Ударные спектры (рис.9с) получаются в результате откликов системы, имеющей бесконечное число резонансных частот, и представляются в виде графиков значений предельных (максимальных и минимальных) откликов ускорения 
на рис.9б как функции резонансных частот для недемпфированной линейной упругой системы.
на рис.9б как функции резонансных частот для недемпфированной линейной упругой системы. Положительный начальный ударный спектр 
на рис.9с представляет собой огибающую максимальных значений ускорений отклика, возникающего в период действия импульса в том же самом направлении, что и возбуждающий импульс 
на рис.9б.
на рис.9с представляет собой огибающую максимальных значений ускорений отклика, возникающего в период действия импульса в том же самом направлении, что и возбуждающий импульс на рис.9б. Положительный остаточный ударный спектр 
представляет собой огибающую максимальных значений ускорения того же самого отклика, возникающего после окончания импульса и совпадающего с ним по направлению: 
.
представляет собой огибающую максимальных значений ускорения того же самого отклика, возникающего после окончания импульса и совпадающего с ним по направлению: . Отрицательный начальный ударный спектр 
представляет собой огибающую максимальных значений ускорения отклика, возникающего в период действия импульса в направлении, обратном действию этого импульса: 
.
представляет собой огибающую максимальных значений ускорения отклика, возникающего в период действия импульса в направлении, обратном действию этого импульса: . Отрицательный остаточный ударный спектр 
представляет собой огибающую максимальных значений ускорения отклика, возникающего после окончания действия импульса в направлении, обратном действию этого импульса: 
.
представляет собой огибающую максимальных значений ускорения отклика, возникающего после окончания действия импульса в направлении, обратном действию этого импульса: . Все четыре спектра представлены на рис.9с, где, кроме того, отмечены резонансные частоты корпуса.
Так как затухание импульса предполагается равным нулю, отклик после воздействия импульса представляет собой устойчивое синусоидальное колебание вокруг нулевого ускорения. Таким образом, положительные и отрицательные остаточные спектры удара являются зеркальным отражением друг друга относительно частотной оси при изображении ударного спектра ускорения.
Отрицательный начальный спектр всегда меньше по величине, чем положительный для тех форм импульса, о которых идет речь в данном документе. Поэтому методика испытания на удар требует проведения испытаний в обоих направлениях вдоль каждой оси. Максимальное ускорение для составных частей данной системы определяется затем положительным начальным спектром в обоих направлениях. Отрицательный начальный спектр поэтому не упоминается далее по тексту настоящего приложения.
Огибающая положительного начального спектра и огибающая остаточного спектра показывают максимальное ускорение отклика масс, когда бы оно не возникло. Она называется максимальным откликом спектра удара. Для того чтобы представить более полные сведения, начальный и остаточный спектры изображены отдельно. Часто бывает затруднительно установить точную длительность и в этом случае практически невозможно определить эти спектры в отдельности.
Спектры удара могут быть легко нормализованы по максимальному значению амплитуды и длительности для одинаковых форм ударных импульсов. Если вместо 
и выбирают координаты шкалы 
и 
, то спектры удара будут действительны для любых ударов такой же формы импульса. Спектры, представленные на рис.5, 6, 7, 11 и 12, имеют следовательно координаты шкалы: как функцию и как функцию для частного примера длительности и пикового ускорения.
и выбирают координаты шкалы и , то спектры удара будут действительны для любых ударов такой же формы импульса. Спектры, представленные на рис.5, 6, 7, 11 и 12, имеют следовательно координаты шкалы: как функцию и как функцию для частного примера длительности и пикового ускорения. В2. Использование ударных спектров первого порядка на практике
В элементах и аппаратуре внутренние детали или части обычно образуют более сложную систему, чем недемпфированные системы; например, соединенные последовательно системы с многими степенями свободы с демпфированием, как показано на рис.10. В этом случае колебания, вызванные воздействием удара в одной внешней системе, могут привести к повреждению внутренней системы в результате возникновения связанных резонансных явлений. Эти явления могут быть описаны системой спектров удара высшего порядка, действительных для данных комбинаций резонансных частот упругих подсистем.
Если резонансные частоты последовательно соединенных систем значительно отличаются друг от друга, то спектр удара первого порядка дает приемлемую возможность сравнения потенциальной разрушающей способности ударов различных форм импульса.
Наивысшее ускорение внутренних масс достигается при возбуждении резонансов во время воздействия импульса. В этом случае возникающие колебания ускорения накладываются на ускорение самого импульса. Следовательно, как видно из разд.В3, наибольшая опасность повреждения в этой связи будет при наименьшей длительности нарастания импульса.
Обычно демпфирование снижает отклик на средних частотах во время действия импульса и на средних и высоких частотах после действия импульса. Демпфирование уменьшает как амплитуду, так и длительность колебаний и тем самым заметно снижает отклик любых внутренних систем. В силу вышеизложенного опасность повреждения вследствие удара обычно меньше для систем с демпфированием колебаний, чем для систем с малым демпфированием, особенно для систем с большим числом степеней свободы. Спектры удара недемпфированных систем представляют собой наиболее худшие случаи.
Следовательно, ударный спектр ускорения не описывает полностью опасность разрушения, вызванного воздействием удара. Тем не менее, это упрощенное представление дает возможность выбрать определенную форму ударного импульса для конкретного случая.
Перед сравнением спектров удара точные испытания на воздействие удара должны оцениваться по степени влияния более продолжительных колебаний отклика, представленных остаточными спектрами и сравниваемых с кратковременными колебаниями отклика, представленными начальными спектрами. Оценка должна исходить из наиболее вероятных видов повреждения.
В3. Ударные спектры номинальных форм импульса
Ударные спектры ускорения рекомендуемых номинальных форм импульсов представлены на рис.5, 6 и 7.
Форма спектров для любой данной формы импульса не зависит от длительности импульса вследствие применения неразмерной шкалы. Нормализованная частотная шкала позволяет определять частотные шкалы для любой длительности 
. Обобщенная шкала откликов позволяет определить уровень ускорения для любого пикового значения 
.
позволяет определять частотные шкалы для любой длительности . Обобщенная шкала откликов позволяет определить уровень ускорения для любого пикового значения . Начиная с низких частот и до 
0,2, начальные спектры примерно одинаковы, в то время как остаточные спектры почти пропорциональны изменению скорости импульса. Это является причиной дополнительного допуска на изменение скорости. У трапецеидальной формы импульса имеет место наибольшее изменение скорости для данного максимального ускорения и длительности.
0,2, начальные спектры примерно одинаковы, в то время как остаточные спектры почти пропорциональны изменению скорости импульса. Это является причиной дополнительного допуска на изменение скорости. У трапецеидальной формы импульса имеет место наибольшее изменение скорости для данного максимального ускорения и длительности. В диапазоне промежуточных частот 0,2
10 начальный спектр имеет различный уровень отклика, который, в основном, зависит от времени нарастания импульса. У пилообразной формы импульса самое большое время нарастания (рис.5) и самый низкий отклик для данной амплитуды импульса; у трапецеидального импульса, как видно из рис.7, самый высокий отклик для данной амплитуды вследствие малого времени нарастания и плоской вершины, что позволяет даже колебаниям низкой частоты достигнуть максимума, прежде чем произойдет спад амплитуды импульса. Остаточный спектр пилообразного импульса имеет относительно высокий уровень, а его кривая достигает первого нулевого значения приблизительно при 
10. Частота нулевого значения остаточного спектра зависит от соотношения времени нарастания и спада, причем частота увеличивается при увеличении крутизны спада пилообразного импульса. Остаточные спектры полусинусоидального и трапецеидального импульсов имеют повторяющиеся нулевые значения, начиная с относительно низких частот, приблизительно c 1. Это обусловлено симметрией этих импульсов и является большим недостатком с точки зрения воспроизводимости испытаний. Наибольшие изменения в длительности импульса или его симметрии могут вызвать значительные изменения в остаточном отклике и дают различные результаты испытаний.
10 начальный спектр имеет различный уровень отклика, который, в основном, зависит от времени нарастания импульса. У пилообразной формы импульса самое большое время нарастания (рис.5) и самый низкий отклик для данной амплитуды импульса; у трапецеидального импульса, как видно из рис.7, самый высокий отклик для данной амплитуды вследствие малого времени нарастания и плоской вершины, что позволяет даже колебаниям низкой частоты достигнуть максимума, прежде чем произойдет спад амплитуды импульса. Остаточный спектр пилообразного импульса имеет относительно высокий уровень, а его кривая достигает первого нулевого значения приблизительно при 10. Частота нулевого значения остаточного спектра зависит от соотношения времени нарастания и спада, причем частота увеличивается при увеличении крутизны спада пилообразного импульса. Остаточные спектры полусинусоидального и трапецеидального импульсов имеют повторяющиеся нулевые значения, начиная с относительно низких частот, приблизительно c 1. Это обусловлено симметрией этих импульсов и является большим недостатком с точки зрения воспроизводимости испытаний. Наибольшие изменения в длительности импульса или его симметрии могут вызвать значительные изменения в остаточном отклике и дают различные результаты испытаний. На высоких частотах начальные спектры стремятся к 
1, а остаточные - к нулю. Это поясняется тем, что масса на очень жесткой пружине точно следует за нарастанием ускорения импульса возбуждения. Данное положение справедливо для всех форм импульса, имеющих конечное время нарастания и спада.
1, а остаточные - к нулю. Это поясняется тем, что масса на очень жесткой пружине точно следует за нарастанием ускорения импульса возбуждения. Данное положение справедливо для всех форм импульса, имеющих конечное время нарастания и спада. В4. Влияние пульсаций
Колебательные системы с малым демпфированием или без демпфирования очень чувствительны к пульсации. Пример влияния пульсации на ударный спектр полусинусоидального импульса показан на рис.11. Сигнал пульсаций частотой 460 Гц и амплитудой 50 м·с
(5
) наложен на полусинусоидальный импульс с номинальным ускорением 500 м·с (50 ) и длительностью 11 мс (пульсация 10%, 
5), и по окончании действия импульса пульсация затухает с коэффициентом демпфирования 10%.
(5 ) наложен на полусинусоидальный импульс с номинальным ускорением 500 м·с (50 ) и длительностью 11 мс (пульсация 10%, 5), и по окончании действия импульса пульсация затухает с коэффициентом демпфирования 10%. Этот суммарный сигнал воспроизводит теоретический импульс, подобный тому, который можно получить на ударных установках. Влияние пульсаций, как можно видеть, особенно значительно на остаточный спектр. При увеличении пульсации до 20% увеличивается максимальное значение пика приблизительно до 
4. В силу вышеизложенного пульсации по возможности следует избегать, чтобы сохранить воспроизводимость испытаний.
4. В силу вышеизложенного пульсации по возможности следует избегать, чтобы сохранить воспроизводимость испытаний. Влияние пульсаций в низкочастотном диапазоне (где 0,2) незначительное. В диапазоне более высоких частот (где 
0,2) имеются пики на частоте пульсации, причем отклик увеличивается на более высоких частотах и стремится к постоянной амплитуде пульсации. Пульсация всегда оказывает большее влияние на остаточный спектр, чем на начальный. Начальный спектр для форм импульса с малым временем нарастания (трапецеидальный импульс) чувствителен только к пульсации на высокой частоте. Начальный спектр пилообразного импульса очень чувствителен к пульсации по всему диапазону промежуточных и высоких частот.
0,2) незначительное. В диапазоне более высоких частот (где 0,2) имеются пики на частоте пульсации, причем отклик увеличивается на более высоких частотах и стремится к постоянной амплитуде пульсации. Пульсация всегда оказывает большее влияние на остаточный спектр, чем на начальный. Начальный спектр для форм импульса с малым временем нарастания (трапецеидальный импульс) чувствителен только к пульсации на высокой частоте. Начальный спектр пилообразного импульса очень чувствителен к пульсации по всему диапазону промежуточных и высоких частот. Пульсация, которая слабо деформирована, имеет место в течение большого периода времени после окончания импульса и может значительно влиять на остаточный спектр.
При избыточной пульсации результаты испытаний на воздействие удара могут резко отличаться от результатов, полученных при испытаниях, при которых пульсация находится в пределах допусков. Предполагается, что допуски в зоне номинальных форм импульсов должны включать в себя допустимую пульсацию так же, как и другие искажения формы.
В5. Воспроизведение воздействий различных ударных импульсов одиночным
Рекомендуемые ударные импульсы предназначены не для воспроизведения ударов, встречающихся на практике, а для воспроизведения реакций внешних окружающих воздействий. Для испытаний на воздействие удара необходимо рассмотрение спектров удара в реальных окружающих внешних условиях. Однако, эти сведения ограничены и сведены к статическому распределению пиковых ускорений или к вычислению предполагаемого уровня ускорения.
Часто возможно воспроизвести эффект воздействия нескольких ударов различной пиковой амплитуды и изменяющейся длительности одним ударным воздействием.
Графики на рис.12 дают возможность сравнить спектры отклика ряда полусинусоидальных импульсов со спектрами отклика одиночного импульса треугольной формы с более высоким уровнем ускорения.
На графике видно значительное перекрытие спектра ряда полусинусоидальных импульсов пилообразным импульсом с несколько большей амплитудой.
ПРИЛОЖЕНИЕ С Рекомендуемое. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ НАГРУЗОК
| Испытание Еа и руководство. Одиночный удар (МЭК 68-2-27) (ГОСТ 28213) | Предназначено для воспроизведения воздействий неповторяемых ударов, которые могут иметь место в процессе транспортирования или эксплуатации элементов и аппаратуры |
| Испытание Еb и руководство. Многократные удары (МЭК 68-2-29) (ГОСТ 28215) | Предназначено для воспроизведения воздействий повторяющихся ударов, которые могут иметь место в процессе транспортирования аппаратуры или элементов или когда последние установлены на различных видах транспортных средств |
| Испытание Ес. Падение и опрокидывание, предназначенное, в основном, для аппаратуры (МЭК 68-2-31) (ГОСТ 28217) | Испытание, предназначенное для оценки устойчивости аппаратуры к воздействию ударов или толчков при ремонтных работах или для оценки небрежной установки на рабочий стол или верстак |
| Испытание Ed. Свободное падение (МЭК 68-2-32) (ГОСТ 28218) Метод 1 - Свободное падение | Испытание, предназначенное для оценки воздействий падений, которые могут иметь место в результате небрежного обращения. Испытание может также применяться для определения степени прочности |
| Испытание Ed. Свободное падение (МЭК 68-2-32) (ГОСТ 28218) Метод 2. Свободное падение, повторяемое | Предназначено для воспроизведения воздействий повторяемых ударов, которым могут подвергаться определенные виды образцов, например, соединители |
| Испытание Ес и руководство. Транспортная тряска (МЭК 68-2-55)* | Предназначено для имитации условий случайных ударов, воздействующих на образцы, которые могут перевозиться незакрепленными колесным транспортом, двигающимся по пересеченной местности |
_________________
* Разработка государственного стандарта не предусмотрена.
* Разработка государственного стандарта не предусмотрена.
Испытание на воздействие одиночного и многократных ударов проводится на образцах, закрепленных на испытательной установке. Испытание на воздействие падения и опрокидывания, свободного падения и транспортной тряски проводится на незакрепленных образцах.
Пилообразный импульс с пиком на конце
 | |
| 400 × 209 пикс. Открыть в новом окне | |
Обозначения к рис.1, 2 и 3
номинальный импульс;
пределы допусков; - длительность номинального импульса; - пиковое ускорение номинального импульса;
- минимальное время, в течение которого импульс должен контролироваться для ударов, генерируемых на обычной ударной установке;
- минимальное время, в течение которого импульс должен контролироваться для ударов, генерируемых с помощью виброгенератора Рис.1
Полусинусоидальный импульс
 | |
| 347 × 194 пикс. Открыть в новом окне | |