Способ испытаний однотипных технических систем на долговечность

 

1 5 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)5 G Ol М 17/00 1 в? (Ajj ч У

:. л.;1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4668215/11 (22) 23.01.89 (46) 28.02,91. Бюл. В 8 (72) В.П.Панов и М.И.Иващенко (53) 629.113(088.8) (56) Испытания авиационных двигателей.

Межвузовский научный сборник, УАИ, Уфа, вып,4, 1976, с.47, 48. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ОДНОТИПНЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ (57) Изобретение относится к технике ускоренных испытаний различных систем, например аппаратуры, механических устройств и т.д. Цель изобретения — увеличение достоверности и информативности определения эксплуатационной долговечности систем с большим ресурсом, повышение точности и сокращение времени испытаний. Способ основан на нагружении системы в циклах длительностью путем воздействия на нее внешним объектом по заданной программе, близкой к типовой эксплуатационной. В споИзобретение относится к технике, связанной с испытанием технических систем, а именно к способам их ускоренных испытаний, и может быть использовано, например, при испытаниях механических и других устройств, аппаратуры.

Цель изобретения — увеличение дос-. товерности и информативности определения эксплуатационной долговечности систем с большим ресурсом ° повышение

2 собе дополнительно нагружают i-тую систему в циклах длительностью +c, c c, воздействуя на нее внешним объектом по заданной программе с величиной воздействия, в 2-10 раз превышающей величину воздействия по программе, близкой к типовой эксплуатационной. При этом произвольно чередуют сериями нагружения в циклах длительностью, и

О, вплоть до достижения системой предельного состояния с устранимой поте-,. рей работоспособности. Испытуемую систему нагружают в циклах длительностью

t в течение полного времени Т, и из1

g(1 меряют полное время Т,, затраченное

1 на нагружение системы циклами длительностью с<. Такие же действия произво-.

h дят над j-й системой, причем выбирают

Т Ф Т, и определяют для всей совоJ купности испытуемых систем долговечность работы системы по типовой экс-.

I плуатационной программе по соотношениям. 1 э.п. ф-лы, 5 ил. точности и сокращение времени испытаний.

На фиг.1 изображен стенд для испы» таний велосипедов; на фиг.2 — циклограмма нагружения i-технической системы; на фиг.3 — стенд для -технической системы; на фиг.4 — вариант циклограммы нагружения для дили jтехнической системы; на фиг,5 — другой вариант циклограммы нагружения для для д.-или j-технической системы..

1631345 л

° +

М-

Ф-N -2

° d =»1+Я„

5 (2) Сущность способа заключается в следуюшем.

При испытании испытуемую систему сначала приводят из нерабочего состояния в рабочий режим, в котором ее нагру жают в цикле длительностью», путем воздействия на систему внешним объективом . по заданной программе, близкой к типовой эксплуатационной. После этого возвра- 1О шают систему в исходное нерабочее состояние, прекращая воздействие на нее внешним объектом.

Затем повторяют нагружение системы 15 в циклах заданное число раз. Дополнительно к этому нагружают испытуемую и систему в циклах длительностью (причем С (б, ) путем воздействия на нее внешним объектом по заданной про- 20 грамме. Причем величина воздействия в 2-10 раз превышает величину воздействия.по программе, близкой к типовой эксплуатационной. Нижняя граница ука- занного диапазона достаточна, чтобы испытания были ускоренными. При превышении же верхней границы в ряде систем изменяется характер поврежденности (изменяются физические процессы, 9 CO ,, N1» ° . ff

N(N — 1) - — Т " ° — Т

;«» j=» 1»+» j Н4 где N 2 — чиспо испытуемых систем, находят из таблиц распределения

Стьюдента по числу степеней свободы m = (N — N — 2)/2 и двухстороннему доверительному интервалу g .

При испытании возникают промежуточные состояния системы, при которых происходят устранимые в эксплуатации потеря системой работоспособности или, неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям. В этом случае при испыI и 2 гдеЙ=Т +Т,.

Я - -" N(N-1) обусловливающие повреждаемость) ° При этом произвольно (как показано на фиг.2 в нескольких. вариантах) чередуют сериями нагружения в циклах длительностью ь» и », вплоть до достил жения испытуемой системой предельного состояния, при кбтором происходят неустранимая в эксплуатации потеря испытуемой системой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к. ней требованиям.

Испытуемую систему нагружают в циклах длительностью с в течение полнои

» го времени Т;, При этом период времеf ни Т ° может состоять как из одного, I так и из нескольких составляющих его промежутков времени, рассеянных произвольным образом в программе испытаний.

ft

Также измеряют полное время Т <, затраченное на нагружение i-й испытуемой л системы циклами длительностью» . Такие же действия производят над j-й испытуемой системой. При этом выбирают Т не равным Т и определяют по

l, »

» всей совокупности испытуемых систем долговечность D работы системы по заданной типовой эксплуатационной программе из соотношения — номера испытуемых систем, Ф

Н . в, »»»

T»»i<- — Т».»- Т

Т1+, „ — Т „ ;

I тании измеряют полные времена Т „, И »» »с

Т; и Т„(, Т (» ), затраченные на нагруженйе i-и и j-й систем циклами длительностью 6» и ».О до промежуточи нь»х состояний и определяют по всей совокупности испытуемых систем часть эксплуатационной долговечности с1 до появления 1-го промежуточного состояния s-й испытуемой системы из соотношейия (2) и соответствующих функций распределения по формуле (3) s = 1,...,N, i

1 где

) (.а К) /,1 для среднего квадратического значения йя для верхнего значения доверительного интервала знанения

М для нижнего значения доверительного интервала значения

56 число тестовых цикЮ

30

45

5 г

N — N — 2 Т1„.

)-! -, N4k J лов, исч ерпыв ающих ресурс, длительнои стью c< „ 1 — означает целую часть числа, n — порядковый номер циклов длительностью <. . л

При получении статических выражений использованы понятия теории ошибок наблюдений. Использованы также предложения о линейном суммировании повреждений и о близости ресурсов однотипных технических изготовленных систем. Типовые циклы длительностью должны быть близкими между собой по характеру повреждаемости, но могут отличаться интенсивностью повреждаемости. Предлагаемый способ испытания и его статическая обработка эквивалентны как бы существенному увеличению числа испытуемых систем (для N испытуемых систем обработка ведется по N(N-1)/2 результатам испытаний).

Поэтому статистическая обоснованность получаеми результатов является более достоверной при меньшем, чем обычна -количестве испытуемых систем.

При этом увеличение числа испытуемых систем увеличивает точность, а в из,вестных способах увеличение числа испытуемых систем не приводит к увеличению Фочности, так как в них вносится заранее систематическая ошибка, связанная с установлением эквивалентного времени до испытаний, и она не устраняется увеличением числа испытуемых систем. По оценкам точность можно повысить не менее, чем на 30Х.! — "-) () и+ - j н-1

Точность известных способов определяется не только выбором тестового цикла (с повышенным нагружением), близкого по повреждаемости к эксплуатационному, но и установлением эквивалента между ними.

Наибольшую ошибку в известных спо собах ускоренных эквивалентных испытаниях вносит неопределенность в значении эквивалентного времени, соответствующего такому же исчерпанию долговечности в условиях эксплуатации, как и в одном тестовом цикле. Умножаясь по числу тестовых циклов в испытании, эта неопределенность дает большую ошибку в определении ресурса и других характеристик системы.

В данном способе не требуется установление заранее значения указанного эквивалентного времени. Поэтому связанная с ним ошибка не возникает и искомые параметры определяются в самом процессе испытаний без привлечения дополнительной информации, которая может вносить ошибку. Благодаря этому повышается точность, увеличиваются достоверность и информативность определения эксплуатационной долговечности систем (последнее — вследствие определения функций распределения и доверительных интервалов).

По данному способу в результате испытаний устанавливается эквивалентность между двумя различными программами испытаний, близкийи по повреждаемости, но различающимися по интенсивности нагружения, и результаты испытаний по одной программе могут быть представлены в результатах испытайий . по другой программе. При этом использование в одной из программ циклов с

50 повышенными нагрузками сокращает сроки испытаний.

Способ реализуется на примере испытания велосипедов слецующим образом.

На испытательном с тенде; велосипеды нагружают s циклах заданной длительностью,воздействуя на них (на педали, колеса) внешним объектом и создавая режимы, близкие к нормальным эксплуатационным на обычной дороге. Дополни1631345 тельно к этому на них воздействуют в циклах существенно большими нагрузками, соответствующими экстремальным условиям эксплуатации и даже выше.

При этом нагружения в циклах произвольно чередуют,, вплоть до неустранимой или устранимой поломки, измеряют полные времена, затраченные на нагружения в циклах обоих видов, и по 10 всей совокупности велосипедов определяют их долговечности работы и другие характеристики по соотношениям (1-3).

На стенде для испытания на усталостную прочность (фиг,1) на платфор f5 ме 1 установлен на катках 2 велосипед с нагрузкой 3. Платформа 1 приводится в колебательное движение вибратором

4, привод которого управляется блоком

5 управления, соединенным функциональ.-щ но с задатчиком 6 циклограммы испытания. В испытаниях имитируют нагруженность для различных дорог, характери-, зуемую коэффициентом нагруженности, равным отношению нагрузок на объект в,25 данном режиме работы при езде пд меж1 дугороднему шоссе, определяемому, например, микропрофилем дороги (величи- . ны коэффифиента находятся в диапазоне

1-7). Соответственно, на стенде задатчиком 6 циклограмм испытаний через блок 5 управления задают амплиту- ды и частоты колебаний платформы 1 вибратором 4, соответствующие коэффициентам нагРузки, и пРокРучивают на- 35 груженный велосипед.

При испытаниях велосипед нагружают в циклах -продолжительностью несколько часов (4-6), соответствующих езде по хорошей дороге с умеренной нагрузкой 4р с коэффициентами нагруженности 1-1,3, и в циклах с коэффициентом нагруженности около 7, но меньшей продолжительностью. Циклы чередуют произволь- ным образом, вплоть до достижения пре-45 дельного состояния (поломок). Измеряют полные времена,наработки при обо- их указанных циклах. Затем такие же испытания проводят на несколько велосипедах и по всей совокупности испыта, ний определяют по формулам (1-3) характеристики велосипедов. Аппаратура используется штатная, как и на аналогичных стендах, применяемых в других отраслях машиностроения.

Данный способ имеет следующие преимущества по сравнению с известными: повышает точность и достоверность определения ресурса и других характеристик испытуемой системы; сокращает сроки ресурсных испытаний при фиксированной точности; повышает информативность и экономичность испытаний; относительно прост в реализации; применим для систем из различных областей техники, увеличение числа испытуI емых систем повышает достоверность определения долговечности. формула изобретения

1. Способ испытаний однотипных технических систем на долговечность при котором i-тую испытуемую систему приводят из нерабочего состояния в рабочий режим, нагружают ее в циклах длительностью,, воздействуя.на нее внешним объектом по близкой к типовой эксплуатационной программе, и возвращают систему в исходное нерабочее состояние, затем повторяют нагружение системы s циклах заданное число раз, отличающийся тем, что, с целью увеличения достоверности и информативности определения эксплуатационной долговечности систем с боль- шим ресурсом, повышения точности и сокращения времени испытаний, дополнительно нагружают i-тую испытуемую систему в циклах длительностью а а,, воздействуя на нее внешним объектом по заданной программе с величиной воздействия, в 2-10 раз превышающей величину воздействия по программе,,близкой к типовой эксплуатационной, при этом произвольно чередуют сериями нагружения в циклах длительностью л и ь, и, вплоть до достижения испытуемой системой предельного состояния, при котором происходят не устраняемые ъ в эксплуатации потеря испытуемой системой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям, причем испытуемую систему нагружают в циклах длительностью Г в течение пол ! ного времени Т, и измеряют полное ! (1

1 время Т,, затраченное на нагружение !

i-й испытуемой системы циклами дли 1 тельностью 4g, такие же действия производят над j-й испытуемой системой, I I выбирая Т ф Т и определяют по всей

) совокупности испытуемых систем долговечность работы системы по заданной типовой эксплуатационной программе из соотношения!

63!345

< и, и, Т -, TH+i- — TN <- T - t Яг

) 2

i =!

М-t

2,Т, Т

Т„„; находят из таблиц для распре— деления Стьюдента по числу степеней свободы m=(N -N-2)/2 15 и двухстороннемудоверительному интервалу

2. Способ по п.1, о т л и ч а ив шийся тем, что в процессе испытаи нии измеряют полные времена Т, Т, 20 (и ° ic и Т g, Т Я (®), затраченные на наФ гружение 1 и 1 испытуемых систем цик лами длительностью, и с до промежуточных состояний .системы, при кото 1 Е = 1 - у

Я=

qN(N-I) )г

Тц =!.I

s 1 у ° ° °,N °

4р вечности до этого состояния для всей совокупности испытуемых систем иэ соотношения

jg 1„„, N к (- — д УЛ

d/ c,g — для среднего квадратического значения

56 (Й+Е)/cg — для верхнего значения доверительного интервала значения d g (d-E)/2,Д вЂ” для нижнего значения доверительного интервала значения d и, .

P где N 2 — число испытуемых систем; (5Е 5ем7Й=Г5 .=, T„„, f ,и функции распределения появления

1-ro промежуточного состояния и значений части эксплуатационной долго) — номера испытуемых систем; рых происходят устранимые в эксплуатации потеря системой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям, и определяют по всей совокупности испытуемых систем часть эксплуатационной долговечности до появления 1-го промежуточного состояния s-й испытуемой системы из соотношения

9L ъ ) здесь 5 j означает целую часть числа, Г1 для р =n>

$0 для p n

M — число циклов длительностью, исчерпываА ющих ресурс, пи — порядковый номер циклов длительностью с .

Е=Т

Составитель С.Белоусько

Редактор И,Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор A,Îáðó÷àð

Заказ 537 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101