對波形加窗加入上升和下降領域。

正弦脈沖波形示意

正弦脈沖（Sine Burst）主要優(yōu)點是在被試件放在振動臺上進行其它測試之后可以緊接著完成正弦脈沖試驗。與正弦駐留或掃頻相比，它給硬件帶來了更少的循環(huán)加載次數(shù)，并且特別適合于剛度相對較大的組件或電子箱，儀器或航天器。經(jīng)實踐證明此方法可以減輕已知的風險。

正弦脈沖：15Hz@10g試驗示例

n  衰減正弦（Decayed Sine）

在艦載機彈射起飛和攔阻著陸沖擊試驗中，一般可用衰減正弦波進行模擬，即其信號為特定頻率下，振動幅值逐漸衰減的過程，可設置振動峰值，阻尼比、波數(shù)等參數(shù)，如下圖所示。

衰減正弦設置及波形狀

n  線性調(diào)頻（Sine Burst）

線性調(diào)頻激勵類似于正弦波，其幅值固定，只是其頻率并非固定，是一種頻率隨時間線性變化的信號，其頻率可在設定頻段內(nèi)逐漸上升或下降，如下圖所示。

線性調(diào)頻：頻率上升

線性調(diào)頻：頻率下降

3 NTS.LAB VCS 正弦沖擊試驗

正弦沖擊試驗控制過程：用戶在軟件中預設產(chǎn)品的振動加速度試驗譜，并通過振動控制儀器將信號發(fā)送給功率放大器，功率放大器將信號放大后傳遞到振動臺，使振動臺振動，振動控制儀獲取傳感器（粘貼在振動臺或者產(chǎn)品上）采集的振動信號，做快速的處理并與軟件預設的目標譜對比，不停的修正迭代，直至均衡到目標譜的容差范圍之內(nèi)，實現(xiàn)目標波形的再現(xiàn)。

振動控制流程

整個過程中，振動控制器的輸出--功放--振動臺--加速度傳感器--振動控制器輸入，形成一個完整的閉環(huán)迭代系統(tǒng)。

n  不同激勵信號類型選擇

NTS.LAB VCS瞬態(tài)沖擊模塊中，支持多種波形，如正弦拍波，正弦脈沖，線性掃頻，多正弦等。軟件提供多種分析功能，如通道間傳遞函數(shù)分析，線性自功率譜分析等，還可對時域波形進行長時間數(shù)據(jù)記錄以供后續(xù)詳細分析。

多種沖擊波形選擇

n  補償類型選擇

采用振動臺進行沖擊試驗時要求模擬的時域目標波形滿足加速度、速度、位移均為“靜止啟動，靜止結(jié)束”，這是因為振動臺不允許末位移和末速度的存在，否則會損壞設備。因此必須對信號進行一系列的修正補償處理，以確保在沖擊結(jié)束時臺面的加速度、速度和位移恢復到靜止狀態(tài)，且在試驗過程中，加速度、速度和位移在運行過程中zuiyou且不會超出振動臺的工作能力。

由于原始波形的試驗條件的位移和速度較大，可對正弦沖擊選擇補償處理。在保證峰值加速度不變的情況下，有效地降低了波形的位移和速度。

優(yōu)化前：速度（0.676m/s）、位移量級（30.991mm）

優(yōu)化后：速度（0.665m/s）、位移量級（7.034mm）

可以看出，優(yōu)化前試驗所需的速度和位移較大，且位移超出了振動臺的指標。優(yōu)化后，試驗所需的速度和位移顯著降低，振動臺wanquan可以滿足試驗的需求。

n  沖擊響應譜在線計算

在進行沖擊試驗時，往往需要計算該沖擊信號的沖擊響應譜（SRS）數(shù)據(jù)，NTS.LAB VCS 瞬態(tài)沖擊模塊增加SRS計算模塊，用戶可設置阻尼比、擬合倍頻程、目標譜類型（zuida響應譜、殘余響應譜、初始響應譜等）。

SRS分析參數(shù)設置

n  試驗安全保護設置多樣化

在瞬態(tài)沖擊試驗中，為防止測試產(chǎn)品的過試驗，保證產(chǎn)品測試安全，NTS.LAB為試驗設置了不同的試驗安全保護措施，可設置有效值中止、警告限值、驅(qū)動電壓限值等，防止過試驗，保證測試安全。

試驗安全設置

4 總結(jié)

正弦沖擊環(huán)境是一種典型的復雜振蕩型沖擊，其特征在于短時間內(nèi)施加高強度的周期性振蕩力，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性和動態(tài)性能構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn)。NTS.LAB VCS瞬態(tài)沖擊模塊憑借其簡潔直觀的軟件界面，為用戶提供了便捷的操作體驗，顯著提升了試驗的效率和可操作性。該模塊能夠根據(jù)試驗需求，靈活提供多種振動時域信號選擇，以滿足不同應用場景和測試目標的要求。

基于正弦沖擊試驗方法，可有效考核產(chǎn)品在jiduan力學環(huán)境下的疲勞強度和抗震特性。通過精確模擬實際使用過程中可能遭遇的動態(tài)沖擊載荷，為產(chǎn)品設計優(yōu)化提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。具體而言，其試驗結(jié)果可用于指導產(chǎn)品的設計改良，包括但不限于減振、隔振措施的實施，以及通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)來錯開產(chǎn)品的固有振動頻率，從而避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。這些改進措施有助于顯著提升產(chǎn)品的可靠性和耐久性，使其在復雜工況下具備更強的適應性和穩(wěn)定性，進而將產(chǎn)品的整體可靠性提升至更高水平。