擺衝試驗機譜形庫構建方法以及調試方法與流程
2024-04-02 14:10:05 1
本發明屬於譜形庫構建技術領域，具體涉及一種擺衝試驗機譜形庫構建方法以及調試方法。
背景技術：
航天產品在運輸、發射、在軌和回收等各種環節工作時，會經受到各類複雜衝擊環境的考驗。為在研製階段檢驗出存在的設計問題和加工缺陷，幾乎所有的航天產品均需在地面進行衝擊環境模擬試驗加以考核。目前典型的衝擊環境模擬方法主要有3類：振動臺類模擬、機械撞擊類模擬和火工品爆炸類衝擊模擬。相比起時域波形，頻域上的衝擊響應譜更能描述損傷的效果，因此，衝擊響應譜作為試驗規範己被廣泛地用於產品的耐衝擊設計與衝擊環境模擬試驗。
衝擊響應譜試驗實施過程中普遍採用傳統的擺錘式衝擊響應譜試驗機，即：擺衝試驗機。擺衝試驗機具有大負載、高量級、低成本以及重複性好的優點，主要體現在：1)諧振臺面較厚，且為水平方向衝擊，臺面各點響應量值差別小，均勻度好；2)通過調節波形發生器和緩衝墊調整響應譜拐點頻率和斜率，有較寬的適應範圍；3)衝擊錘頭的重量和提升角度可以加大，擺錘的長度可以加長，能適應較大激勵能量的要求。目前國內擺衝試驗機可達到最大負載質量250kg，最大衝擊譜峰值5000g的能力。
儘管擺衝試驗機技術比較成熟，但其譜形影響因素錯綜複雜，穩定性和可控性較差，再加上新研製的產品沒有現成的控制譜形可借鑑，因此，為達到試驗要求的控制譜形，須完全依靠試驗人員的經驗對試驗條件進行反覆試湊預調，不僅費時費力，而且會給產品試驗工作的順利實施帶來了諸多的不可預計的安全隱患，嚴重時將會造成產品過試驗或欠試驗的不良後果。
技術實現要素：
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種擺衝試驗機譜形庫構建方法以及調試方法，可有效解決上述問題。
本發明採用的技術方案如下：
本發明提供一種擺衝試驗機譜形庫構建方法，包括以下步驟：
步驟1，確定擺衝試驗機的衝擊譜形影響因素；其中，所述衝擊譜形影響因素包括主要影響因素和次要影響因素；所述主要影響因素包括：擺錘提升角度、波形發生器的剛度和緩衝墊類型；所述次要影響因素包括：夾具重量和裝夾螺釘數量；
步驟2，對於所述主要影響因素，採用多因子完全析因試驗安排各因素的組合，即：
確定擺錘提升角度n1個水平；波形發生器的剛度由橡膠的硬度和厚度決定，選n2種橡膠硬度，選n3種橡膠厚度，一共n2*n3個波形發生器剛度水平；緩衝墊選n4種類型；其中，n1、n2、n3和n4均為自然數；
進行衝擊試驗，包括：(1)固定一種波形發生器剛度，設定一個擺錘提升角度，依次使所有的緩衝墊類型與之搭配進行試驗；(2)繼續保持波形發生器剛度，改變擺錘提升角度，再與所有緩衝墊類型搭配進行試驗；(3)改變波形發生器剛度，與所有擺錘提升角度、緩衝墊類型搭配進行試驗，以此類推，直到完成所有主要影響因素組合的試驗；
步驟3，對於所述次要影響因素，採用控制變量法進行衝擊試驗，即：選取形狀、材質、螺孔布局均相同但質量不同的兩個夾具進行相同條件衝擊試驗；接著，對安裝有不同固定螺釘數量的同一塊夾具進行相同條件衝擊試驗；
步驟4，對於步驟2和步驟3所進行的每次衝擊試驗，通過數據採集系統採集到衝擊響應譜試驗的實測數據(xi，yi)，其中，x為頻率、y為衝擊量級i＝1,2…N；N為實測數據的數量；採用下述方法進行曲線擬合，得到最優擬合曲線，從而確定擬合參數a、b、c的值；
步驟4.1：確定曲線擬合的基礎方案，即：
採用最小二乘準則對實測數據按衝擊譜試驗規範進行曲線擬合，擬合函數設為其中，函數上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)擬合；函數平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xn,yn)擬合；j＝2,3,……,N-2；a和b分別是擬合函數f1(x)的斜率參數和常數項參數；c為擬合函數f2(x)的常數項參數；
擬合函數f(x)誤差平方和SSE計算公式為：
步驟4.2：令j＝2；SSEmin＝SSE(j＝2)；SSEmin代表擬合函數f(x)誤差平方和的最小值；
SSE(j＝2)通過以下方法計算：函數上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，(x2,y2)擬合；函數平直段f2(x)＝c由(x3,y3)，……，(xN,yN)擬合；j＝2；
採用下式計算得到擬合函數f(x)誤差平方和SSE(j)：
步驟4.3：判斷是否滿足j<N-1，如果否，執行步驟4.7；如果是，執行步驟4.4；
步驟4.4，計算SSE(j)：
函數上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)擬合；函數平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xN,yN)擬合；j＝3,……,N-2；
採用下式計算得到擬合函數f(x)誤差平方和SSE(j)：
步驟4.5：判斷是否滿足SSE(j)<SSEmin，如果是，令SSEmin＝SSE(j)，然後執行步驟4.6；如果否，直接執行步驟4.6；
步驟4.6，令j＝j+1；然後轉到步驟4.3；
步驟4.7，輸出SSEmin及對應的abc；
步驟4.8，結束流程；
步驟5，令標準譜衝擊量級G＝c、拐點頻率f1＝(c-b)/a、斜率S＝a，由此得到標準譜形的衝擊量級、拐點頻率和斜率；因此，對於每一個衝擊試驗，均擬合出對應的標準譜形；每個標準譜形對應一套擺衝試驗機衝擊譜形影響因素的組合；
步驟6，歸納匯總標準譜形，得到標準譜形調試資料庫；所述標準譜形調試資料庫存儲多個標準譜形，每個所述標準譜形均綁定對應的擺衝試驗機衝擊譜形影響因素，包括：序號、擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、衝擊量級、拐點頻率、斜率、夾具重量、裝夾螺釘數量以及生成時間。
優選的，步驟2中，擺錘提升角度選3個水平：8°、16°、24°；波形發生器的剛度由橡膠的硬度和厚度決定，選3種硬度，紅色橡膠硬度90～100，黃色橡膠硬度60～70，黑色橡膠硬度30～40，選5種厚度，20mm、30mm、40mm、50mm、60mm，一共15個剛度水平；緩衝墊選9種類型：無、2.5mm橡膠、6mm橡膠、1mm聚氨酯板、5mm聚氨酯板、1mm毛氈、5mm毛氈、1mm牛皮、5mm牛皮。
本發明還提供一種擺衝試驗機調試方法，包括以下步驟：
步驟1，採用權利要求1或2的方式，構建得到標準譜形調試資料庫；所述標準譜形調試資料庫存儲多個標準譜形，每個所述標準譜形均綁定對應的擺衝試驗機衝擊譜形影響因素，包括：序號、擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、衝擊量級、拐點頻率、斜率、夾具重量、裝夾螺釘數量以及生成時間；
擺衝試驗機的技術指標包括：最大載荷：200kg，頻率範圍10～5000Hz，最大衝擊響應加速度5000g，波形容差±6dB；
步驟2，分析擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、夾具重量及裝夾螺釘數量對衝擊譜形的影響，總結出擺錘式衝擊試驗機的調試規律，包括：
規律1：提高擺錘提升角度，即提高衝擊力，整個頻率範圍內衝擊譜形的量級上升，而在1000Hz以上的高頻段尤為明顯；同時，衝擊響應譜的上升斜率變化範圍小於±10％，衝擊響應譜的拐點頻率提高範圍不超過20％；
規律2：波形發生器剛度下降，因而提高了擺衝試驗機的後阻尼，整個衝擊響應譜的上升斜率下降，拐點頻率減小，衝擊量級變化範圍小於±10％；
規律3：緩衝墊用於隔離雜波，使衝擊響應譜的譜線更加光滑，不至於超出容差範圍；從牛皮到毛氈到聚氨酯，厚度相同、硬度降低，上升斜率變化範圍小於±5％，拐點頻率和衝擊量級下降不超過10％；聚氨酯、橡膠、牛皮和毛氈四種材料，在厚度增加時，提高了擺衝試驗機的衝擊頭阻尼，因而上升斜率、拐點頻率和衝擊量級均下降；因此，減小衝擊頭接觸阻尼材料的剛度，可使激勵500Hz以下的低頻成分增加，從而獲得500Hz以下低拐點的衝擊響應譜；
規律4：夾具質量為12.5kg的夾具的衝擊譜形提升幅度不超過5％；
規律5：固定螺釘數量為4個的控制點曲線都有下降，但幅度極小下降幅度不超過5％。
由此得到總結規律如下：
調節任何一種衝擊譜形都需同時調整擺角、波形發生器和緩衝墊；其中，衝擊量級G主要取決於擺角，而衝擊譜拐點頻率f1和斜率S的調節主要是各種軟、硬、薄、厚波形發生器和緩衝墊的拼湊過程；
步驟3，給定產品試驗規範，包括：目標衝擊譜形、目標衝擊譜衝擊量級、目標衝擊譜拐點頻率以及目標衝擊譜斜率；
預調時，首先查詢標準譜形調試資料庫中的標準譜拐點頻率和標準譜斜率，查找到與目標衝擊譜拐點頻率以及目標衝擊譜斜率最近似的標準譜；然後，根據查找到的標準譜，得到對應的試驗條件，包括：擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、夾具重量以及裝夾螺釘數量；
步驟4，選取與測試產品結構響應特性一致的模擬件，按步驟3確定的試驗條件進行預試驗，得到測試衝擊譜形；
步驟5，判斷步驟4得到的測試衝擊譜形與步驟3給定的目標衝擊譜形的相似性是否滿足誤差要求，如果滿足，執行步驟7；如果不滿足，執行步驟6；
步驟6，根據測試衝擊譜形與目標衝擊譜形的偏離情況，按照步驟2總結出的擺錘式衝擊試驗機的調試規律，對擺錘式衝擊試驗機進行對應的調試，然後再次進行衝擊試驗，判斷得到的測試衝擊譜形與步驟3給定的目標衝擊譜形的相似性是否滿足誤差要求，直到連續兩次得到的測試衝擊譜形滿足試驗要求為止；
步驟7，採用調試後的擺錘式衝擊試驗機進行正式的衝擊譜試驗。
本發明提供的一種擺衝試驗機譜形庫構建方法以及調試方法具有以下優點：
基於曲線擬合算法建立了便於檢索、容易分析的標準譜形調試資料庫，經過多個工程型號試驗驗證了其有效性和便捷性。此外，分析了各影響因素變化對衝擊響應譜形的影響，得到擺錘式衝擊響應譜試驗機調試規律，有助於指導航天產品衝擊響應譜試驗控制譜形的快速確立，同時縮短了調試時間，降低了試驗風險。
附圖說明
圖1為本發明提供的擺衝試驗機的結構示意圖；
圖2為本發明提供的步驟4的具體流程圖；
圖3為本發明提供的標準衝擊譜形的圖；
圖4為本發明提供的衝擊響應譜試驗設計流程圖；
圖5為表2中的最優擬合曲線圖；
圖6為表2中的實際譜形圖；
圖7為表3中的最優擬合曲線圖；
圖8為表3中的實際譜形圖；
圖9為表5中的最優擬合曲線圖；
圖10為表5中的實際譜形圖；
圖11為表6中的最優擬合曲線圖；
圖12為表6中的實際譜形圖；
在圖6、圖8、圖10和圖12中，曲線1代表用8#通道傳感器實測曲線；曲線2代表試驗規範曲線；曲線3代表+6dB容差上限；曲線4代表-6dB容差下限。
具體實施方式
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
為克服擺衝試驗機的應用弊端，降低產品研製階段的試驗風險，確保產品的試驗安全，本發明設計了衝擊試驗方案，通過開展大量衝擊響應譜試驗採集獲取試驗譜形數據，由最小二乘法獲得擺角、緩衝墊、波形發生器等各因素組合下的最優擬合曲線，匯總形成易檢索、易分析的擺衝試驗機標準譜形調試資料庫。另外，本發明分析了擺角、波形發生器、緩衝墊、夾具重量及裝夾螺釘數量對衝擊譜形的影響，總結出擺錘式衝擊試驗機的調試規律，從而可快速對擺錘式衝擊試驗機進行調試，具有調試效率高的優點。
本發明提供的擺衝試驗機譜形庫構建方法中，需要基於擺衝試驗機進行試驗。首先介紹擺衝試驗機的工作原理，其結構如圖1所示：
採用瞬態波組合法，利用擺衝試驗機加緩衝墊和波形發生器，產生瞬態波形來滿足衝擊響應譜規範。具體的，衝擊錘撞擊臺體時，臺體在此激勵的作用下產生瞬態振動，若此時臺體上的響應對應的衝擊響應譜值與要求的規範譜形一致，將試驗樣品裝在臺體上，即可認為樣品經受了衝擊環境試驗。
試驗方法為：試驗時，電磁離合器吸合擺錘隨電動機上升到預定位置，當電磁離合器脫開時，擺錘自由落下，錘頭擊打安裝試驗件的水平臺面。平臺受到擺錘衝擊，反覆撞擊試驗臺基座上的彈性緩衝器，從而產生衰減的複雜振蕩衝擊波形。測量系統通過傳感器和電荷放大器等記錄臺面運動的時間歷程響應，衝擊採集系統將運動的時間歷程處理成為衝擊譜，得到衝擊譜試驗數據曲線。改變試件的安裝方式或方向，即可進行不同方向的試驗，獲得試件在不同方向所需的衝擊響應譜波形。
本發明提供的擺衝試驗機譜形庫構建方法，包括以下步驟：
步驟1，確定擺衝試驗機的衝擊譜形影響因素；其中，所述衝擊譜形影響因素包括主要影響因素和次要影響因素；所述主要影響因素包括：擺錘提升角度、波形發生器的剛度和緩衝墊類型；所述次要影響因素包括：夾具重量和裝夾螺釘數量；
步驟2，對於所述主要影響因素，採用多因子完全析因試驗安排各因素的組合，即：
確定擺錘提升角度n1個水平；波形發生器的剛度由橡膠的硬度和厚度決定，選n2種橡膠硬度，選n3種橡膠厚度，一共n2*n3個波形發生器剛度水平；緩衝墊選n4種類型；其中，n1、n2、n3和n4均為自然數；
進行衝擊試驗，包括：(1)固定一種波形發生器剛度，設定一個擺錘提升角度，依次使所有的緩衝墊類型與之搭配進行試驗；(2)繼續保持波形發生器剛度，改變擺錘提升角度，再與所有緩衝墊類型搭配進行試驗；(3)改變波形發生器剛度，與所有擺錘提升角度、緩衝墊類型搭配進行試驗，以此類推，直到完成所有主要影響因素組合的試驗；
步驟3，對於所述次要影響因素，採用控制變量法進行衝擊試驗，即：選取形狀、材質、螺孔布局均相同但質量不同的兩個夾具進行相同條件衝擊試驗；接著，對安裝有不同固定螺釘數量的同一塊夾具進行相同條件衝擊試驗；
步驟4，對於步驟2和步驟3所進行的每次衝擊試驗，通過數據採集系統採集到衝擊響應譜試驗的實測數據(xi，yi)，其中，x為頻率、y為衝擊量級i＝1,2…N；N為實測數據的數量；採用下述方法進行曲線擬合，得到最優擬合曲線，從而確定擬合參數a、b、c的值；如圖2所示，為步驟4的具體流程圖，包括：
步驟4.1：確定曲線擬合的基礎方案，即：
採用最小二乘準則對實測數據按衝擊譜試驗規範進行曲線擬合，擬合函數設為其中，函數上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)擬合；函數平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xn,yn)擬合；j＝2,3,……,N-2；a和b分別是擬合函數f1(x)的斜率參數和常數項參數；c為擬合函數f2(x)的常數項參數；
擬合函數f(x)誤差平方和SSE計算公式為：
步驟4.2：令j＝2；SSEmin＝SSE(j＝2)；SSEmin代表擬合函數f(x)誤差平方和的最小值；
SSE(j＝2)通過以下方法計算：函數上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，(x2,y2)擬合；函數平直段f2(x)＝c由(x3,y3)，……，(xN,yN)擬合；j＝2；
採用下式計算得到擬合函數f(x)誤差平方和SSE(j)：
步驟4.3：判斷是否滿足j<N-1，如果否，執行步驟4.7；如果是，執行步驟4.4；
步驟4.4，計算SSE(j)：
函數上升段f1(x)＝ax+b由(x1,y1)，……，(xj,yj)擬合；函數平直段f2(x)＝c由(xj+1,yj+1)，……，(xN,yN)擬合；j＝3,……,N-2；
採用下式計算得到擬合函數f(x)誤差平方和SSE(j)：
步驟4.5：判斷是否滿足SSE(j)<SSEmin，如果是，令SSEmin＝SSE(j)，然後執行步驟4.6；如果否，直接執行步驟4.6；
步驟4.6，令j＝j+1；然後轉到步驟4.3；
步驟4.7，輸出SSEmin及對應的abc；
步驟4.8，結束流程；
步驟5，令標準譜衝擊量級G＝c、拐點頻率f1＝(c-b)/a、斜率S＝a，由此得到標準譜形的衝擊量級、拐點頻率和斜率；因此，對於每一個衝擊試驗，均擬合出對應的標準譜形；每個標準譜形對應一套擺衝試驗機衝擊譜形影響因素的組合；
步驟6，歸納匯總標準譜形，得到標準譜形調試資料庫；所述標準譜形調試資料庫存儲多個標準譜形，每個所述標準譜形均綁定對應的擺衝試驗機衝擊譜形影響因素，包括：序號、擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、衝擊量級、拐點頻率、斜率、夾具重量、裝夾螺釘數量以及生成時間。
本發明還提供一種擺衝試驗機調試方法，包括以下步驟：
步驟1，採用權利要求1或2的方式，構建得到標準譜形調試資料庫；所述標準譜形調試資料庫存儲多個標準譜形，每個所述標準譜形均綁定對應的擺衝試驗機衝擊譜形影響因素，包括：序號、擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、衝擊量級、拐點頻率、斜率、夾具重量、裝夾螺釘數量以及生成時間；
擺衝試驗機的技術指標包括：最大載荷：200kg，頻率範圍10～5000Hz，最大衝擊響應加速度5000g，波形容差±6dB；
步驟2，分析擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、夾具重量及裝夾螺釘數量對衝擊譜形的影響，總結出擺錘式衝擊試驗機的調試規律，包括：
規律1：提高擺錘提升角度，即提高衝擊力，整個頻率範圍內衝擊譜形的量級上升，而在1000Hz以上的高頻段尤為明顯；同時，衝擊響應譜的上升斜率變化範圍小於±10％，衝擊響應譜的拐點頻率提高範圍不超過20％；
規律2：波形發生器剛度下降，因而提高了擺衝試驗機的後阻尼，整個衝擊響應譜的上升斜率下降，拐點頻率減小，衝擊量級變化範圍小於±10％；
規律3：緩衝墊用於隔離雜波，使衝擊響應譜的譜線更加光滑，不至於超出容差範圍；從牛皮到毛氈到聚氨酯，厚度相同、硬度降低，上升斜率變化範圍小於±5％，拐點頻率和衝擊量級下降不超過10％；聚氨酯、橡膠、牛皮和毛氈四種材料，在厚度增加時，提高了擺衝試驗機的衝擊頭阻尼，因而上升斜率、拐點頻率和衝擊量級均下降；因此，減小衝擊頭接觸阻尼材料的剛度，可使激勵500Hz以下的低頻成分增加，從而獲得500Hz以下低拐點的衝擊響應譜；
規律4：夾具質量為12.5kg的夾具的衝擊譜形提升幅度不超過5％；
規律5：固定螺釘數量為4個的控制點曲線都有下降，但幅度極小下降幅度不超過5％。
由此得到總結規律如下：
調節任何一種衝擊譜形都需同時調整擺角、波形發生器和緩衝墊；其中，衝擊量級G主要取決於擺角，而衝擊譜拐點頻率f1和斜率S的調節主要是各種軟、硬、薄、厚波形發生器和緩衝墊的拼湊過程；
步驟3，給定產品試驗規範，包括：目標衝擊譜形、目標衝擊譜衝擊量級、目標衝擊譜拐點頻率以及目標衝擊譜斜率；
預調時，首先查詢標準譜形調試資料庫中的標準譜拐點頻率和標準譜斜率，查找到與目標衝擊譜拐點頻率以及目標衝擊譜斜率最近似的標準譜；然後，根據查找到的標準譜，得到對應的試驗條件，包括：擺錘提升角度、波形發生器的剛度、緩衝墊類型、夾具重量以及裝夾螺釘數量；
步驟4，選取與測試產品結構響應特性一致的模擬件，按步驟3確定的試驗條件進行預試驗，得到測試衝擊譜形；
步驟5，判斷步驟4得到的測試衝擊譜形與步驟3給定的目標衝擊譜形的相似性是否滿足誤差要求，如果滿足，執行步驟7；如果不滿足，執行步驟6；
步驟6，根據測試衝擊譜形與目標衝擊譜形的偏離情況，按照步驟2總結出的擺錘式衝擊試驗機的調試規律，對擺錘式衝擊試驗機進行對應的調試，然後再次進行衝擊試驗，判斷得到的測試衝擊譜形與步驟3給定的目標衝擊譜形的相似性是否滿足誤差要求，直到連續兩次得到的測試衝擊譜形滿足試驗要求為止；
步驟7，採用調試後的擺錘式衝擊試驗機進行正式的衝擊譜試驗。
實施例
基於上述的擺衝試驗機譜形庫構建方法以及擺衝試驗機調試方法，下面介紹一種具體的實施例：
本實施例主要思路為：通過開展衝擊試驗，採集處理試驗數據，構建標準譜形庫，研究擺衝試驗機調試方法和規律。
首先，為便於研究各因素綜合作用對衝擊譜形的影響，引入析因試驗理論安排因素組合，設計研究衝擊譜形調試規律的衝擊響應譜試驗方法；接著，明確試驗目的，試驗設備，試驗中的接線方式，試驗策略，制定試驗過程及操作流程規範，補充相關注意事項。最後，在試驗實施環節，先對試驗設備性能指標進行驗證，再完成析因試驗安排，進行不同重量夾具及裝夾螺釘數量的衝擊試驗，具體步驟包括：
步驟1，試驗方案：
參考圖4，為衝擊響應譜試驗設計流程圖。試驗人員在準備工作完成之後，根據約定的標準譜試驗條件，固定擺角、波形發生器和緩衝墊，啟動擺錘式衝擊響應譜系統，開始預實驗，試驗結果與上一次得到的譜形進行比對，判斷設備狀態。若出現較大差異，則根據注意事項提示檢查各部位是否發生鬆動，然後再次進行比對試驗，若譜形未出現異常，即可按照試驗優化設計得到的試驗策略進行共計405次衝擊譜試驗，每次試驗後應做好記錄，保存曲線和測量數據。待完成405次正式試驗後，停止試驗，開始處理數據，比較譜形。
針對擺錘提升角度(擺角)、波形發生器、緩衝墊等主要影響因素，採用完全析因試驗分析影響作用，而對於夾具重量和裝夾螺釘數量等次要因素採用控制變量法進行分析。
為了考察擺角、波形發生器、緩衝墊等因素的單獨效應和交互作用，採用多因子完全析因試驗安排各因素的組合。試驗中，考慮到8°～24°基本能覆蓋空間應用有效載荷的衝擊規範，因此擺角選3個水平：8°、16°、24°；波形發生器的剛度由橡膠的硬度和厚度決定，選3種硬度，紅色橡膠硬度90～100，黃色橡膠硬度60～70，黑色橡膠硬度30～40，選5種厚度，20mm、30mm、40mm、50mm、60mm，一共15個剛度水平；緩衝墊選9種類型：無、2.5mm橡膠、6mm橡膠、1mm聚氨酯板、5mm聚氨酯板、1mm毛氈、5mm毛氈、1mm牛皮、5mm牛皮。
試驗策略規劃了405次試驗的實施順序。首先，固定一種波形發生器剛度，接著設定一個擺錘提升角度，使所有的緩衝墊類型與之搭配進行試驗；然後，繼續保持波形發生器剛度，改變擺錘提升角度，再與所有緩衝墊類型搭配進行試驗；最後，改變波形發生器剛度，與所有擺錘提升角度、緩衝墊類型進行搭配進行試驗，以此類推，直到完成所有因素組合的試驗。具體地，實現波形發生器剛度的順序為：紅60→紅50→紅40→紅30→紅20→黃60→黃50→黃40→黃30→黃20→黑60→黑50→黑40→黑30→黑20，實現擺錘提升角度的順序為：8°→16°→24°，實現緩衝墊的類型為：無→2.5mm橡膠→6mm橡膠→1mm聚氨酯→5mm聚氨酯→1mm毛氈→5mm毛氈→1mm牛皮→5mm牛皮。
另外，選取形狀、材質、螺孔布局均相同但質量不同的大小兩個夾具進行相同條件衝擊試驗，分析夾具重量對譜形的影響；接著，對安裝有不同固定螺釘數量的同一塊夾具進行相同條件衝擊試驗，分析裝夾螺釘數量對譜形的影響。
步驟2，曲線擬合方法：
為建立標準譜形庫，需要確定衝擊響應譜的唯一性特徵。根據環境試驗規範，衝擊譜形的主要控制參數為衝擊量級G、拐點頻率f1、斜率S，在雙對數坐標系中由上升段和平直段組成。譜形如圖3所示。
由於衝擊擺錘的重量和擺臂長度不方便調整，調試的手段主要是改變擺角、波形發生器和緩衝墊的硬度、厚度，並且若產品質量較試驗臺體輕，影響較小可忽略。
試驗臺的最大激勵能力、重複性和臺面均勻度事先已進行了驗證，且試驗在沒有安裝夾具及試件的衝擊臺面進行。按照試驗方案開展衝擊試驗，通過數據採集系統，得到採集的衝擊響應譜試驗實測數據(xi，yi)，採用最小二乘準則對數據按衝擊譜試驗規範進行曲線擬合，擬合函數設為上升段部分擬合函數f1(x)＝ax+b，平直段部分擬合函數為f2(x)＝c，則拐點為((c-b)/a，c)，為了使近似曲線f(x)能夠儘可能地反映所給點的變化趨勢，應使兩段曲線誤差平方和之和達到最小，即
(a,b,c)＝arg min SSE(a,b,c|n1)
參考譜衝擊量級G＝c、拐點頻率f1＝(c-b)/a、斜率S＝a，因此得到擺角、波形發生器、緩衝墊組合下的控制譜形的衝擊量級、拐點頻率、斜率，換言之，通過曲線擬合方法建立了擺角、波形發生器、緩衝墊等影響因素與衝擊譜形的對應關係。
步驟3：衝擊響應譜標準譜形庫的構建
待所有試驗完成後，利用MATLAB軟體對數據採集系統導出的Excel數據進行批量處理，擬合出所有擺角、波形發生器、緩衝墊組合下衝擊量級、拐點頻率、斜率等參數、並繪製出此時的標準譜形，歸納匯總形成標準譜形調試資料庫，包括序號、擺角、波形發生器、緩衝墊、衝擊量級、拐點頻率、斜率、夾具重量、裝夾方式、生成時間等條目。
選取多個典型的航天產品衝擊試驗規範，從譜形庫中找到相似條件譜形，明確對應的擺錘提升角度、波形發生器剛度、緩衝墊類型，執行衝擊試驗，將實際的衝擊控制譜形與資料庫中的譜形進行比對，從而驗證了調試試驗資料庫的有效性，實現了任意空間應用有效載荷衝擊試驗規範可迅速在標準譜形庫中近似找到試驗信息的功能。
步驟4：衝擊譜形影響因素分析
由於試驗臺擺錘的重量和擺臂長度不便經常調整，調試的手段主要是改變擺錘角度、波形發生器和緩衝墊，結合標準譜形庫，分析擺衝試驗機譜形影響因素。
(1)擺錘提升角度
為分析擺錘提升角度對衝擊譜形影響，對波形發生器為黃50/紅60，緩衝墊為鋼/1mm毛氈兩兩組合四種情況下的譜形及擬合結果進行分析。
可以發現，提高衝擊擺錘的角度，即提高衝擊力，整個頻率範圍內衝擊譜形的量級上升，而在高頻段尤為明顯。同時，衝擊響應譜的上升斜率基本保持不變，衝擊響應譜的拐點頻率稍有上升，但變化不大。
(2)波形發生器
波形發生器的材料是橡膠，橡膠硬則剛度大，橡膠軟則剛度小。同樣軟硬的橡膠，厚的剛度比薄的剛度要小。因此，須分別分析硬度和厚度對衝擊譜形的影響。
具體的，為分析波形發生器硬度對衝擊譜形影響，對波形發生器為紅20/黃20/黑20時情況下的譜形及擬合結果進行分析；為分析波形發生器厚度對衝擊譜形影響，對波形發生器分別為紅20和紅50/黃20和黃50/黑20和黑50時的譜形及擬合結果進行分析。
可以發現，不論是減小波形發生器的硬度，還是增加波形發生器的厚度，都會使波形發生器剛度下降，因而提高了擺衝試驗機的後阻尼，整個衝擊響應譜的上升斜率下降，拐點頻率減小，衝擊量級基本保持不變。
(3)緩衝墊
為分析緩衝墊硬度對衝擊譜形影響，在擺角為16°，波形發生器為黃30mm，中心緩衝墊分別在1mm牛皮、1mm聚氨酯、1mm毛氈、2.5mm橡膠情況下進行譜形及擬合結果分析。
為分析緩衝墊厚度對衝擊譜形影響，在擺角為16°，波形發生器為黃30mm，中心緩衝墊分別在1mm牛皮和5mm牛皮、1mm毛氈和5mm毛氈、1mm聚氨酯和5mm聚氨酯、2.5mm橡膠和6mm橡膠情況下進行譜形及擬合結果分析。
可以發現，緩衝墊可以隔離雜波，使衝擊響應譜的譜線更加光滑，不至於超出容差範圍，還可以提高中低頻段的能量，尤其是在加速度值較小的時候。從牛皮到毛氈到聚氨酯，厚度相同、硬度降低，上升斜率基本不變，拐點頻率和衝擊量級略微下降；聚氨酯、橡膠、牛皮、毛氈等四種材料，在厚度增加時，提高了擺衝試驗機的衝擊頭阻尼，因而上升斜率、拐點頻率和衝擊量級均下降。因此減小衝擊頭接觸阻尼材料的剛度，可以使激勵的低頻成分增加，從而獲得低拐點的衝擊響應譜。
(4)夾具重量
為分析夾具重量對衝擊譜形影響，使25.5kg大夾具和12.5kg小夾具在幾何形狀、材料結構、螺孔布局均相同，都固定9個螺釘，進行譜形及擬合結果分析。
可以發現，在擺角、波形發生器、緩衝墊、裝夾螺釘數量不變時，質量較小的夾具的衝擊譜形略有提升，但幅度極小。
(5)裝夾螺釘數量
為分析固定螺釘數量對衝擊譜形影響，12.5kg小夾具的裝夾位置不變，使固定螺釘數量變化，分別為4個邊角螺釘和9個螺釘，進行譜形及擬合結果分析。
可以發現，在擺角、波形發生器、緩衝墊、夾具重量不變時，固定螺釘數量少的控制點曲線都略有下降，但幅度極小。
步驟5：擺衝試驗機調試規律總結
調節任何一種衝擊譜形都需同時調整擺角、波形發生器、緩衝墊等。衝擊量級G主要取決於擺角，而衝擊譜拐點頻率f1和斜率S的調節主要是各種軟、硬、薄、厚波形發生器和緩衝墊的拼湊過程。在上述試驗形成的擺衝試驗機標準譜形庫中，波形發生器和緩衝墊種類已基本涵蓋了所有常見類型，而擺角只有8°/16°/24°三種離散情況，因此標準譜形庫中信息通常能滿足拐點頻率和斜率要求，而在衝擊量級上與試驗規範有差異。所以在預調時，首先應查詢標準譜形庫中f1和S，找到與試驗條件基本吻合的擺角、波形發生器、緩衝墊信息，然後選取與實際產品結構響應特性相似的模擬件，以相同安裝方式固定在夾具和試驗檯面上，進行預試驗。若得到的控制譜不理想，主要可通過擺角調試，輔以波形發生器、緩衝墊、夾具重量及裝夾方式調整，直到連續兩次測得的控制譜滿足試驗要求為止，即可進行正式的衝擊譜試驗。
驗證例
以兩個典型的航天產品衝擊試驗規範為例，驗證標準譜形庫的有效性，實現給定衝擊試驗規範可迅速在標準譜形庫中近似找到試驗信息的功能。
(1)TZ-1 XX測試單元
試驗規範：
100-500Hz+6dB/Oct
500-3000Hz 500g
表1譜形庫推薦調試方法
表2黃60+1mm聚氨酯+16°標準譜形
表3黃50+1mm牛皮+16°標準譜形
(2)TZ-1 XX單元
試驗規範：
100-500Hz+6dB/Oct
500-3000Hz 250g
表4譜形庫推薦調試方法
表5紅60+1mm聚氨酯+8°標準譜形
表6黃50+1mm聚氨酯+8°標準譜形
通過以上試驗，選取2個典型的航天產品衝擊試驗規範，從標準譜形庫中找到相似條件譜形，明確對應的擺錘提升角度、波形發生器剛度、緩衝墊類型，執行衝擊試驗，將實際的衝擊控制譜形與資料庫中的標準譜形進行比對，驗證了本發明標準譜形調試資料庫的有效性，實現了任意空間應用有效載荷衝擊試驗規範可迅速在準譜形調試資料庫中查找到近似試驗信息的功能。
由此可見，本發明提供的一種擺衝試驗機譜形庫構建方法以及調試方法具有以下優點：
基於曲線擬合算法建立了便於檢索、容易分析的標準譜形調試資料庫，經過多個工程型號試驗驗證了其有效性和便捷性。此外，分析了各影響因素變化對衝擊響應譜形的影響，得到擺錘式衝擊響應譜試驗機調試規律，有助於指導航天產品衝擊響應譜試驗控制譜形的快速確立，同時縮短了調試時間，降低了試驗風險。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護範圍。