Устройство для управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций

 

УСТРОЙСТВР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЖЕНШМ ПРИ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ НАТУРНЫХ КОНСТРУКЦИИ , содержащее программно-задающий 6iioK| соединенный выходами с входами п каналов управления, каждый из которых содержит управляемый генератор и последовательно соединенные формирователь функции заданиЯ| регулятор, исполнительный механизм и датчик нагрузки, соединенный першз1м вь1ходом с первым выхо дом канала управления и с испытываемой конструкцией) вторым выходом - с вторым входом регупятора, первый, вход канала управления соединен с входом управляемого генератора, второй вход - с вторым входом формирователя функции задания , отличающееся тем, что с целью повышения точности возпроизведения экстремальньтх значений градиентов нагрузок, в него введены г - входовой элемент И и в каждый канал управления пиковь1й детектор, первый элемент И и последовательно соединенные первый Триггер, второй элемент И, второй триггер и элемент ИЛИ, соединен11Ый выходом с. вторым выходом канала управления вторым входом - с инверсным выходом , первого триггера, S -вход которого соединен с третьим входом канала управления , R -входы первого и второго триггеров соединены с четвертым входом кана§ ла управления, инверсный выход второго (Л триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого с соединен с выходом управляемого генератора , выход - с вторым входом формирователя функции задания, второй вход второго элемента И соединен с выходом пикового детектора, вход которгяч) соединен с вторым входом регулят« а, вторые со выходы каналов управления соединены с соответствующими входами п-входового ю элемента И, выход которого соеф1нен с четвертыми входами каналов управления.

„„SU„„1037210

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧажИХ

РЕСПУБЛИК

3 у G 05 5 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!,::-"; - :

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТМЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 342 5951/18-24 (22) 20.04. 82 (46) 23.08.83., Бюл. N 31 ,(72) Ю. М, Еремеев (53) 62 1"-503.5 (088.8) (56) 1. Литвак В.И. Применение гидровибраторов Юля возбуждения колебаний конструкций. - "Весник машиностроения", 1973, № 10.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 666456, кп. С 01М 7/00, 1977 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЖЕНИЕМ ПРИ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ НАТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, содержащее программно- задающий бЪок, соециненный выхоцами с вхоцами и каналов управления, каждый из которых содержит управляемый генератор и последовательно соединенные формирователь функции заданйя, регулятор, исполнительный:механизм и датчик нагрузки, соециненный первым выходом с первым выхо. дом канала управления и с испытываемой конструкцией, вторым выхоцом - с вторым входом per упятора, первый вход канала управления соецинен с вхоцом управляемого генератора, второй вхоц - с вторым входом формирователя функции заца ния, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности возпроизведения экстремальных значений градиентов нагрузок, в него введены p - -вхоцовой элемент И и в каждый канал управления пиковый цетектор, первый элемент И и последовательно соециненные первый триггер, второй элемент И, второй триг гер и элемент ИЛИ, соединенный выходом с, вторым выходом канала управления, вторым входом - с инверсным выхоцом первого триггера, 5 -вход которого сое цннен с третьим входом канала управле-. ния, Р -вхоцы первого и второго триггеров соецинены с четвертым вхоцом канала управления, инверсный выхоц второго триггера соецинен с первым вхоцом пер» вого элемента И, второй вхоц которого соединен с выходом управляемого генератора, выхоц - с вторым вхоцом формй рователя функции зацания, второй вхоц второго элемента И соединен с выходом пикового детектора, вхоц которого соеди» нен с вторым входом регулятора,. вторые выходы каналов управления соединены с соответствукщ ими вхоцами rr -axogosor элемента И, выхоц которого соец;инеи с четвертыми входами каналов управления.

1037210 2

Изобретение относится к устройствам автоматического управления прочностными, устапостными испытаниями, оно мо жет быть использовано в различных об1 . пастях экспериментальной техники, гце испытываемый объект поцвергается многоосному циклическому воздействию по заданной программе, Наиболее распространенным,видом циклического нагружения при усталостных 10 испытаниях является нагружение по программе, которая представляет собой совокупность многоступенчатых программ (под ступенью подразумевается участок программы, соцержащий зацанное число цик- 15 лов нагружения, характеризуемых опреде» ленной формой, частотой и амплитуцой нагрузки). Достоверность испытаний по многоступенчатой программе опрецепяется в основнрм точностью воспроизведения 20 экстремальных значений нарнагрузки на кажцой ступени в соответствии; с вепичинами, заданными программой испытаний.

При многоосном нагружении точность воспроизведения экстремальных нагрузок оп- 25 рецеляется не топько точность отработки программы отцельным канапом, но и синхронностью припожения нагрузки между каналами, так как именно ато определяет правильность воспроизвецения градиентов gp нагрузки в испытываемой конструкции.

Известно устройство, в котором синхронизация нагрузки по разным каналам осуществляется с помощью сразосдвигающей RG- цепочки, выполняющей функцию

35 элемента запазцывания 1 3 .

Нецостатком этого устройстве является то, что оно пригодно только для генерации зацающих воздействий типе колебаний прямоугопьной формы фиксированной частоты и неизменных динамических характеристиках канала нагружения.

Наибопее близким по технической сущности к изобретению является система управления нагружением при усталост- 45 ных испытаниях натурных конструкций, реализующая сцвиг фазы задающего воздействия с помощью фазосдвигающего устройства, управляемого сигнапами от программного устройства, в памяти ко- 50 торого допжпы храниться вепичины времени задержки по отцельным канапам L2), Недостатком известного устройства является необходимость получения до начала испытания объекта фазочастотных 55 характеристик всех каналов нагружения.

Процедура определения цинамических харак- . теристик связана со значительными техническими трудностями из-за большого чиспа канапов их взаимного влияния и нелинейности характеристик системы нагружения. Настройка устройства управления нагружением на самом объекте испытаний часто невозможна иэ-за опасности разрушения уникальной конструкции. l(роме того, при возникновении в ходе испытаний устапостных трещин изменяется жесткость испытываемой конструкции, что приводит к изменению цинамических характеристик следующей системы нагружения. В связи с атим найденные ранее значения фазовых сдвигов становятся неоптимальными и требуют периоцической коррекции. !

Iles изобретения - повышение точности воспроизведения акстремапьных значений градиентов нагрузок.

Поставленная цель цостигается тем, что в устройство для управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций, содержащее программно-зацающий блок, соединенный выхоцами с входами и ккааннаалпоов в ууппррааввлпеенниияя, каждый из которых содержит управпяемый генератор и поспецовательно соединенные формирователь функции задания, регупятор, испытательный механизм и датчик нагрузки, соединенный первым выхоцом с первым выхоцом канала управпения и с испытываемой конструкцией, вторым выхоцомс вторым входом регунятора, первый вхоц канала управления соецинен с вхоцом управляемого генератора, второй входс вторым вхоцом формироватепя функций зацания, введены и --входовой элемент И и в каждый канал управления — пиковый детектор, первый алемент И и поспедовательно соециненные первый триггер, вто-рой апемент И, второй триггер и апемент ИЛИ, соединенный выходом с вторым выходом канала управления, вторым входом — с инверсным выходом первого триггера, S - -вход которого соединен с третьим вхоцом канала управления, Рвхоцы первого и второго триггеров соединены с четвертым входом канала упраэ— пения, инверсный выход второго триггера соецинен с первым вхоцом первого элемента И, второй вход которого соецинен с выхоцом управляемого генератора, выход - с вторым входом формирователя функции задания, второй вхоц второго элемента И соецинен с выходом пикового цетектора, вхоц которого соединен с вторым входом регулятора, вторые выходы каналов управления соецинены с соответ1037210 4

55, ствующими входами A -входового элемента И,; выход которого соединен с четвер-,, тыми вхоцами каналов управления.

На фиг. 1 прецставлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - примерный 5 виц программы нагружения для 4-х канальной испытательной системы; на фиг. 3 показано влияние величины рассинхронизадии на точность отработки экстремаль ных значений грациента нагрузки межцу 10 цвумя каналами (кривые ¹ 1 и ¹ 2 изображают функции эацания нагрузки цля каналов 1 и 2); на фиг. 4 - фазачастотные характеристики двух каналов нагру-" жения с электрогицравлическими преобра- 15 зователями типа УЭГС-100 и гицронилинцрами, развивающими усилия: 10 кН (кривая № 1) и 25 кН (кривая № 2); на фиг. 5 прецставлена временная диграм- ма работы устройства. 20

В результате различия площацей поршйей и объемов гидроцилинаров, а также жесткости испытываемой конструкции в местах приложений усилий каналы нагружения имеют различные фаэочастотнь:е характеристики.25

Фазовое эячазцывание в канале

1 3 42. В результате различия в величинах фазовых сдвигов нагрузки, прилагаемые к испытываемому изцелию 91 и D 2 (фиг. 3),оказывают- 30 ся взаимно сдвинутыми по фазе на угол 8 =- т „- 2 что приводит к ошибке в воспроизведении градиентов нагрузок д = И вЂ” Ъ, гце b и h — соответствен% М но максимальный и заданный градиенты

35 нагрузок.

Устройство соцержит программно-задающий блок 1, управляемый генератор 2, формирователь функции зацания 3, регуЖтор 4, исполнительный механизм 5, цатчик нагрузки 6, испытываемую конструкцию 7, и — вхоцовой элемент И 8, второй 9 и первый 10 элементы И, первый 1 и второй 12 триггеры„элемент ИЛИ 13, пиковый цетектор 14.

Работает устройство слецующим образом.

В исхоцном положении триггеры 11 и 12 нахоцятся в "нулевом" состоянии, на прямых" выхоцах триггеров логический нуль "0". Программно-зацающий блок 1 зацает с помощью управляемых генераторов 2 и формирователей. функции.

3 задания длительность, амплитуцу и .форму зацакхцих воздействий цля кажцого канала нагружения, а также импульс синхронизации для каналов, нагрузки в которых должны быть синхронными (исключение составляют каналы, формирующие статическую нагрузку на цанной ступени программы). Импульс синхронизации выдается программно- эадакхдим устройством при выдаче параметров каждой новой ступени программы нагружения, а также несколько раз в прецелах оцной ступени программы на случай рассинхронизапии нагрузок, вызванной изменением цинамических характеристик испытываемой конструкции при возникновении усталостных трещин. Синхронизирующий импульс, поступая в канал управления, устанавливает триггер 11 в состояние "3., На обоих вхоцах элемента ИЛИ 13 оказываются "0", в результате на выходе элемента И 8 появляется "0" - низкий уровень (фиг. 5). Иэ-за наличия фазового эапазцывания нагрузки на испытываемой конструкции повторяет форму сигнал зацающего воэцействия с запазцыванием, соответствующим фоэчастотной характеристике канала при цанной частоте, Эта нагрузка воспринимается и преобразуется в электрический сигнал цатчиком 6 (кривые Р 1 и D 2, фиг. 5}.1При цости« женин выхоцным сигналом цатчика (нагрузка на конструкции) экстремального значения пиковый цетектор 14 соответствующего канала формирует импульс (фиг. 5, ПД2), Этот импульс склацывается элементом И 9 с 1" на "прямом" выхоце триггера 11 и устанавливает триггер 12 в ециничное состояние, при атом на его

"инверсном" выхоце появляется сигнал

0, который блокирует посредством элемента И 10 поступление импульсов с управляемого генератора 2 на формирователь функции 3 эацания (фиг. 5,О„), в резугътате чего изменение эацающего возцействия в цанном канале приостанавливается. Ециничный сигнал с "прямого" выхода триггера 12 через элемент ИЛИ

13 поступает на соответствующий вход элемента И 8.

Описанная процедура осуществляется в кажцом канале управления. После достижения экстремального значения нагрузки в канале, обладающем наибольшим запаздыванием (фиг. 5, В 1, AD 1}, на всех вхоцах элемента И 8 оказываются "1", в результате на выходе элемента 8 появляется 1, которая, воэцействуя на R - входы всех триггеров, устанавливает их в исходное состоянйе, На

"инверсных" выходах триггеров 12 появляются 1", которые раэблокируют элементы И 10 всех каналов управления, и

3 1037 все формирователи функций продолжают

<генерацию задакщих возцействий, В ре зультате данной процецуры во всех каналах управления, за исключением канала с наибольшим запаздыванием, сформиро» 5 вались эацержки сигналов задакщих воздействий, причем величины этих зацержек . обратно пропорциональны величинам фазовых запаздываний соответстиукщих кана» лов и равны разности межцу наибольшим, t0 присутствукщим в системе фазовым эапаэI цыванием и запаздыванием в рассматри-.. ваемом канапе, В связи с тем, что в ка нале с наибольшим запаздыванием момент осталова формирователя функции при дос 15 тижении нагрузкой экстремума совпадает (задержкой, вносимой логическими элемен тами можно пренебречь) с момента за210

;йуска всех каналов, цанный канал не останавливается. Как показано на фиг. 5, в случае, если рассинхрониэация нагрузок отсутствует, останова зацакзпих возцействий практически не происходит. . В результате описанной процецуры путем введения эацержек сигналов зацаю щих воздействий осуществляется синхронизация экстремальных значений нагрузок, прилагаемых к испытываемой конструкции е

Изобретение существенно повышает точность воспроизведения заданных экст» . ремальных значений грациентов нагрузки, вызванную фазовыми запаздываниями, и сокращает время проведения испытаний конструкций за счет повышения частоты нагружения.

1037210

3.037210

Фиг,5

ТО

1037210

ВНИИПИ Заказ 6008/48 Тираж 874 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4