Способ формирования спектров случайной вибрации

Данное изобретение имеет отношение к испытательной технике, а именно к способам формирования спектров случайной вибрации, и может быть использовано в машиностроении. Технический результат, заключающийся в сокращении времени на проведение испытаний крупногабаритных объектов в не менее чем двух удалённых точках при различных уровнях вибрации и спектральных характеристик, в упрощении осуществления способа за счёт исключения различных узкоспециализированных приборов с их заменой на универсальный процессор, выполняющий все требуемые операции по формированию и регистрации вибрации, достигается за счёт того, что формируют случайные широкополосные сигналы, используя не менее двух виброустановок, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух точках на объекте испытаний, установленном на одновременно работающих виброустановках, определяют значения передаточных коэффициентов не менее чем в двух контрольных точках на каждом столе виброустановок и в измерительных точках на объекте испытаний, определяют значения передаточных коэффициентов для формирования случайных широкополосных сигналов, задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений одновременно не менее чем в двух сечениях объекта испытаний и не менее чем в двух измерительных точках объекта испытаний одновременно определяют значения всех коэффициентов от передаточных функций системы «столы виброустановок - оснастка - объект испытаний», осуществляют определение коэффициентов передачи случайных широкополосных сигналов одновременно работающих виброустановок, при этом все операции осуществляют в каждой 1/3-октавных полосах заданного рабочего диапазона. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам формирования спектров случайной вибрации, и может быть использовано в машиностроении.

Известен способ формирования спектра случайных вибраций (а.с. СССР №862018, G01M 7/00, 1981 г.), согласно которому формируют узкополосные случайные сигналы, задают значения дисперсии в каждой полосе, регулируют уровень дисперсии в каждой полосе и корректируют отрегулированные по дисперсии сигналы в соответствии с частотной характеристикой вибровозбудителя.

К недостаткам известного способа следует отнести невозможность создания требуемого спектра вибрации одновременно в нескольких контрольных точках (например в двух) изделия с помощью одного вибровозбудителя.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ формирования спектров случайной вибрации, описанный в патенте РФ №2168160, G01M 7/00, опубл. 27.05.2001 г., заключающийся в том, что формируют случайные сигналы в каждой полосе частот рабочего диапазона, задают значения собственных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот рабочего диапазона в контрольных точках, создают вибрации изделия в полосах частот рабочего диапазона, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот в контрольных точках, определяют значения коэффициентов для формирования случайных сигналов, задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот в контрольных точках, определяют значения всех передаточных функций по измеренным значениям взаимных спектральных плотностей ускорений, в каждой полосе частот в контрольных точках, осуществляют определение коэффициентов передаточных функций.

К недостаткам известного способа следует отнести следующее:

- формирование спектрального состава виброускорения в одной из контрольных точек испытываемого изделия;

- не выделен частотный диапазон формирования случайных сигналов;

- сложность выполнения способа из-за использования различных узкоспециализированных блоков, микроконтроллера, полосового фильтра и пр.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей способа формирования широкополосной случайной вибрации с обеспечением быстродействия осуществления способа с повышением качества проводимых испытаний.

Технический результат заключается в том, что удалось сократить время на проведение испытаний протяженных крупногабаритных объектов в не менее чем двух удаленных точках при различных уровнях вибрации и спектральных характеристик, упростить осуществление способа за счет исключения различных узкоспециализированных приборов, заменив их универсальным процессором, который выполняет все требуемые операции по формированию и регистрации вибрации.

Это достигается тем, что, что при формировании спектров случайной вибрации, задают случайные сигналы в каждой полосе частот рабочего диапазона со значениями собственных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот рабочего диапазона в контрольных точках, затем воспроизводят вибрацию изделия в полосах частот рабочего диапазона, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот в контрольных точках, определяют значения коэффициентов для формирования случайных сигналов, задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот в контрольных точках, определяют значения всех передаточных функций по измеренным значениям взаимных спектральных плотностей ускорений, в каждой полосе частот в контрольных точках, осуществляют определение коэффициентов передаточных функций, согласно изобретению, формируют случайные широкополосные сигналы, используя не менее двух виброустановок, в заданном рабочем диапазоне частот, задают значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух контрольных точках, заданных на каждом столе виброустановок, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух точках на объекте испытаний, установленном на одновременно работающих виброустановках, определяют значения передаточных коэффициентов не менее чем в двух контрольных точках на каждом столе виброустановок и в измерительных точках на объекте испытаний, затем определяют значения передаточных коэффициентов для формирования случайных широкополосных сигналов и задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений одновременно не менее чем в двух сечениях объекта испытаний, и, не менее чем в двух измерительных точках объекта испытаний одновременно, определяют значения всех коэффициентов от передаточных функций системы «столы виброустановок-оснастка-объект испытаний» по измеренным значениям взаимных спектральных плотностей ускорений, осуществляют определение коэффициентов передачи случайных широкополосных сигналов одновременно работающих виброустановок по заданным собственных и взаимных спектральных плотностей ускорений и полученным значения собственных и взаимных спектральных плотностей ускорений, а также полученным значениям коэффициентов передаточных функций в контрольных точках на столах виброустановок, при этом все операции осуществляют в каждой 1/3-октавных полосах заданного рабочего диапазона.

Кроме того, формируют широкополосные сигналы в рабочем диапазоне 10-2000 Гц.

Кроме того, формируют широкополосные сигналы в двух различных частях объекта испытаний с помощью двух электродинамических вибрационных стендов.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки способа формирования спектров случайной вибрации (формируют случайные широкополосные сигналы, используя не менее двух виброустановок, в заданном рабочем диапазоне частот, задают значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух контрольных точках, заданных на каждом столе виброустановок, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух точках на объекте испытаний, установленном на одновременно работающих виброустановках, определяют значения передаточных коэффициентов не менее чем в двух контрольных точках на каждом столе виброустановок и в измерительных точках на объекте испытаний, затем определяют значения передаточных коэффициентов для формирования случайных широкополосных сигналов и задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений одновременно не менее чем в двух сечениях объекта испытаний, и, не менее чем в двух измерительных точках объекта испытаний одновременно, определяют значения всех коэффициентов от передаточных функций системы «столы виброустановок-оснастка-объект испытаний» по измеренным значениям взаимных спектральных плотностей ускорений, осуществляют определение коэффициентов передачи случайных широкополосных сигналов одновременно работающих виброустановок по заданным собственных и взаимных спектральных плотностей ускорений и полученным значения собственных и взаимных спектральных плотностей ускорений, а также полученным значениям коэффициентов передаточных функций в контрольных точках на столах виброустановок, при этом все операции осуществляют в каждой 1/3-октавных полосах заданного рабочего диапазона) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлена схема закрепления объекта испытаний на двух виброустановках, места расположения измерительных и контрольных точек.

На фиг. 2 представлена структурная схема системы управления вибрационными испытательными установками (ВИУ) на основе двух локальных систем управления.

На фиг. 1 представлены следующие обозначения:

1 - виброустановка (вибрационная испытательная установка ВИУ 1)

2 - виброустановка (вибрационная испытательная установка ВИУ 2);

3 - объект испытаний (ОИ);

4 - столы виброустановок;

5 - измерительные точки объекта испытаний Д1 и Д2;

6 - контрольные точки виброустановок Б1 и Б2.

На фиг. 2 введены следующие условные обозначения:

x(t) - случайный процесс (широкополосная случайная вибрация) со спектральной характеристикой типа «белый» шум;

- спектральная плотность мощности (СПМ) виброускорения в контрольной точке на столе ВИУ;

- зарегистрированная СПМ виброускорения в контрольной точке ОИ;

- квадрат модуля передаточной функции между точками на ОИ и на столе ВИУ;

- расчетные СПМ виброускорения после тестового воздействия и n-ой итерацией соответственно;

- СПМ виброускорения в контрольной точке ОИ, требуемая исходными данными или программой испытаний;

ΔS - разница между СПМ виброускорения и ;

ΔΣСКЗ - разница между полученным и требуемым суммарным среднеквадратическим значением виброускорения в полосе частот воспроизводимого диапазона.

Предлагаемый способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций (фиг 1. и фиг. 2):

1. На столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2) закрепляют объект испытаний 3. На столах 4 в контрольных точках 6 (Б1 и Б2) и на объекте испытания 3 в измерительных точках 5 (Д1 и Д2) устанавливают первичные измерительные преобразователи (ПИП).

2. В контрольных точках 6 (Б1 и Б2) на столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2) одновременно воспроизводят широкополосную случайную вибрацию х(t) со спектральной плотностью мощности типа «белый» шум. При этом регистрируют СПМ и в измерительных точках 5 (Д1 и Д2 соответственно) на объекте испытаний 3.

3. Определяют квадрат модуля передаточной функции между измерительной точкой Д1 и контрольной точкой Б1, между измерительной точкой Д2 и контрольной точкой Б2. Рассчитывают СПМ виброускорения и после тестового воздействия.

4. В контрольных точках 6 (Б1 и Б2) на столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2) одновременно воспроизводят широкополосную случайную вибрацию с рассчитанной в пункте 3 описания осуществления способа СПМ виброускорения и. При этом регистрируют СПМ и в измерительных точках 5 (Д1 и Д2 соответственно) на объекте испытаний 3.

5. Определяют квадрат модуля передаточной функции между измерительной точкой Д1 и контрольной точкой Б1, между измерительной точкой Д2 и контрольной точкой Б2. Рассчитывают СПМ виброускорения и .

6. В контрольных точках 6 на столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2) одновременно воспроизводят широкополосную случайную вибрацию с рассчитанной в пункте 5 описания осуществления способа СПМ виброускорения и. При этом регистрируют СПМ и в измерительных точках 5 (Д1 и Д2 соответственно) на объекте испытаний 3.

7. Рассчитывают ΔS и ΔΣСКЗ, проверяют выполнение условий: ΔS≤6 дБ и ΔΣСКЗ≤21%.

8. Воспроизводят стационарный режим широкополосной случайной вибрации двумя одновременно работающими виброустановками 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2), связанными между собой объектом испытаний 3, при условии, что выполняют условия в пункте 7 описания осуществления способа, либо переходят к пункту 5.

Предлагаемый способ был осуществлен на предприятии путем последовательного выполнения следующих режимов (см. фиг. 2) для объекта испытаний длиной около 4 метров.

1. Режим идентификации.

Режим идентификации служит для отыскания амплитудно-частотных характеристик каналов управления двухстендовой системой задания вибрации.

Для этого по датчикам ускорения (например, вибропреобразователи пьезоэлектрические типа АР), установленным на столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2) одновременно задается широкополосная случайная вибрация в диапазоне частот 10(20)-2000 Гц со среднеквадратическим значением ускорения lg(10M*c-2), форма спектра - равномерная. При этом вибрационном воздействии одновременно регистрируются реакции (отклики) в местах установки датчиков ускорения на объекте испытаний 3. Задаваемые и полученные вибрационные процессы обрабатываются с помощью алгоритма БПФ (быстрое преобразование Фурье) и представляются в виде распределения СПМ виброускорения в 1/3 октавных полосах частот. Используя известные уравнения, связывающие между собой спектральные плотности сигналов на столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2) (входные сигналы) и в точках на объекте испытаний 3 Д1 и Д2 (выходные сигналы) определяются модули передаточных функций на отдельных 1/3 полосах октавных частот. Для автоматизации вычислений передаточных коэффициентов составлена программа расчета в Excel.

2. Режим вычисления первого приближения.

Затем осуществляют режим вычисления первого приближения, который служит для отыскания начальных значений управляющих параметров. При этом для вычисления используются значения передаточных коэффициентов, определенных в результате режима идентификации. Для этого используются уравнения, связывающие между собой спектральные плотности сигналов, применяемые выше. Обычно, если известна эталонная СПМ (спектральная плотность мощности) ускорения, которую необходимо реализовать в местах объекта испытаний, она определена заказчиком испытаний или нормативными документами, то зная передаточные коэффициенты (режим идентификации) можно вычислить СПМ ускорения, которые необходимо задать на столах 4 виброустановок 1 (ВИУ1) и 2 (ВИУ2). Для автоматизации вычислений используется программа расчета в Excel.

3. Режим управления.

В режиме управления находятся такие значения управляющих параметров, которые обеспечивают наименьшие отклонения оценки спектральных характеристик от заданных эталонных. Это достигается с помощью процедуры циклического приближения реализованных СПМ ускорения на объекте испытаний 3 к эталонным СПМ ускорения. Для автоматизации вычислений используется программа расчета в Excel.

Заявляемый способ позволил улучшить эксплуатационные возможности способа, сократить время на проведение испытаний протяженных крупногабаритных объектов, улучшить качество проведения испытаний, упростить осуществление способа, исключив различные узкоспециализированные приборы и заменив их одним измерительным цифровым усилителем, выполняющим все требуемые операции по формированию и регистрации вибрации.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления способа формирования спектров случайной вибрации и способность обеспечения достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Способ формирования спектров случайной вибрации, заключающийся в том, что формируют случайные сигналы в каждой полосе частот рабочего диапазона, задают значения собственных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот рабочего диапазона в контрольных точках, создают вибрации изделия в полосах частот рабочего диапазона, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот в контрольных точках, определяют значения коэффициентов для формирования случайных сигналов, задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений в каждой полосе частот в контрольных точках, определяют значения всех передаточных функций по измеренным значениям взаимных спектральных плотностей ускорений, в каждой полосе частот в контрольных точках осуществляют определение коэффициентов передаточных функций, отличающийся тем, что формируют случайные широкополосные сигналы, используя не менее двух виброустановок, в заданном рабочем диапазоне частот, задают значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух контрольных точках, заданных на каждом столе виброустановок, измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений не менее чем в двух точках на объекте испытаний, установленном на одновременно работающих виброустановках, определяют значения передаточных коэффициентов не менее чем в двух контрольных точках на каждом столе виброустановок и в измерительных точках на объекте испытаний, затем определяют значения передаточных коэффициентов для формирования случайных широкополосных сигналов и задают значения взаимных спектральных плотностей ускорений одновременно не менее чем в двух сечениях объекта испытаний, и не менее чем в двух измерительных точках объекта испытаний одновременно определяют значения всех коэффициентов от передаточных функций системы «столы виброустановок - оснастка - объект испытаний» по измеренным значениям взаимных спектральных плотностей ускорений, осуществляют определение коэффициентов передачи случайных широкополосных сигналов одновременно работающих виброустановок по заданным собственных и взаимных спектральных плотностей ускорений и полученным значениям собственных и взаимных спектральных плотностей ускорений, а также полученным значениям коэффициентов передаточных функций в контрольных точках на столах виброустановок, при этом все операции осуществляют в каждой 1/3-октавных полосах заданного рабочего диапазона.

2. Способ формирования спектров случайной вибрации по п. 1, отличающийся тем, что формируют широкополосные сигналы в рабочем диапазоне 10-2000 Гц.

3. Способ формирования спектров случайной вибрации по п. 1, отличающийся тем, что формируют широкополосные сигналы в двух различных частях объекта испытаний с помощью двух электродинамических вибрационных стендов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вибрационной технике. Способ возбуждения колебаний заключается в том, что возбуждают резонансные колебания, задают жесткость упругих подвесок колебательной системы, образованной рабочим органом и вибровозбудителем.

Изобретение относится к авиационной испытательной технике, а именно к стендам для испытаний элементов вертолета с соосными винтами. Устройство содержит фундамент стенда, силовой каркас, зажимные приспособления, раму монтажную, каркас фюзеляжа, амортизаторы, мотораму, двигатель внутреннего сгорания, подредукторную раму, редуктор, выходные соосные валы, автомат перекоса, соосные винты, муфту, рычаги, коромысла, нагрузочное устройство, устройство пилотирования с приводами управления автоматом перекоса, систему топливную, смазки, системы охлаждения, систему управления двигателем, устройство пожаротушения, систему приточно-вытяжной вентиляции, пульт управления, органы управления пилота, электрический привод несущих винтов, блок защиты и коммутации, электрохимический рекуператор, анализатор источников тока, высокоскоростные видеокамеры, тепловизоры, анализатор спектра, система шумоанализа, средства технологического контроля электретных микрофонов, параметрический тестер последовательных каналов информационного обмена, оптическая система контроля тел вращения, средства сопряжения с системой обеспечения эксплуатации вертолета, автономные источники бесперебойного питания.

Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и может быть использовано для формирования переменных нагрузок в циклических программных испытаниях для определения надежности и эксплуатационного ресурса авиационных конструкций.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и диагностики технического состояния конструкций. При реализации способа на диагностируемую конструкцию устанавливают датчики ускорений.

Изобретение относится к метрологии, в частности к резонансным испытаниям механических конструкций. Способ определения параметров собственных тонов колебаний конструкций заключается в выделении собственных тонов методом фазового резонанса путем использования многоканальной системы возбуждения и измерения колебаний, определении частот фазовых резонансов, представлении колебаний конструкции по каждому собственному тону линейным осциллятором, характеристиками которого являются обобщенная сила возбуждения колебаний, обобщенная масса, обобщенное демпфирование и обобщенная жесткость соответствующего тона, определении обобщенных масс, обобщенного демпфирования и обобщенных жесткостей тонов по вибрационному отклику конструкции.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проведении испытаний изделий на линейные перегрузки, а также при прочих видах испытаний, требующих пространственного разделения испытуемого и стендового оборудования.

Изобретение относится к области строительства и касается конструктивного выполнения прибора, обеспечивающего измерение и регистрацию ускорений колебаний почвы и объектов в широком диапазоне частот и ускорений от самых незначительных и до превышающих lg, на которых предусмотрено размещение как инженерно-сейсмометрических станций, так и станций мониторинга технического состояния несущих конструкций зданий и сооружений.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения динамических процессов. Способ фильтрации нестационарных сигналов, представляющих реализации исследуемых динамических процессов с последующим выделением полезного сигнала, осуществляют следующим образом.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Способ заключается в том, что на основании посредством по крайней мере трех виброизоляторов закрепляют переборку, представляющую собой одномассовую колебательную систему.

Изобретение относится к промышленной акустике. В заглушенной камере, в которой поглощается падающий на стены звук от испытуемого объекта, устанавливают испытываемый объект на плавающий пол, при этом заглушенную камеру размещают в отдельном здании с фундаментом, стенами, потолочным перекрытием, внутри которого, на автономном фундаменте, размещают ее стены, плавающий пол, на котором устанавливают испытуемый объект и легкое потолочное перекрытие, заглушенную камеру герметично облицовывают со всех сторон вновь разработанным и подлежащим испытанию звукопоглощающим элементом, при этом уровень звуковой мощности Lp испытуемого объекта определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на его измерительной поверхности, за которую принимают площадь полусферы S, м2, т.е.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений. При реализации способа осуществляется выбор из несущих конструкций строительного объекта контролируемых элементов, по состоянию которых возможно вынесение суждения о техническом состоянии строительного объекта, формирование множества параметров, характеризующих состояние каждого из выбранных контролируемых элементов, определение интервалов значений контролируемых параметров, при которых состояние соответствующих контролируемых элементов характеризуется как выход за пределы допустимого с градацией значений, находящихся на границах и внутри таких интервалов по степени угрозы утраты контролируемым элементом способности выполнять свое назначение, регистрация значений выходных сигналов датчиков, установленных на контролируемых элементах, их обработка и вычисление контролируемых параметров для каждого из контролируемых элементов по обработанным зарегистрированным значениям выходных сигналов, характеризующих состояние контролируемого элемента. Затем производят сравнение полученных текущих значений контролируемых параметров для каждого из контролируемых элементов с пороговыми значениями, определяющими границы интервалов допустимых значений и с пороговыми значениями внутри таких интервалов, обеспечивающими возможность градации степени выхода значения параметра за пределы его допустимого значения, идентификацию состояния контролируемых элементов на основании анализа того из характеризующих его параметров, значения которого имеют наибольшие отклонения от допустимых значений, вынесение суждения о состоянии строительного объекта на основании информации о состоянии контролируемых элементов, отображение в наглядной форме мониторинговой информации и результатов оценки состояния каждого из контролируемых элементов и строительного объекта в целом. Система включает блок датчиков, блок регистрации измерений, осуществляющий регистрацию измерений, поступающих с блока датчиков, блок расчета контролируемых параметров, осуществляющий вычисление контролируемых параметров по результатам измерений, блок аналитической обработки, осуществляющий определение состояний контролируемых параметров путем сравнения с пороговыми значениями и определение состояний контролируемых конструкций и/или строительного объекта в целом на основании выбора худшего состояния соответствующих контролируемых параметров, блок отображения мониторинговой информации, осуществляющий отображение в наглядной форме результатов оценки отдельных контролируемых конструкций и/или строительного объекта в целом. Технический результат заключается в повышении достоверности определения конструкций, находящихся в аварийном или предаварийном состоянии, повышении точности определения состояния контролируемых конструкций и объекта в целом и возможности взаимоувязанного анализа измерений с различных приборов, повышении быстродействия. 2 н.п. ф-лы и 2 ил.
Наверх