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正弦半波冲击试验中加速度、速度、位移的关系

2024-08-02 15:17:09·  来源：振动试验学习笔记  
　

在做正弦半波冲击试验时，冲击试验利用振动控制仪通过加速度来控制振动台面，加速度是无法通过眼睛能够观察，只能通过冲击声音大小来进行判断。眼睛可以看到位移（振动台在动），眼睛和耳朵可以感觉到冲击量级大小（加速度越大，声音越大），但是具体是怎么一一对应的呢？


下面就一个实例来进行说明。

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图2是通过在振动控制仪中输入加速度、脉宽及适应标准后得到的目标加速度、目标速度、目标位移的图形。也就是说，振动控制仪按照此目标图形对振动台面进行控制，问题就出在，对应此目标图形，新手们根本不知道动圈台面是如何运动的？


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（1）基本知识

加速度是速度的时间变化率（速度的微分）：

+方向的加速度 = 加速运动 、 -方向的加速度 = 减速运动


速度是位移的时间变化率（位移的微分）：

+方向的速度 = 朝+方向移动 、 -方向的速度 = 朝-方向移动


（2）加速度和速度的关系


①～②区间：速度变化（斜率）为正，加速度为正（大小由斜率的大小决定）。


②～③区间：速度变化（斜率）为负，加速度也为负（大小由斜率的大小决定）。


③～④区间：速度变化（斜率）为正，加速度也为正（大小由斜率的大小决定）。


○冲击的主波是从③之前开始，持续到④之后。此区间内速度斜率为正，速度拐弯处主波开始，到结束为止，波形读取比较容易。

○此区间内为主要冲击发生区域，速度斜率很大。


④～⑤区间：速度变化（斜率）为负，加速度也为负（大小由斜率的大小决定）。


⑤～⑥区间：速度变化（斜率）为正，加速度为正（大小由斜率的大小决定）。



（3）速度和位移的关系


①～②区间：位移变化（斜率）为正，速度矢量为正（大小由斜率的大小决定）。


②～③区间：位移变化（斜率）为负，速度矢量也为负（大小由斜率的大小决定）。


③～④区间：位移变化（斜率）为正，速度矢量也为正（大小由斜率的大小决定）。


○冲击主波在那里发生，从位移中读取相当困难。但是，冲击试验中，对于振动机的额定位移尽量在程序中进行设定以便有效利用，为了满足正方向冲击加速度，一般都是使用先负方向减速，然后再正方向加速。所以，主波的加速度发生时，位移一般都是在负的区域内。


○另外，位移是速度的变化率，速度为0时，位移的斜率也为0。由此，冲击主波的加速度发生时间带，位移在负区域的峰值处。


④～⑤区间：位移变化（斜率）为负，速度矢量也为负（大小由斜率的大小决定）。


（4）加速度和位移的关系


目视冲击试验或用摄像机拍摄，加速度在变大，位移却是反方向移动，感觉有点奇怪。其实，这个不是错觉，实际上，加速度正方向最大时，位移在负方向最大值处。


总结：


利用汽车的加减速来说明，可能比较容易理解。


（ⅰ）停止状态（①）开始慢慢加减速，停止（②）。随后，后退慢慢加速。


（ⅱ）猛烈速度后退状态（③），突然刹车停止（③）⇒位移随时间负方向增大。


（ⅲ）毫发之间，最大速度（直到④为止）急加速。⇒位移随时间正方向增大。


其中的（ⅱ）（ⅲ）步骤中主要冲击发生。


（ⅳ）此后，慢慢踩刹车减速，停止后再后退，返回原来的位置。

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还是不能理解？？？那只能出绝招了。假设一个人站着原地站立，慢慢蹲下停止，往上跳，又落下蹲下，回到原来站立状态。请问重心是个啥方向的波形呢？是不是类似于负方向的正弦半波冲击波形？

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