因力、位置、速度和加速度等參量急劇變化而激起的系統的瞬態運動。其特點是衝擊激勵參量的幅值變化快,持續時間短(同系統的固有週期相比),頻率範圍寬。在物體碰撞、炸藥爆炸、地震等過程中都會產生衝擊。衝擊作用在結構上會產生幅值很大的加速度、應力或應力波,可導致結構破壞或使儀器設備失效。衝擊也會引起人體組織器官的損傷。因此,在系統設計時必須考慮衝擊的影響,必要時可採取隔離或吸收衝擊的措施。但衝擊也有可以利用的一面,如機械中應用的高速鍛錘和建築工業中應用的氣動打夯機,,都是利用沖擊在極短時間內傳遞能量並產生很大的沖擊力。

  沖擊分類 按激勵參量的時域波形特性可分為三種:①脈沖型沖擊。這種沖擊的激勵參量的瞬時值在極短時間內由平衡位置上升到最大值,然後又下降到平衡位置(圖1a)。

可用數學式描述的理想化的脈沖型沖擊的波形有半正弦波、梯形波、鐘形波、三角波或鋸齒波等。貨物包裝箱在運輸、裝卸過程中由於碰撞、跌落而受到的沖擊多屬脈沖型。②階躍型沖擊。這是參量幅值由平衡位置急劇改變到新的位置所形成的沖擊(圖1b)。理想化的階躍型沖擊改變參量位置所需時間為零。實際階躍型沖擊所需時間多為微秒級到毫秒級。多級火箭在分級時,由於拋棄前級,質量突然減少,因而就會產生加速度階躍。③復雜沖擊,又稱瞬態振動。其波形是往復振蕩型的,往往難以用數學式表達(圖1c)。飛機、導彈和艦船內部的儀表設備所受到的間接的(經過蒙皮、隔框、支架等傳遞的)沖擊多屬此類。

  沖擊的描述 有兩種方法:①描述沖擊波形本身的固有特性。可在時域內用波形的形狀、峰值、脈沖寬度(即持續時間)等參量描述,這種描述適用於簡單脈沖型沖擊;也可在頻域內用傅裡葉譜求出沖擊的主要頻率分量和頻率范圍,這種描述既適用於簡單脈沖型沖擊也適用於復雜脈沖型沖擊。圖2為半正弦脈沖及其傅裡葉幅值譜。②描述沖擊對系統的作用效果。可采用沖擊響應譜(簡稱沖擊譜),即無阻尼的或有阻尼的單自由度系統對作用在系統基座上的沖擊的響應峰值同該系統固有頻率的函數關系。沖擊譜又可細分為:僅在作用期間獲得的沖擊譜稱為初始沖擊譜(簡稱主譜);在沖擊作用之後獲得的沖擊譜稱為剩餘沖擊譜(簡稱餘譜);主譜和餘譜中取最大值後形成的沖擊譜稱為最大譜。圖3為半正弦脈沖作用於無阻尼單自由度系統後得到的沖擊譜。

  沖擊譜的概念提出較早,由於它比較簡單,而且很多系統在一定程度上可以當作單自由度系統,所以可以通過沖擊譜瞭解機器設備因受沖擊而破壞的程度,因此沖擊譜至今仍是研究沖擊的重要工具。但它沒有考慮到相位因素,提供的隻是一種不完整的信息。

  

參考書目

 C.M.Harris and C.E.Crede,Shock and Vibration Handbook,2nd ed.,McGraw-Hill,New York,1976.

 C.T.Morrow,Shock and Vibration Engineering,Vol.1,John Wiley &Sons,New York,1963.