Способ исследования жесткостного состояния объекта

 

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет проводить исследования состояния объекта в условиях невесомости. Цель изобретения - повышение точности при исследовании состояния наполнителей полостей объекта. Контролируемый объект включают в колебательную систему, выбирают N уровней статической жесткости упругих элементов и на каждом из выбранных уровней систему выводят на режим авторезонансных колебаний. Определяют частоты собственных колебаний. О состоянии объекта контроля судят по распределению контрольных точек на эталонном графике зависимости частоты собственных колебаний от массы и жесткости системы, полученной в земных условиях с помощью эталонных масс. Если распределение контрольных точек подчинено линейному закону и все точки лежат на одной вертикали к координате эталонного графика, делают вывод о сплошности (однородности) объекта контроля. В противном случае объект характеризуется неоднородностью. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в области космонавтики для исследования состояния объекта в условиях невесомости, а именно, для определения однородности объектов контроля.

Известен ряд способов определения неоднородности объектов в земных условиях, предусматривающих определение отклика контролируемого объекта на динамическое воздействие со стороны контролирующего прибора. Однако этот способ может быть реализован только для определения неоднородности внешней оболочки объекта контроля, например обшивки корпуса, и не несет информации о сплошности объекта в целом, о возможных внутренних полостях объекта, о наличии в них жидкого или сыпучего наполнителя.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ контактного определения внутренних полостей путем вибрационного воздействия на объект контроля, заключающийся в сообщении движения бойку, который, отскакивая от поверхности контролируемого объекта, сжимает контрольную пружину, по величине сжатия которой судят о сплошности объекта контроля.

Недостатком данного способа является то, что им нельзя воспользоваться в условиях невесомости, а так же, что данный способ не дает представления о наличии в полостях других предметов (объектов) или о наполнении полостей жидкостями или сыпучими материалами.

Цель изобретения - повышение точности при исследовании состояния наполнителей полостей объекта.

Поставленная цель достигается тем, что сообщают движение бойку, который, отскакивая от поверхности исследуемого объекта, сжимает контрольную пружину, по величине обжатия которой судят о сплошности объекта контроля, контролируемый объект включают в колебательную систему, выбирают N уровней статической жесткости упругих элементов. После этого на каждом из выбранных уровней жесткости колебательную систему выводят на режим авторезонансных (собственных) колебаний и в каждом случае, соответствующем выбранному уровню жесткости системы, замеряют ее частоты собственных колебаний. О состоянии объекта контроля судят по распределению контрольных точек на эталонном графике зависимости массы от частоты собственных колебаний и жесткости системы, полученному в земных условиях с помощью эталонных масс жестких грузов при аналогичных уровнях жесткости системы. Если распределение контрольных точек подчинено линейному закону и все точки лежат на единой вертикали к кооpдинате эталонного графика, делается вывод о сплошности (однородности) объекта контроля. В противном случае характеризуется неоднородностью.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ исследования состояния объекта отличается тем, что контролируемый объект включают в колебательную систему, выбирают N уровней статической жесткости упругих элементов. После этого на каждом из выбранных уровней жесткости колебательную систему выводят на режим авторезонансных (собственных) колебаний и в каждом случае, соответствующем выбранному уровню жесткости системы, замеряют ее частоты собственных колебаний. О состоянии объекта контроля судят по распределению контрольных точек на эталонном графике зависимости массы от частоты собственных колебаний и жесткости системы, полученному в земных условиях с помощью эталонных масс жестких грузов при аналогичных уровнях жесткости системы. Если распределение контрольных точек подчинено линейному закону и все точки лежат на единой вертикали к координате эталонного графика, делается вывод о сплошности (однородности) объекта контроля. В противном случае объект характеризуется неоднородностью. В этом случае частота собственных колебаний, которая не зависит ни от величины возбуждающей силы, ни от характеристик окружающей среды, а зависит только от присоединенной массы и жесткости динамической системы, и поэтому может служить характеристикой динамических свойств данной системы.

На фиг. 1 представлена упруго-массовая схема устройства, где F_о - сила предварительной затяжки упругих элементов, С - жесткость упругих элементов, m - эталонная масса, P(t) - вынуждающая сила, х - величина отклонения от положения равновесия; на фиг. 2 - график зависимости частоты собственных колебанийω системы от величины присоединенной массы m эталонных грузов и уровня изменения жесткости С упругих элементов.

Способ исследования состояния объекта реализуется следующим образом.

Предварительно в земных условиях производят тарировку зависимости частоты собственных колебанийω от массы эталонных жестких грузов m и уровней жесткости системы С на специальном устройстве в виде упруго-массовой модели. Для этого вначале замеряют частоту собственных колебанийω₀₁ системы без эталонных грузов при значении С₁ жесткости динамической системы. Затем последовательно нагружают эталонными массами (грузами) m₁, m₂...m_n колебательную систему и при жесткости С₁ замеряют в каждом случае нагружения системы массой m_i частоты собственных колебаний ω₁₁,ω₁₂...ω_1n до тех пор, пока масса присоединенных грузов не станет больше силы предварительной затяжки упругих элементов F_о для случая С₁. После этого эталонные грузы убирают и перенастраивают систему на величину жесткости С₂. Пpи С₂ замеряют частоту собственных колебаний системыω₀₂ без грузов. Далее по указанной методике с грузами m₁, m₂...m_n, замеряя в каждом случае нагружения частоты собственных колебанийω₂₁, ω₂₂...ω_2n при С₂. Согласно вышеприведенной методике варьируют несколько раз (два и более) изменением жесткости С упругих элементов и по данным исследований строят эталонную зависимость частоты собственных колебанийω от массы грузов m и жесткостей динамической системы С. Полученная эталонная тарировочная зависимость ω= =f(m, C) используется для решения практических задач в невесомости, где объект контроля устанавливают на специальное устройство, включая его в колебательную систему, выводят эту систему на режим авторезонансных колебаний и замеряют частоты собственных колебаний этой системы ω_1i = f(C₁), ω_2i = f(C₂)... ω_ni = f(C_n) на тех же уровнях жесткости С₁, С₂... С_n, что и при эталонных исследованиях.

В том случае, если расположение контрольных точек замера частоты собственных колебаний ω_1i, ω_2i ... ω_ni будет подчинено линейному закону и все точки будут находиться на единой вертикали к координате m зависимости ω= f(m, C), делается вывод об однородности объекта контроля. В случае, когда контрольные точки не находятся на вертикали, объект характеризуется неоднородностью, т.е. в нем имеются подвижные элементы или жидкий или сыпучий наполнитель, частично заполняющий внутренние полости объекта.

Использование способа наиболее эффективно в условиях невесомости, где определить состояние объекта другими земными способами не представляется возможным. Эффективность способа достигается за счет того, что используемый контролируемый параметр - частота собственных колебаний не зависит ни от величины возбуждающей силы, ни от окружающей среды, а зависит только от массы присоединенного груза (объекта) при всех прочих равных условиях. Замерить частоту можно довольно просто с помощью серийного электронно-счетного частотомера любого типа. Время контроля чрезвычайно мало.

Формула изобретения

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕСТКОСТНОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что в исследуемом объекте возбуждают колебания с помощью упругих элементов и определяют параметр колебаний, с учетом которого судят о состоянии объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при исследовании состояния наполнителей полостей объекта, возбуждают колебания в эталонных объектах разных масс, возбуждение колебаний в объектах осуществляют в несколько этапов в режимах авторезонанса путем соединения их с упругими элементами, на разных этапах возбуждения колебаний изменяют жесткость упругих элементов и определяют частоты собственных колебаний объектов, по характеру изменений которых судят о состоянии наполнителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2