沖擊響應譜根據響應峰值取法的不同可以分為三類：

• 初始響應譜，簡稱“主譜”；它是取沖擊作用時間內的相應峰值求得的沖擊響應譜。

• 剩余響應譜，簡稱“余譜”；它是取沖擊激勵結束后的相應峰值做出的沖擊響應譜。

• 最大響應譜，即主譜及余譜的包絡譜。

根據所用的響應參數不同可以分為以下幾類：

• 絕對加速度譜

• 等效加速度譜(也稱相對加速度譜)

• 絕對速度譜

• 等效速度譜(也稱相對速度譜)

• 絕對位移譜

• 相對位移譜

一般常用最大絕對加速度譜和最大相對位移譜，前者多用于規范沖擊環境，后者多用于考核沖擊強度及設計減震裝置。而速度譜則多用于艦船沖擊，對艦船來說沖擊速度與損傷趨勢的相關性最強。

SRS計算示意圖

計算沖擊響應譜步驟：

A. 測試公共基礎的輸入激勵，用于計算沖擊響應譜的能量輸入。

B. 建立一系列單自由度彈簧-質量-阻尼系統，分別將激勵作用在該系統，求解系統的響應，其解的形式可為位移、速度、加速度響應。

C. 各單自由度質量阻尼系統產生的響應峰值與其對應固有頻率繪制成坐標曲線，進而得到沖擊響應譜。

沖擊響應譜

產品在實際應用過程中受力情況復雜，其中沖擊激勵會使設備激起強迫振動和固有頻率響應，使產品性能和結構強度受到不同程度的損害甚至失效。航空、 航天、電子等行業產品在生產、運輸等過程中存在著各種沖擊，而這對產品的質量和可靠性有著很大的負面影響。為了解決這一問題，產生并發展起了沖擊試驗，如GJB150規定的半正弦、后鋸齒峰、梯形波等沖擊試驗，其主要復現產品的時域沖擊環境。近年來，隨著對環境試驗的認識不斷提高，對沖擊環境的模擬也提出了更高的要求，產品在面對不同的沖擊時，工程師更關注產品的動力學響應，沖擊響應譜試驗也越來越被關注。沖擊響應譜(SRS)是一種基于頻率的函數，用于指示由于瞬態沖擊引起的振動的大小。SRS可以量化來自無數不同事件的瞬態振動：如地震、爆炸、導彈發射等沖擊環境。

以一艘戰艦為例，它受到附近爆炸的沖擊而產生瞬態振動。在沖擊事件發生時，可以在戰艦的關鍵部件上測量和捕獲沖擊響應譜。使用沖擊響應譜，然后可以設計環境試驗來重現組件經歷的瞬態沖擊振動，以確保它們能夠在沖擊中幸存下來。

受爆炸沖擊的戰艦

力學模型

該系統的物理運動方程為：

其中m，c，k分別為系統的質量、阻尼和剛度。

對上述方程進行變量代換可得：

這就是系統的位移響應與時間、固有頻率的關系式。同樣的，可以求解系統的速度響應和加速度響應，并繪制相對應的沖擊響應譜曲線。

由單自由度系統的響應公式可以發現，整個系統的響應是時間的函數，因此系統響應又分為沖擊作用時間內的響應和沖擊作用后的響應，具體可有如下分類：

半正弦激勵輸入（紫線）所產生的瞬態響應（藍線，包含主響應與殘余響應）

（1）初始(主)響應譜：在沖擊持續作用時間范圍內出現的最大響應峰值與系統固有頻率之間的關系，簡稱“主譜”。它存在著正、負之分，正向指的是與激勵同方向的響應峰值，負向則是與激勵方向相反的響應峰值，如上圖中的點2(正向)和3(負向)，點1為主響應絕對值的峰值點。

（2）殘余響應譜：在沖擊持續作用完結之后的時間范圍內出現的最大響應峰值與系統固有頻率之間的關系，簡稱“余譜”。它同樣存在著正、負之分，正、負方向與主譜的正、負向定義相同，如上圖中的點5(正向)和6(負向)，點4為殘余響應絕對值的峰值點。

（3）最大響應譜：在整個響應過程中的最大響應峰值(絕對值)與系統固有頻率之間的關系，亦為“主譜”和“余譜”的包絡譜。

最大響應譜、初始響應譜、殘余響應譜包絡

在進行沖擊響應譜分析時，需要注意若干參數的正確選擇，如采樣頻率、觸發設置、阻尼比、倍頻程分析，以下為NTS.LAB的具體設置：

（1）采樣頻率：在振動分析中，根據采樣定理，采樣頻率取為分析頻率的上限的2.56倍即可。對沖擊響應譜的計算，一般不得低于4倍，最好取6~10倍。采樣頻率過高并不好，一則是計算工作量加大，更重要的是在低頻分析時會導致結果不穩定。

采樣頻率設置

（2）觸發設置：在進行沖擊信號采集時，首先需要保證采集到完整的沖擊波形，因此需要設置合適的觸發量級和預觸發延遲占比，以保證采集到完整的瞬態沖擊信號。

設置觸發延遲占比采集到的完整沖擊信號

（3）阻尼比：該參數決定了系統的阻尼大小，在計算SRS時，系統的阻尼比由用戶設定。阻尼比決定了質量-彈簧-阻尼器系統對給定輸入的響應幅度。通過減少/增加其值的大小，質量-彈簧-阻尼系統對相同的輸入激勵具有更高/更低的振幅。

不同的阻尼比的位移幅頻曲線（λ=1為共振工況）

阻尼越小，能量耗散越少，系統的響應峰值越高；反之，系統的響應峰值越低。由于力學環境實驗中大多數是金屬材料結構，所以通常情況下取ξ =0.05。

不同阻尼比下的沖擊響應譜計算

（4）倍頻程分析：倍頻程分析參數決定了用于SRS計算的質量-彈簧-阻尼系統的數量。倍頻程劃分的越細，參與計算的頻點數越高，使SRS中各點之間的頻率間隔更細或更窄。

NTS.LAB支持的倍頻程類型

可以發現，相對于1/3倍頻程，選擇1/6倍頻程分析，此時計算的頻點數會越多，響應譜曲線也就越光滑，但任何相近的自然頻率的振幅都是相同的，如下圖所示。若選擇過細的倍頻程劃分，低頻時計算的點過于密集，浪費時間且意義不大。在NTS.LAB中，用戶可選擇的倍頻程類型由1/1至1/48，在典型的SRS計算中，阻尼比的值選擇5%，倍頻程類型可選擇1/6倍頻程。

在同一瞬態事件，不同倍頻程計算SRS的振幅

爆炸沖擊環境是一種復雜振蕩型沖擊，能量分布在較寬的頻率范圍內，經典波形屬于簡單沖擊，低頻能量大、高頻能量小，二者對產品產生的破壞作用不同，不能用經典沖擊完全等效復雜振蕩沖擊的作用效果。

沖擊響應譜用瞬態沖擊引起的響應大小衡量沖擊的破壞作用，可用于比較不同沖擊的嚴酷程度，且其計算不包含時域信息，從中得不到任何時域信號的相關信息，故一個沖擊響應譜可能對應著多個沖擊加速度信號，即不同的沖擊加速度信號可能具有相同的沖擊響應峰值，意味著不同的沖擊加速度信號可能對系統造成相同的破壞損傷效果，進而從頻域上更具有代表性。

NTS.LAB 沖擊響應譜分析模塊，提供瞬態沖擊數據采集、參數設置、沖擊響應譜計算整個試驗流程，精準復現結構受到沖擊時的響應，工程師可以以此設計振動試驗來復現產品經歷的瞬態沖擊激勵，以確保它們能夠在沖擊中正常運作。

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