高加速度（高g值，1g＝9.8m/s2）沖擊過載是一種極端條件下的物理現(xiàn)象，其產(chǎn)生的加速度往往達(dá)數(shù)百g，甚至高達(dá)驚人的20萬g以上。這種極端沖擊環(huán)境主要出現(xiàn)在一系列高能量、高速度的場景中，諸如火工品爆炸、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火、高速氣動與大氣再入過程，以及汽車和高速列車的劇烈碰撞、沖壓鍛造、沖模沖孔、沖擊鉆探等過程。更為關(guān)鍵的是，它在軍事領(lǐng)域也扮演著至關(guān)重要的角色，如火箭彈、導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、穿甲彈、半穿甲彈和侵徹彈等高速侵徹硬目標(biāo)的過程中。這些領(lǐng)域不僅關(guān)系到國家的科技進(jìn)步，更是航空、航天、武器裝備及國防科技等核心領(lǐng)域的重要支撐。因此，對高加速度沖擊激勵與試驗技術(shù)的深入研究是沖擊動力學(xué)的研究方向之一，也始終占據(jù)著該領(lǐng)域的科研前沿，這對于推動我國在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
高加速度沖擊過載環(huán)境的獨(dú)特特征是過載加速度峰值驚人、脈沖作用時間短暫、破壞力巨大且響應(yīng)機(jī)制極為復(fù)雜，對置身其中的元器件及其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可靠性與安全性、性能穩(wěn)定與持久性等方面提出了嚴(yán)苛的要求。這對科研人員開發(fā)和優(yōu)化此類元器件及系統(tǒng)構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。以硬目標(biāo)侵徹武器的研發(fā)為例，為確保侵徹武器的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、性能達(dá)標(biāo)、可靠性經(jīng)受住考驗，需對炸藥的效能進(jìn)行精確檢測，確保炸點(diǎn)控制系統(tǒng)符合戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，并驗證炸藥在高過載環(huán)境中的安全性和可靠性。這一過程中，選擇合適的試驗裝置、確定有效的試驗方法、研究先進(jìn)的測試技術(shù)及校準(zhǔn)系統(tǒng)等，進(jìn)行多種類、多批次、重復(fù)性的模擬試驗變得至關(guān)重要。因此，通過實驗室模擬高加速度沖擊過載環(huán)境成為了科研人員不可或缺的研究手段。
經(jīng)過多年的深入研究和實踐探索，高加速度沖擊過載激勵與試驗技術(shù)已取得了顯著的進(jìn)步。然而，仍有一些關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步研究和突破，比如如何研發(fā)出試驗范圍更廣、可靠性更高、成本更低的沖擊加速度脈沖環(huán)境激勵技術(shù)。這不僅是科研領(lǐng)域的重要課題，更是推動相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
本書是在綜合作者多年實踐成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新書籍和期刊論文的研究成果精心編寫而成的。我們期望本書能為高加速度沖擊領(lǐng)域的科研人員、高校師生提供有價值的參考與幫助，推動該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。本書共分7章：
第1章為緒論，引領(lǐng)讀者踏入高加速度沖擊過載環(huán)境激勵與試驗技術(shù)的廣闊領(lǐng)域，全面勾勒其基本概念、發(fā)展歷程、研究意義及當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。通過深入淺出的介紹，為后續(xù)章節(jié)奠定堅實的理論基礎(chǔ)與探索框架。
第2章聚焦于沖擊過程的時域特征，系統(tǒng)剖析了多種理想沖擊加速度波形函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)與物理含義。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)，深入探討了沖擊過程中的位移、速度、加速度、脈寬及速度變化量的動態(tài)變化規(guī)律，輔以實際高加速度沖擊案例，直觀展示沖擊信號的時域特性。同時，引入時域矩分析方法，為深入理解沖擊響應(yīng)特性提供新視角。
第3章深入高加速度沖擊信號的頻域世界，全面解析傅里葉譜、能量譜、沖擊響應(yīng)譜及獨(dú)特的偽速度譜等關(guān)鍵概念。通過對比分析常見理想高加速度沖擊加速度信號的頻譜特性，揭示了沖擊響應(yīng)譜的計算精髓與數(shù)值處理的微妙之處。尤為值得一提的是，本章深入探討了偽速度譜在評估被試件失效機(jī)理中的應(yīng)用價值，以及影響其精度的多種因素，為優(yōu)化沖擊試驗設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。
第4章系統(tǒng)性地梳理了高加速度沖擊試驗的國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及其發(fā)展歷程，展示了當(dāng)前主流的高加速度沖擊試驗設(shè)備與技術(shù)方法。通過對比分析不同試驗設(shè)備的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍，為讀者選擇適合的試驗方案提供了實用指南。
第5章針對輕小被試件的特殊需求，創(chuàng)新性地提出了基于多物體碰撞速度放大原理的高加速度沖擊激勵技術(shù)。詳細(xì)闡述了基于一級速度放大器的試驗方案設(shè)計、設(shè)備研制及成功案例，展示了該技術(shù)在提升沖擊效能、降低試驗成本方面的顯著優(yōu)勢。
第6章則聚焦于大質(zhì)量、大體積被試件的高加速度沖擊激勵挑戰(zhàn)，介紹了氣體炮技術(shù)、沖擊氣缸技術(shù)等傳統(tǒng)方法在大負(fù)載場景下的應(yīng)用。更為重要的是，基于空氣炮原理，創(chuàng)新性地提出了一種新型大負(fù)載高加速度沖擊激勵技術(shù)，并成功研制出相應(yīng)試驗設(shè)備，取得了很好的實際效果。
第7章深入探討了高加速度沖擊試驗中的波形調(diào)整技術(shù)，包括Hopkinson壓桿與跌落沖擊激勵中的波形整形方法。特別地，詳細(xì)闡述了橡膠型波形整形器的設(shè)計思路，為解決高加速度、長脈寬激勵技術(shù)難題提供了新思路。
本書的第1、2、4三章主要由重慶城市職業(yè)學(xué)院李陽博士執(zhí)筆，其余章節(jié)均由重慶文理學(xué)院段正勇博士執(zhí)筆，并完成統(tǒng)稿工作。在本書的仿真分析中，得到了段正勇博士的研究生馬健程碩士的大力支持。同時，在漫長的研究歷程中，我們得到了多方的大力幫助和支持。西安交通大學(xué)趙玉龍教授以其深厚的學(xué)術(shù)造詣和獨(dú)到的見解，為我們提供了寶貴的指導(dǎo)和建議。南陽理工學(xué)院、蘇州東菱振動試驗儀器有限公司以及重慶文理學(xué)院等單位的領(lǐng)導(dǎo)和同事們也給予了熱情的幫助和支持，為本書的完成提供了諸多便利，在此表示衷心的感謝。
特別值得一提的是，我們的家人也給予了極大的支持和理解。在繁忙的工作之余，她們承擔(dān)了更多的家庭勞動和孩子的教育任務(wù)，讓我們能夠全身心地投入研究和寫作中。她們的付出和犧牲，是我們能夠順利完成本書的重要保障。在此，我們向所有給予支持和幫助的家人表示衷心的感謝和深深的敬意。
由于作者學(xué)識和能力所限，本書中的某些內(nèi)容可能尚顯稚嫩，甚至可能存在疏漏或謬誤。我們深知學(xué)術(shù)研究的道路永無止境，真誠地希望廣大讀者能夠不吝賜教，對書中的不足之處提出寶貴的批評和建議。您的賜教將是我們不斷進(jìn)步的重要動力，也是我們不斷完善和提高的寶貴財富。在此，我們衷心感謝每一位讀者的關(guān)注和支持，期待與您共同推動相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展。

段正勇
2024.10