[發明專利]一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺和試驗方法

在審

• 申請號: 202010773286.2
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111982447A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 婁磊;張愛法;賀永龍;劉志新;顧海明;馮琦;高冠宇;陳洋
• 申請（專利權）人: 中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司;中國汽車技術研究中心有限公司
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08;G01M17/007
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 李彥彥

1.一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺，其特征在于：包括框架、試驗臺面、安裝在試驗臺面上的配重塊、安裝在框架上且用于舉升試驗臺面的舉升托盤、安裝在試驗臺面正下方的彈簧組支座，試驗樣品安裝在試驗臺面上；

所述彈簧組支座的頂面設有一個以上的用于安裝試驗彈簧的彈簧安裝位；

所述框架上還安裝有用于測量到試驗臺面距離的測距傳感器；所述測距傳感器連接控制系統。

2.根據權利要求1所述的一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺，其特征在于：還包括底板，所述底板為鋼板或者鐵板，框架和彈簧組支座都安裝在底板上；

所述試驗臺面上還安裝有加速度傳感器，所述加速度傳感器連接控制系統。

3.根據權利要求1所述的一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺，其特征在于：所述框架為門形框架，包括設置在兩側的側支架、以及架設在兩根側支架之間的橫梁；

所述測距傳感器安裝在橫梁上；

所述測距傳感器采用但不局限于激光測距傳感器。

4.根據權利要求2所述的一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺，其特征在于：每個所述側支架內側設有一根豎向設置的直線導軌，所述舉升托板兩端通過滑塊與直線導軌滑動連接；

所述舉升托盤對應設有驅動其升降的牽引鏈，所述牽引鏈的動力源為電機。

5.根據權利要求4所述的一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺，其特征在于：所述試驗臺面的兩端也通過滑塊與直線導軌滑動連接；

所述試驗臺面與直線導軌之間還設有制動器，所述制動器連接控制系統，通過制動器實現試驗臺面與直線導軌間的抱死或者滑動。

6.根據權利要求1所述的一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺，其特征在于：所述彈簧組支座上設有9個彈簧安裝位，9個彈簧安裝位按照3X3的布局分布；

所述彈簧組支座安裝的試驗彈簧數量為1-9個；安裝任意數量的試驗彈簧均圍繞中心對稱分布。

7.根據權利要求1所述的一種高G值半正弦加速度碰撞試驗臺和試驗方法，其特征在于：所述彈簧安裝位為圓形凹槽，所述試驗彈簧安裝在圓形凹槽內；

所述圓形凹槽的深度為試驗彈簧長度的1/3-2/3；

所述試驗彈簧的剛度系數k在2kN/mm～5kN/mm之間。

8.一種基于權利要求1所述的高G值半正弦加速度碰撞試驗臺的試驗方法，其特征在于，包括：

S1、根據試驗所需加速度波形，確定試驗參數；

S2、根據試驗參數，安裝試驗彈簧，組成彈簧組；

S3、在試驗臺面上安裝試驗樣品以及必要的配重塊；

S4、試驗臺面與試驗彈簧組接觸，測距傳感器的讀數置零，即以此位置為高度0；

S5、舉升托盤推動試驗臺面上升，上升高度為H，并使制動器鉗制，將試驗臺面抱死在軌道上；

S6、將舉升托盤下降至低于試驗彈簧支座的頂面，以確保試驗臺面下落并壓縮試驗彈簧后不會撞擊舉升托盤；

S7、釋放試驗臺面的制動器，使其沿直線軌道自由下落，并與彈簧組碰撞產生所需加速度波形；

S8、試驗臺面反彈并再次升高，由控制系統判定測距傳感器的實時數據，當高度0且0速度0.01m/s時，控制制動器再次鉗制，使得試驗臺面懸停在半空中，防止其再次下落發生二次碰撞。

9.根據權利要求8所述的試驗方法，其特征在于，所述步驟S1中，確定試驗參數的方法如下：

設滑動部分質量M₁、單根試驗彈簧質量M₂、單根試驗彈簧剛度系數k為試驗臺固有參數，其中，M₁為試驗臺面及其滑塊、制動器的質量總和；

試驗樣品質量m₁，由直接稱量獲得；

試驗波形峰值A、試驗波形脈寬T，根據試驗需求指定的半正弦加速度波形確定，加速度豎直向上為正方向，則A、T均為正值，該波形加速度時間函數為：

令試驗臺面下滑至與彈簧組接觸瞬間為0時刻(t＝0)，此時臺面速度為初始碰撞速度V₀，位移量為0，則試驗臺面的運動微分方程和邊界條件如下：

式中，m₂為試驗配重塊質量，n為使用彈簧的數量；求解微分方程可得：

其二階導數即為加速度時間函數：

對比(1)式和(2)式可知相關變量具有如下關系式：

由(3)式可知，V₀＝-AT/π，又因為碰撞速度為試驗臺面自由下落加速而得，根據能量守恒，臺面舉升高度H為

同樣根據(3)式，因為配重塊質量m₂≥0，所以彈簧數量n可取滿足下式的最小整數，

配重塊質量m₂為：

至此，臺面高度H、彈簧組彈簧數量n、試驗配重塊質量m₂，可由(4)(5)(6)計算而得，完成全部試驗參數的確定。