中低频冲击响应谱修正方法研究

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水下非接触爆炸试验是检验舰船及舰载设备抗冲击能力最直接有效的方法。使用加速度传感器测量试验过程中设备基座的加速度响应计算得到的冲击响应谱是设备抗冲击能力设计校核工作的重要依据。直接获得的加速度数据往往含有趋势项误差,导致计算的冲击响应谱中低频谱线漂移,漂移后的谱值可能会比真实值大1-2个数量级,对设备考核造成影响。本文针对趋势项误差导致的冲击响应谱中低频谱线漂移问题,提出了两种中低频冲击响应谱修正方法,并开展冲击验证试验,检验该方法的有效性。舰载设备抗冲击试验中的冲击环境通常由加速度信号计算得到的冲击响应谱表征。研究了冲击环境测量技术发展现状,加速度传感器作为传统的振动信号测量手段,在冲击环境下测量数据中往往含有趋势项误差成分,导致冲击响应谱中低频谱线漂移,不能准确描述试验过程中的中低频冲击环境。为解决上述问题,研究人员研制了簧片仪、冲击摆和弹簧振子等中低频冲击环境测量装置,作为加速度传感器的补充测量手段。研究发现直接观测加速度信号中是否含有趋势项存在困难,通过对信号应用傅里叶变换分析和数值积分方法分析处理,发现含趋加速度信号中往往含有高能低频分量,积分得到的速度和位移曲线出现严重零漂问题。信号的长度会影响冲击响应谱中低频谱线的漂移情况,较短的冲击信号含有较少的趋势项成分,其中低频谱线的漂移情况也会随之得到改善。提出了傅里叶变换-弹簧振子修正方法和小波变换-弹簧振子修正方法两种中低频冲击响应谱修正方法,推导了两种方法在理论上的可行性与完备性。接着开展了修正方法冲击验证试验,试验数据分析表明,试验加速度数据中含有趋势项误差成分,弹簧振子在冲击试验过程中工作状态稳定,测得试验数据真实可靠。对试验数据应用上述两种修正方法开展修正工作,研究结果表明,本文提出的两种修正方法均能够有效修正趋势项导致的冲击响应谱中低频谱线漂移问题,修正后的冲击响应谱回归低频谱线等位移特征,且高频谱线几乎未受影响。与傅里叶变换-弹簧振子修正方法相比,小波变换-弹簧振子修正方法具有更好的鲁棒性,修正能力更强,小波方法修正后的谱线斜率与标准6dB/oct斜率百分比最小为0.59%,修正后的谱线与弹簧振子等位移线的相关系数最大为0.9995,具有强相关性。修正后的冲击响应谱中低频谱线回归等位移特性,更准确的反映了冲击试验中低频冲击环境,为设备的评估校核工作提供了准确依据,具有重要的研究意义和相当的应用价值。
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