[发明专利]一种高G值半正弦加速度碰撞试验台和试验方法

权利要求书

1.一种高G值半正弦加速度碰撞试验台，其特征在于：包括框架、试验台面、安装在试验台面上的配重块、安装在框架上且用于举升试验台面的举升托盘、安装在试验台面正下方的弹簧组支座，试验样品安装在试验台面上；

所述弹簧组支座的顶面设有一个以上的用于安装试验弹簧的弹簧安装位；

所述框架上还安装有用于测量到试验台面距离的测距传感器；所述测距传感器连接控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种高G值半正弦加速度碰撞试验台，其特征在于：还包括底板，所述底板为钢板或者铁板，框架和弹簧组支座都安装在底板上；

所述试验台面上还安装有加速度传感器，所述加速度传感器连接控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种高G值半正弦加速度碰撞试验台，其特征在于：所述框架为门形框架，包括设置在两侧的侧支架、以及架设在两根侧支架之间的横梁；

所述测距传感器安装在横梁上；

所述测距传感器采用但不局限于激光测距传感器。

4.根据权利要求2所述的一种高G值半正弦加速度碰撞试验台，其特征在于：每个所述侧支架内侧设有一根竖向设置的直线导轨，所述举升托板两端通过滑块与直线导轨滑动连接；

所述举升托盘对应设有驱动其升降的牵引链，所述牵引链的动力源为电机。

5.根据权利要求4所述的一种高G值半正弦加速度碰撞试验台，其特征在于：所述试验台面的两端也通过滑块与直线导轨滑动连接；

所述试验台面与直线导轨之间还设有制动器，所述制动器连接控制系统，通过制动器实现试验台面与直线导轨间的抱死或者滑动。

6.根据权利要求1所述的一种高G值半正弦加速度碰撞试验台，其特征在于：所述弹簧组支座上设有9个弹簧安装位，9个弹簧安装位按照3X3的布局分布；

所述弹簧组支座安装的试验弹簧数量为1-9个；安装任意数量的试验弹簧均围绕中心对称分布。

7.根据权利要求1所述的一种高G值半正弦加速度碰撞试验台和试验方法，其特征在于：所述弹簧安装位为圆形凹槽，所述试验弹簧安装在圆形凹槽内；

所述圆形凹槽的深度为试验弹簧长度的1/3-2/3；

所述试验弹簧的刚度系数k在2kN/mm～5kN/mm之间。

8.一种基于权利要求1所述的高G值半正弦加速度碰撞试验台的试验方法，其特征在于，包括：

S1、根据试验所需加速度波形，确定试验参数；

S2、根据试验参数，安装试验弹簧，组成弹簧组；

S3、在试验台面上安装试验样品以及必要的配重块；

S4、试验台面与试验弹簧组接触，测距传感器的读数置零，即以此位置为高度0；

S5、举升托盘推动试验台面上升，上升高度为H，并使制动器钳制，将试验台面抱死在轨道上；

S6、将举升托盘下降至低于试验弹簧支座的顶面，以确保试验台面下落并压缩试验弹簧后不会撞击举升托盘；

S7、释放试验台面的制动器，使其沿直线轨道自由下落，并与弹簧组碰撞产生所需加速度波形；

S8、试验台面反弹并再次升高，由控制系统判定测距传感器的实时数据，当高度0且0速度0.01m/s时，控制制动器再次钳制，使得试验台面悬停在半空中，防止其再次下落发生二次碰撞。

9.根据权利要求8所述的试验方法，其特征在于，所述步骤S1中，确定试验参数的方法如下：

设滑动部分质量M₁、单根试验弹簧质量M₂、单根试验弹簧刚度系数k为试验台固有参数，其中，M₁为试验台面及其滑块、制动器的质量总和；

试验样品质量m₁，由直接称量获得；

试验波形峰值A、试验波形脉宽T，根据试验需求指定的半正弦加速度波形确定，加速度竖直向上为正方向，则A、T均为正值，该波形加速度时间函数为：

令试验台面下滑至与弹簧组接触瞬间为0时刻(t＝0)，此时台面速度为初始碰撞速度V₀，位移量为0，则试验台面的运动微分方程和边界条件如下：

式中，m₂为试验配重块质量，n为使用弹簧的数量；求解微分方程可得：

其二阶导数即为加速度时间函数：

对比(1)式和(2)式可知相关变量具有如下关系式：

由(3)式可知，V₀＝-AT/π，又因为碰撞速度为试验台面自由下落加速而得，根据能量守恒，台面举升高度H为

同样根据(3)式，因为配重块质量m₂≥0，所以弹簧数量n可取满足下式的最小整数，

配重块质量m₂为：

至此，台面高度H、弹簧组弹簧数量n、试验配重块质量m₂，可由(4)(5)(6)计算而得，完成全部试验参数的确定。