近年来,随着科技的发展、社会的进步和人民生活水平的提高,在各种场景中的硬碰撞和高速冲击现象越来越多,且越来越多的冲击场景中还伴随着较高的加速度值。一些精密的微电子器件如电池、引信、陀螺仪和导航模块等在多次或持续的高加速度值环境中也极易发生电子装置的失效现象,如电源导线断裂,传感器或电源模块的损坏等,而这些都将造成主体飞行器的失控或破坏,从而带来巨大的经济和可能的军事上无可挽回的损失。因此,对高G值冲击环境、冲击弹性波和防护结构的研究就成为业界关注的重要方向。虽然国内外对高加速度值冲击环境的研究也有了较多的进展,但是仍然存在以下几个方面的问题:一是无论是从理论推导还是实际研究,目前尚未有人对冲击环境中冲击舱体冲击不同衬垫材料产生的加速度峰值的影响因素进行较为详细的研究并提出相关见解;二是目前高加速度值的冲击试验基本基于传统的冲击试验机、Hopkinson压杆、马歇特落锤和空气炮这四种试验平台,其测量精度不高且占地面积较大、实验危险性也较高,难以适应相关实验的研究要求;三是国内尚无课题组针对高加速度冲击环境,应用高性能纤维复合材料制作承载仪器的冲击舱体的内置舱体壳体,研究纤维材料的种类、数量、排布方式等对冲击弹性波传递及舱体内部的加速度值峰值的影响。基于以上背景,自主搭建高加速度冲击试验平台,基于Hertz接触理论对该平台上冲击舱体G值峰值关系式进行了演绎与修正;讨论并研究了该平台上冲击舱体产生加速度值峰值的影响因素;自主设计制作碳纤维、玄武岩纤维、芳纶1414纤维增强环氧树脂复合材料壳体并安装至冲击舱体中,并以此为研究对象,分别研究不同纤维与不同结构时冲击弹性波的传递规律;基于碳纤维增强环氧树脂复合材料内置舱体壳体,设计制作内设的悬浮式载台,研究“悬浮”对载台加速度峰值及峰值时间宽度的影响。本课题研究内容与研究成果主要体现在以下几个方面。(1)阐述Hertz接触理论中的刚性圆柱体对弹性半空间体碰撞所产生的加速度峰值的数学模型,基于HALL-1型微电子器件高加速度冲击试验仪的冲击体结构,对其Hertz接触理论的相关数学模型进行演绎;依据冲击试验仪对各种不同衬垫材料冲击试验的结果,拟合冲击体的加速度峰值与其运动速度的关系式,比较演绎式与试验拟合关系式加速度峰值的误差,并分析其缘由。鉴于衬垫材料弹性体不同的摩擦系数大小与以上误差大小具有一定的相关性,由此讨论冲击衬垫材料的摩擦系数影响,依此对演绎式进行误差修正。结果表明:冲击体的冲击加速度峰值与冲击体的运动速度V,质量M,冲击体与衬垫材料的弹性模量E1、E2,泊松比v1、v2,接触半径α和冲击体底面半径大小r均有关;多层衬垫材料之间及衬垫材料与冲击体之间不同的摩擦状况影响Hertz理论演绎式与试验拟合关系式加速度峰值的误差;依据摩擦系数的影响,经修正后,摩擦系数较小的衬垫材料,其演绎式与试验拟合关系式加速度峰值的误差可降低到容许范围之内。(2)以冲击舱体内置悬浮式载台的壳体材料为研究对象,研究不同的高性能纤维材料(碳纤维、玄武岩纤维和芳纶1414纤维)、不同的排布方式(水平排布或竖直排布)和不同的纤维总量对悬浮式载台G值峰值大小的影响。结果表明:采用碳纤维复合材料壳体的吸能储能能力较其他两种高性能纤维弱,玄武岩纤维为最强;对于同样排布方式同种纤维复合材料壳体,纤维用量多的比纤维用量少的壳体吸能能力更强;同样的纤维排布方向,冲击弹性波在碳纤维复合材料壳体中的传递速度较快,玄武岩纤维传递速度较慢;且同种高性能纤维复合材料壳体,纵向排布高性能纤维其冲击弹性波传递速度较快;所有规格的高性能纤维复合材料壳体对峰值持续时间都有着较好的缩小作用,相比较冲击舱体的加速度峰值持续时间,有高性能纤维增强的悬浮式载台的G值峰值持续时间约缩小50%左右。(3)以碳纤维复合材料壳体的内置舱体和悬浮式载台为研究对象,从冲击弹性波震源、冲击弹性波传递、悬浮式载台与内置舱体聚丙烯膜壁之间的摩擦、悬浮式载台下的衬垫材料的弹性模量等多角度,进行1.8m/s-5.5m/s冲击速度的冲击试验,研究内置舱体内的载台的“悬浮”方式对降低冲击加速度峰值的影响。结果表明:冲击舱体在1.8m/s～5.5m/s的冲击速度范围内,悬浮式载台G值峰值直接受冲击舱体冲击衬垫材料时产生的弹性波强度的影响,且震源冲击强度越大,悬浮式载台G值峰值越大;冲击弹性波在传递过程中受悬浮式载台下的衬垫材料吸能能力影响,其吸收的能量越多,悬浮式载台G值峰值越小;另外,悬浮式载台G值峰值还受到载台与内置舱体内壁摩擦力和载台下方的衬垫材料弹性模量的影响,悬浮式载台与内置舱体内壁之间的摩擦力越小,悬浮式载台G值峰值越小,而悬浮式载台下衬垫材料的弹性模量(实验范围为9kPa～31kPa)越大,悬浮式载台G值峰值越小,其G值峰值发生时间也相对滞后。以上研究结果可为高加速度值冲击环境下冲击舱体内置的微电子器件的防护研究提供相关的实验依据与研究思路,具有积极的实际应用价值。