Application Research of Similarity Theory in Impact Test
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摘要: 为验证相似理论在大型设备冲击试验中的可行性，采用比例相似模型的仿真计算分析和冲击试验的方法，获取比例相似模型在规定冲击载荷下的关键响应参数。研究结果表明，按照相似理论制定的主脉冲峰值加速度与脉冲宽度等参数进行冲击试验时，各模型相同位置的应变测试结果符合相似理论规律，本研究验证了相似理论在冲击试验中的正确性与可行性，能够用于后续大型设备的结构抗冲击试验。Abstract: In order to verify the feasibility of the similarity theory in the impact test of large-scale equipment, the key response parameters of the proportional similarity model under the specified impact load are obtained by means of the simulation calculation and analysis of the proportional similarity model and the impact test. The results show that when the impact test is carried out with parameters such as the main pulse peak acceleration and pulse width formulated according to the similarity theory, the strain test results of the same position of each model conform to the similarity theory law. This study verifies the correctness and feasibility of the similarity theory in the impact test, and can be used in the subsequent structural impact test of large equipment.
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Key words:
- Similarity theory /
- Proportional model /
- Simulation analysis /
- Impact test
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表 1 相似模型与原型结构之间的比例
Table 1. Ratio Between Similarity Model and Prototype Structure
模型参数 比例关系 模型几何尺寸（l′） l′=l/n 模型整体重量（m′） m′=m/n3 截面积（A′） A′=A/n2 激励加速度（a′） a′= na 激励时间（t′） t′=t/n 结构频率（ω′） ω′=n·ω 结构应变（ε′） ε′=ε 
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表 2 输入冲击载荷特性
Table 2. Input Impact Load Characteristics
模型 加速度峰值/g 脉冲宽度/ms 1∶1 10 60 1∶3 30 20 1∶6 60 10 注：g=9.8 m/s2
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表 3 3种比例的模型的具体参数
Table 3. Specific Parameters of Three Proportional Models
模型 直径
/mm筒体壁厚
/mm配重块质量
/kg总质量
/kg1∶1 900 12 1198.81 1484.86 1∶3 300 4 44.42 54.79 1∶6 150 2 5.55 6.82
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表 4 振动台输入参数
Table 4. Input Parameters for Vibrating Table
模型 加速度峰值/g 脉冲宽度/ms 试验次数 方向 1∶1 10 18 5 垂向 1∶3 30 6 5 垂向 1∶6 60 3 5 垂向
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表 5 1∶1模型冲击试验结果
Table 5. Test Results of 1∶1 Model Impact
试验次数 加速度峰值/g 脉冲宽度/ms 应变/με 1 10.51 18 39.15 2 10.53 18 39.25 3 10.52 18 39.16 4 10.52 18 39.11 5 10.51 18 39.05
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表 6 1∶3模型冲击试验结果
Table 6. Test Results of 1∶3 Model Impact
试验次数 加速度峰值/g 脉冲宽度/ms 应变/με 1 30.65 6 39.56 2 30.61 6 39.28 3 30.64 6 39.12 4 30.65 6 39.63 5 30.62 6 39.21
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表 7 1∶6模型冲击试验结果
Table 7. Test Results of 1∶6 Model Impact
试验次数 加速度峰值/g 脉冲宽度/ms 应变/με 1 60.9 3 40.05 2 59.4 3 39.02 3 59.4 3 39.04 4 59.6 3 40.02 5 59.3 3 40.01
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表 8 试验数据统计表
Table 8. Statistical Table of Test Data
试验模型 平均值/με 最大值/με 最小值/με 1:1 39.14 39.25 39.05 1:3 39.36 39.63 39.12 1:6 39.63 40.05 39.02
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表 9 试验数据误差分析
Table 9. Error Analysis of Test Data
试验模型 平均值误差/% 最大值误差/% 最小值误差/% 1∶1 0 +0.28 −0.23 1∶3 +0.56 +1.26 −0.10 1∶6 +1.26 +2.33 −0.31
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