Способ вибрационных испытаний объектов

 

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения повышение точности определения амплитуды гармонической вибрации. Способ включает операции определения собственной частоты f_o и добротности Q испытуемого объекта, а затем воздействия на объект гармонической вибрации с амплитудой, выбранной в соответствии со значениями f_o Q из V и условия равенства максимальных реакций объекта при гармонической и имитируемой случайной вибрации. Новым в способе являются определение зависимостей f_o и Q от амплитуды гармонической вибрации и использование этих зависимостей для вычисления ударного спектра имитируемого случайного процесса, нахождения из этого спектра максимальной реакции A_m и определения амплитуды A_г гармонической вибрации как отношения при этом значение A_г находится методом последовательных приближений. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам вибрационных испытаний, предусматривающим воздействие на испытуемый объект гармонической вибрации, имитирующей реальный случайный процесс. Необходимость имитации реального случайного вибрационного процесса (СП) с помощью гармонической вибрации (ГВ) возникает в ряде практически важных случаев: при отсутствии оборудования для испытаний на СП; при высокой дисперсии СП, когда у оборудования (вибростенда) не хватает мощности для его воспроизведения, при нестационарном (например, быстрозатухающем) СП, когда воспроизведение его на существующем оборудовании затруднено; при определении устойчивости к действию высокочастотных СП малогабаритных приборов и элементов с высокими собственными частотами (современные системы задания СП ограничены частотой 2 кГц, а собственные частоты приборов и верхние частоты реальных СП достигают 10 кГ и более). Известны способы вибрационных испытаний, по которым при определении параметров ГВ за критерий эквивалентности принимают равенство энергетических характеристик ГВ и СП. При таком подходе либо приравнивают дисперсии колебаний при ГВ и СП, либо реализацию СП представляют в виде ограниченного числа гармонических составляющих, а приближение законов распределения амплитуд при ГВ и СП пытаются обеспечить за счет равенства конечного числа спектральных моментов или за счет равенства дисперсий колебаний. Недостатком способов, при которых за критерий эквивалентности принимается равенство энергетических характеристик, является их низкая достоверность при вибрационных испытаниях объектов, критичных к максимальному смещению элементов (датчики физпараметров с контактным выходом, электронные схемы с возможным кратковременным замыканием контактов и др.). Низкая точность этих способов определяется в основном тем, что они обеспечивают соответствие ГВ и СП лишь по усредненным энергетическим характеристикам. Соответствие же по максимальным реакциям объекта при ГВ и СП не обеспечивается. Известны способы вибрационных испытаний, основанные на сравнении максимальных реакций испытуемого объекта при ГВ и СП. Такие способы наиболее часто используются при виброиспытаниях объектов, критичных к максимальному смещению элементов. Согласно этим способам предполагается, что реализацию СП можно заменить ГВ при условии равенства максимальных реакций на резонансной частоте. В частности, предлагается максимум реакции A_m ограничить значением 3 σ ( σ среднеквадратичное значение реакции СП) и определять эквивалентную амплитуду ГВ (A_г) из соотношения A_г= 3, (1) где f₀, Q соответственно собственная частота и добротность испытуемого объекта, определенные предварительно; S_o спектральная плотность СП в резонансном диапазоне частот. Последний способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Однако он не обеспечивает требуемой точности испытаний по следующим причинам: критерий A_m 3 σ не всегда подчиняется практическим результатам, расчет A_г по формуле (1) затруднителен при переменном значении S₀(например, если частота f₀ лежит на стыке двух 1/3-октавных полос); формула (1) не учитывает зависимости Q от уровня входного воздействия A_гили от уровня максимальной реакции A_m (между тем эти зависимости могут быть весьма существенными); формула (1) позволяет определять эквивалентную амплитуду A_г лишь для линейных систем, в то же время многие реальные объекты имеют нелинейную характеристику (для таких объектов характерна несимметричная форма резонансной кривой и существенная зависимость f₀ и Q от уровня входного воздействия A_г или уровня максимальной реакции A_m. Цель изобретения повышение точности определения амплитуды гармонической вибрации. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вибрационных испытаний объектов, заключающемуся в том, что предварительно определяют собственную частоту f₀ и добротность Q испытуемого объекта, затем объект подвергают воздействию гармонической вибрации с амплитудой, выбранной в соответствии с условием равенства максимальных реакций объекта при гармонической вибрации и случайном вибрационном процессе, определяют зависимости собственной частоты f₀ и добротности Q от амплитуды A_г гармонический вибрации f₀(A_г), Q(A_г), из полученных зависимостей находят значение собственной частоты f₀₁ и добротности Q₁ при среднем значении амплитуды A_г из диапазона заданных значений, затем вычисляют при добротности Q₁ соответствующий ударный спектр случайного вибрационного процесса, по определенному спектру находят максимальную реакцию A_m1 объекта на собственной частоте f₀₁определяют уточненное значение амплитуды A_г1 гармонической вибрации по формуле A_г1= сравнивают уточненное значение амплитуды гармонической вибрации A_г1 с средним ее значением , и при их расхождении на величину Δ больше заданной величины ε указанный процесс повторяют до выполнения условия Δ ≅ ε Способ осуществляют следующим образом. Определяют зависимости f₀(A_г) и Q(A_г) например, экспериментально. Для этого устанавливают объект на стол вибростенда и закрепляют базовый вибродатчик (в месте крепления объекта) и контрольный (на объекте). При действии ГВ с постоянным уровнем базового ускорения A_г; определяют собственную частоту f₀; объекта методом фиксированных частот или сканирования, например, по частотомеру при максимальной реакции A_m1(максимальной амплитуде ускорения на объекте), и его добротность Q_i, как отношение на частоте f₀₁, реакции A_mi к базовому ускорению A_гi.Начальный уровень базового ускорения A_г определяют, например, по формуле (1) при приближенных значениях и (например, расчетных) и диапазон его изменения ΔA_г например, по литературным данным. Повторяя измерения на нескольких уровнях базового ускорения в диапазоне ΔA_г, формируют зависимости f₀(A_г) и Q(A_г). Из полученных зависимостей находят значения f_o и Q₁ при средней величине . Вычисляют при добротности Q₁ ударный спектр, соответствующий имитируемому СП (методы вычисления ударных спектров общеизвестны), и находят по ударному спектру максимальную реакцию A_m1 на собственной частоте f₀₁. Определяют уточненное значение амплитуды ГВ A_г1= Проводят сравнение величины A_г1 и , для чего определяют, например, относительное отклонение Δ Сравнивают Δ с заданной величиной ε (например, ε 0,1). ЕслиΔ ≅ ε вычисление прекращают. Если Δ > ε проводят дальнейшее уточнение величины A_г по вышеприведенной методике. В качестве примера реализации способа на фиг. 1, 2 показаны блок-схемы автоматизированного определения амплитуды A_г. Блок-схема на фиг. 1 содержит генератор качающейся частоты 1, усилитель мощности 2, вибростенд 3, испытуемый объект 4, базовый датчик ускорения 5, контрольный датчик ускорения 6, предусилители 7, 8, частотомер 9, аналогоцифровые преобразователи 10, 12, решающее устройство 11, делитель 13, запоминающее устройство 14, графопостроители 15, 16. Испытуемый объект 4 устанавливают на стол вибростенда 3, датчик 5 закрепляют в месте установки испытуемого объекта 4, контрольный датчик 6 на испытуемом объекте 4. С помощью генератора качающейся частоты 1 и усилителя мощности 2 обеспечивается изменение частоты гармонической вибрации во времени в пределах от f_н до f₀ при амплитуде ускорения стола вибростенда 3, равной A_гi (из диапазона заданных значений ΔA_г). Сигнал с базового датчика 5 через предусилитель 8 подают на вход отрицательной обратной связи генератора 1, тем самым обеспечивают постоянную величину амплитуды ускорения A_гi. Выходной сигнал с датчика 6, определяемый реакцией объекта 4 на ГВ, поступает через предусилитель 7 на аналого-цифровой преобразователь 10, в качестве которого используется, например, цифровой вольтметр, и в виде цифрового сигнала на первый вход решающего устройства 11, на второй вход которого поступает значение частоты f_0i, измеренное частотомером 9, а на вход три значение сигнала A_гi с аналого-цифрового преобразователя 12, в качестве которого используется, например, цифровой вольтметр. Решающее устройство 11 производит сравнение значений выходного сигнала A_вых и большее из этих значений хранится в памяти устройства 11, причем хранится и значение частоты f_0i, соответствующее этому большему результату и значение A_гi на частоте f_0i. Когда частота качания генератора 1 достигает своего верхнего предела f_o, на выходе решающего устройства 11 появляются результаты вычисления; первый максимальное значение амплитуды реакции испытуемого объекта 4 A_mi;
второй значение частоты f_0i (резонансная частота испытуемого объекта), соответствующее максимальному значению реакции A_mi;
третий значение A_гi. Значения A_mi и A_гi поступают на делитель 13, на выходе которого появляется результат
Q_i= Значение f_0i, Q_i и A_гi записываются в запоминающее устройство 14 и занимают три ячейки памяти. При изменении амплитуды входного сигнала цикл измерения повторяется, в результате появляются новые три результата, и т.д. до окончания процесса измерения. Массив значений f_oi, Q_i и A_гi, полученный в процессе измерения, позволяет построить зависимости f₀(A_г) и Q(A_г) (графопостроители 15, 16). Блок-схема на фиг. 2 содержит аналого-цифровой преобразователь 1, например, цифровой осциллограф, запоминающее устройство 2 (см. устройство 14 на фиг. 1), решающее устройство 3, делитель 4, вычислитель 5, коммутаторы 6, 8, устройство сравнения 7, регистратор 9. На вход запоминающего устройства 2, содержащего запись зависимостей f₀(A_г) и Q(A_г), полученных на блок-схеме фиг. 1, подается значение A_гi-1(в первом случае A_г ), на выходе появляются значения Q_i и f₀i, соответствующие этому входному сигналу. Эти сигналы Q_i и f_0i поступают на первый и второй входы решающего устройства 3, сюда же через аналого-цифровой преобразователь 1 поступает запись случайного процесса (например, с магнитофона). Решающее устройство 3 производит вычисление максимальной амплитуды A_mi реакции испытуемого объекта на СП. Вычисленное значение A_mi поступает на первый вход делителя 4, на второй вход которого подается значение Q_i на выходе делителя 4 появляется уточненное значение A_гi, которое поступает на первый вход вычислителя 5, на второй вход которого поступает значение A_гi-1 (в первом случае ) и производится вычисление относительного отклонения
Δ (Δ первое вычисление). Вычислительное значение Δ поступает на устройство сравнения 7 по условию Δ ≅ ε Если Δ > ε то значение A_гi через коммутатор 8 подается на запоминающее устройство 2 и начинается новый цикл уточнения величины A_г. Если Δ ≅ ε то коммутатор 8 разомкнут, а коммутатор 6 замкнут, процесс вычисления величины A_г закончен. Регистратор 9 показывает значение амплитуды гармонической вибрации A_г, эквивалентной заданному случайному процессу. Принципиально новое построение алгоритма определения амплитуды гармонической вибрации, имитирующей реальный случайный процесс, обеспечивает предложенному способу высокую точность испытаний.

Формула изобретения

СПОСОБ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ, заключающийся в том, что предварительно определяют собственную частоту f₀ и добротностью Q испытуемого объекта, затем объект подвергают воздействию гармонической вибрации с амплитудой, выбранной в соответствии с условием равенства максимальных реакций объекта при гармонической вибрации и случайном вибрационном процессе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения амплитуды гармонической вибрации, определяют зависимости собственной частоты f₀ и добротности Q от амплитуды A_г гармонической вибрации f₀ (A_г), (Q (A_г), из полученных зависимостей находят значения собственной частоты f₀₁ и добротности Q₁ при среднем значении амплитуды A_г из диапазона заданных значений, затем вычисляют при добротности Q₁ соответствующий ударный спектр случайного вибрационного процесса, по определенному спектру находят максимальную реакцию A_m1 объекта на собственной частоте F₀₁ определяют уточненное значение амплитуды A_г1 гармонической вибрации по формуле

сравнивают уточненное значение амплитуды гармонической вибрации A_г1 со средним ее значением и при их расхождении на величину Δ больше заданной величины e указанный процесс повторяют до выполнения условия D ≅ ε.