Синусоидальная вибрация что это
Перейти к содержимому

Синусоидальная вибрация что это

  • автор:

синусоидальная вибрация

3.19 синусоидальная вибрация: То же, что гармоническая вибрация по ГОСТ 24386.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

  • синузия
  • синусоидальная несущая

Смотреть что такое «синусоидальная вибрация» в других словарях:

  • Удар и вибрация — J.8.4. Удар и вибрация J.8.4.1. Прямой монтаж J.8.4.1.1. Общие положения Индикаторная стойка с пятью сигнальными узлами должна устанавливаться по указаниям изготовителя без выступающих полюсов и с подачей номинального напряжения к трем верхним… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
  • ГОСТ 30631-99: Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации — Терминология ГОСТ 30631 99: Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации оригинал документа: 3.1 амплитудно частотная характеристика… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
  • Квалификация на сейсмостойкость — Основная статья: Сейсмостойкость Квалификация на сейсмостойкость (квалификация сейсмостойкости, сертификация сейсмостойкости, аттестация на сейсмостойкость) промышленного оборудования процедура, после проведения которой квалифицируемое… … Википедия
  • Квалификация сейсмостойкости оборудования — Основная статья: Сейсмостойкость Сейсмическая квалификация, квалификация на сейсмостойкость промышленного оборудования процедура, после проведения которой квалифицируемое оборудование может быть размещено в сейсмоопасных регионах и на… … Википедия
  • Сейсмическая квалификация — (квалификация на сейсмостойкость) промышленного оборудования процедура, после проведения которой квалифицируемое оборудование может быть размещено в сейсмоопасных регионах и на ответственных промышленных предприятиях (Атомной, Химической,… … Википедия
  • Квалификация сейсмостойкости — Основная статья: Сейсмостойкость Квалификация на сейсмостойкость (сейсмическая квалификация) промышленного оборудования процедура, после проведения которой квалифицируемое оборудование может быть размещено в сейсмоопасных регионах и на… … Википедия
  • несущая — 06.01.53 несущая [carrier]: Волновой (колебательный) процесс, количественные характеристики которого изменяются полезным сигналом. Примечание Волновым (колебательным) процессом могут быть, например, непрерывная синусоидальная волна или… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
  • 28203 — ГОСТ 28203 < 89 (МЭК 68 2 6 82)>Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Fc и руководство: Вибрация (синусоидальная). ОКС: 19.040, 31.020 КГС: Э29 Методы испытаний. Упаковка. Маркировка Действие: С… … Справочник ГОСТов
  • 19.040 — Кліматичне випробування ГОСТ 9.066 76 ЕСЗКС. Резины. Метод испытаний на стойкость к старению при воздействии естественных климатических факторов. Взамен ГОСТ 11140 65 ГОСТ 9.401 91 ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы… … Покажчик національних стандартів
  • удар — 2.35 удар (hit): Любой сигнал, который превышает порог и заставляет канал системы накапливать данные. Источник: ГОСТ Р ИСО 12716 2009: Контроль неразрушающий. Акустическая эмиссия. Словарь оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вибрационные испытания

Если оборудование используется, на него обязательно воздействуют определенные импульсы. Они же оказывают влияние и на отдельные элементы и узлы механизма. К наиболее разрушительным воздействиям относят вибрации. Они сказываются на работоспособности приборов и целостности конструкции.

Диапазоны воздействия и измерений вибрации:

  • Синусоидальная вибрация от 0,5 Гц до 3500 Гц;
  • Ускорения при вибрации от 0,1g до 50g;
  • Поиск резонансных частот во всем диапазоне от 0,1 до 10000 Гц.

Существуют различные разновидности вибраций, подразделяемые в зависимости от вида деятельности:

  • Эксплуатационные – влияют в процессе использования аппаратуры;
  • Внешние факторы – вибрации от других механизмов и прочее;
  • Возникающие в движении – в ходе транспортировки;
  • Случайные – источником являются технологические процессы.

Чтобы понять, насколько оборудование устойчиво к каждой разновидности, проводятся специальные испытания. Влияние на механизмы в естественной среде воспроизвести невозможно, а потому применяется вибростенд, создающий необходимые нагрузки.

Помимо прибора целиком, на вибростенде проверяют отдельные его узлы и элементы. При этом берут во внимание требования соответствующих гос. стандартов (16962.2-89, 20.57.305-98 и прочие). Также в ходе проверки оборудования используются методики заказчика, разработанные специально для конкретного прибора. Когда лабораторная проверка закончена, составляется протокол. На основании этого документа и принимается решение о соответствии изделия стандартам, либо о необходимости его доработки.

Существует два вида лабораторных исследований. Они подразделяются по способу проведения:

Какие виды воздействий применяются в ходе испытаний?

  • Постоянная частота. Оборудование помещают на специальный стенд, где вибрации воздействуют длительное время. Переход от одной частоты к другой осуществляется постепенно.
  • Плавающая частота вибраций. В ходе проведения замеров, учитывают изменения частоты в соответствии с выбранным методом. При этом меняется она в случайном порядке.
  • Комбинированная разновидность. Сочетает несколько видов воздействий (постоянные и плавающие).
  • Записанное влияние. Работу вибростенда настраивают таким образом, чтобы он воздействовал на оборудование по заранее установленному сценарию.

Чтобы выявить, насколько устройство надежно, перечисленные выше методики применяются в комплексе. Так у разработчика появляется возможность подкорректировать оборудование на этапе создания.

Проверка на вибростенде осуществляется в условиях максимально приближенных к реальному положению дел. Вибрации запускаются в трех плоскостях, взаимно перпендикулярных друг к другу. Если появляются сведения о направлении, приведшем к наиболее серьезным разрушениям, проверка концентрируется именно на нем.

По окончании исследований прибор осматривают, а повреждения заносятся в протокол. Здесь же отмечают характеристики воздействия, приведшие к ошибкам или разрушению. На основании протокола проводятся доработки или оборудование допускается в эксплуатацию.

Поверка системы управления виброиспытаниями

Вибрацией в физике называют механические колебания упругого тела. В технике этот термин имеет несколько иное толкование, здесь под вибрацией понимают колебания изделия или его компонентов относительно равновесного положения. Также в технике вибрацию принято подразделять на полезную (например, вибрирующий при работе отбойный молоток) и вредную, приводящую к усиливающему колебания резонансу на определенной частоте (частотах), что вызывает повышенный износ оборудования и сокращает срок его службы. К сожалению, для массовой продукции очень трудно сформулировать вибрационные требования, поскольку причиной вибрации могут стать внешние условия в месте эксплуатации, условия транспортировки и внутренние движущиеся детали.

поверка системы управления виброиспытаниями

Красноречивый пример – стиральные машины, которые эксплуатируются в жилых помещениях, то есть в идеальных с точки зрения вибрационной безопасности внешних условиях. Но даже для этих бытовых приборов, которые выпускаются миллиардами, конструкция которых отработана разными производителями в разных моделях, невозможно гарантировать, что при транспортировке будут соблюдены все требования к виброизоляции внутренних компонентов. И перед началом эксплуатации из стиральных машин выкручивают фиксирующие винты для разблокировки пружин подвеса и демпферов.

Вот почему вибрационные испытания, будь то сертификационные по стандартным методикам или научные для изучения свойств продукции, предполагают достаточно широкий диапазон входных воздействий. Это необходимо, поскольку не представляется возможным заранее предугадать вредную вибрацию, с которой придется столкнуться изделию, особенно транспортному средству повышенной опасности (автомобилю, самолету, судам, поездам, ракетам). По типу регистрируемых сигналов такие виброиспытания относятся к быстропеременным процессам – в отличие от тепловых испытаний или ресурсных тестов. Обработка первичных результатов виброиспытаний, как и любых других быстропеременных процессов, связана со сложными математическими расчетами, позволяющими получить осмысленный итоговый показатель по огромной выборке собранных на высокой скорости данных.

Испытания проводятся на вибрационном стенде с одним или несколькими шейкерами (виброгенераторами), позволяющими протестировать изделия на вибропрочность и виброустойчивость при приложении различных типов колебаний. Причем интересно, что в данном случае мы пытаемся полезной вибрацией моделировать вибрацию вредную. Регистрируется отклик образца на заданное вибрационное воздействие. Современные вибростенды относятся к электродинамическому типу, позволяющему получить воздействие повышенной частоты в сравнении с серводинамическим (электрогидравлическим) типом.

Чаще всего используются два ти­па вибрационного воздействия: синусоидальная и случайная вибрация. В первом случае шейкером генерируются синусоидальные колебания, что совсем не характерно для окружающего нас мира, если не считать частных случаев установки испытуемого оборудования на электромотор, работающий на заданных оборотах в минуту, или на поршневой компрессор, действующий с заданной частотой. Тем не менее это хороший способ выявить резонансные частоты, просто перемещая шейкер. Можно считать этот способ унаследованным из старого аналогового мира, в котором еще не было цифровых контроллеров.

Случайная вибрация генерируется с помощью изменения формы колебательного сигнала, форма волны отклика регистрируется анализатором сигнала. Поскольку в случайной вибрации одновременно присутствуют все генерируемые частоты, такое воздействие определяется с помощью спектральной плотности, а не частоты синусоидального сигнала. Это ближе к условиям эксплуатации в реальном мире, особенно при моделировании транспортировки по неровным дорогам или вибрации от внутренних компонентов транспортных средств. Результаты тестирования случайной вибрацией хорошо коррелируются со сроком службы испытуемого изделия. Кроме того, приложение всех формируемых частот сразу позволяет быстро выявить резонансные частоты без применения синусоидальной вибрации. Однако за все эти достоинства приходится расплачиваться сложными методами обработки результатов измерений по большим выборкам.

Спектральные методы вибрационного анализа подходят не только для классических синусоидальных или случайных вибраций, но и для ударных воздействий (одиночный, многократный удар либо виброудар). В этом случае можно применить специальный ударный стенд либо использовать на вибростенде вместо шейкеров ударные молотки (импакторы) или двухрежимные шейкеры, если это допускает конструкция вибростенда.

Системы управления виброиспытаниями предназначены для измерений напряжения переменного тока, соответствующего значениям параметров вибрации (виброускорения, виброскорости и виброперемещения), воспроизведения и измерений частоты переменного тока и измерений коэффициента нелинейных искажений. Поверка системы управления виброиспытаниями осуществляется в аккредитованных лабораторииях и занимает до 5 дней.

Системы вибрационных испытаний

Конструктивно в базовой комплектации система выполнена в виде приборного блока, подключаемого к сетевому порту внешнего компьютера (не входящего в состав системы) посредством интерфейса Ethernet, и комплекта соединительных кабелей. Приборный блок имеет 4 входных и 2 выходных канала с индивидуальными настройками режимов работы. В расширенной комплектации несколько приборных блоков соединяются посредством интерфейса IU-291 с общим количеством программно поддерживаемых выходных каналов до 16, а входных каналов до 32.

Принцип действия систем основан на усилении выходных электрических сигналов первичных измерительных преобразователей (ПИП), установленных на испытуемых изделиях, преобразовании измерительных сигналов в цифровой код, дальнейшей обработке измерительной информации в компьютере и выдаче ее на внешние устройства в виде, удобном для пользователя, а также формировании и регулировании управляющих сигналов вибростенда таким образом, чтобы измеренные параметры вибрации соответствовали заданному профилю испытаний.

Система способна функционировать как под управлением внешнего компьютера, так и автономно. К внешнему управляющему компьютеру система подключается через стандартную сетевую плату Ethernet. В автономном режиме система выполняет ранее загруженные в её память программы испытаний с отображением режима работы и текущего состояния на встроенном жидкокристаллическом дисплее.

Система может работать со следующими типами ПИП параметров вибрации: с зарядовым выходом, c выходом по постоянному и переменному напряжению, со встроенным усилителем (ICP) и TEDS-датчиками.

Дополнительно каждый приборный блок имеет 16 независимых логических входов и выходов, которые служат для управления работой системы посредством внешних управляющих сигналов или управления с помощью системы иными внешними устройствами.

В максимальной комплектации система способна управлять вибрационными установками с шестью степенями свободы (6DoF), обеспечивающими перемещение по трем осям в сочетании с вращением по каждой оси.

Системы используются совместно с испытательными вибрационными установками для управления испытаниями в различных режимах:

  • синусоидальная вибрация с постоянной частотой или разверткой частоты (SINE);
  • поиск и удержание резонанса (RSTD);
  • случайная широкополосная вибрация ШСВ (RANDOM);
  • классический удар (SHOCK);
  • режим имитации стрелково-пушечного воздействия;
  • режим синтеза спектра ударного отклика (SRS);
  • наложение синусоидальных вибраций на ШСВ (SoR);
  • наложение ШСВ на ШСВ (RoR);
  • наложение синуса и ШСВ на ШСВ (SRoR);
  • наложение синус на синус (SoS);
  • переходной процесс (TTH);
  • запись и воспроизведение полевых испытаний и т. д.

В системе также реализованы функции измерений частоты периодических сигналов и коэффициента нелинейных искажений входного сигнала, а также синтеза синусоидального сигнала с регулируемым коэффициентом нелинейных искажений.

Дополнительно в системе программно реализованы автоматизированные процедуры аттестации виброиспытательного оборудования, анализа испытаний, проводимых на ударных стендах, и переходных процессов, а также автоматизированная поверка (калибровка) самой системы.

По условиям эксплуатации системы удовлетворяют требованиям группы 1.1 климатического исполнения УХЛ по ГОСТ РВ 20.39.304-98 с диапазоном рабочих температур от 10 до 30 °С и относительной влажностью окружающего воздуха до 80 % при температуре 25 °С, без предъявления требований по механическим воздействиям и воздействию атмосферных осадков, пыли, песка.

Системы вибрационных испытаний

Метрологически значимая часть программного обеспечения (ПО) представляет собой ПО VisProbe SL, работающее под управлением операционных систем семейства Windows в составе внешнего персонального компьютера, и встроенное ПО Vib03.

ПО VisProbe SL обеспечивает формирование заданий на проведение испытаний, управление работой системы в процессе испытания, отображение хода испытаний в удобном для пользователя виде, защиту настроек оборудования от несанкционированного доступа, анализ данных и протоколирование результатов.

ПО Vib03 — это внутреннее ПО приборного блока, обеспечивающее работу системы в автономном режиме и осуществляющее управление вибростендом в соответствии с заданием пользователя, контроль хода выполнения испытания и целостности обратной связи, а также отображение данных о ходе испытания на встроенном дисплее системы.

Компания «Первый метрологический центр» осуществляет сертифицированную поверку систем вибрационных испытаний. Наши специалисты проконсультируют вас по любым вопросам.

Современный подход к вибрационным испытаниям: переход от абстракций к реальным данным

В данной статье рассматриваются виды вибрационных испытаний и способы оценки их воспроизводимости. Приведена классификация вибрационных испытаний в соответствии со сложностью математической модели испытания. Также проведено сравнение акселерограмм, синтезированных в соответствии с математическими моделями, с акселерограммами, записанными при проведении испытаний в полевых условиях.

Как известно, от многих современных видов техники требуется высокая устойчивость к воздействиям окружающей среды — температуре, влажности и вибрации. Соответственно, в ходе производства и разработки изделия необходимо тестировать на воздействие этих факторов.

Проверка продукции на воздействие вибраций производится с помощью вибрационных установок, общая структура которых показана на рисунке 1.

Рисунок 1.png

Рисунок 1. Общая схема вибрационой установки

Установка состоит из:

  • Стенда, на который крепят объект и датчики — акселерометры;
  • Усилителя, основная задача которого — подвести необходимую мощность к стенду;
  • Системы управления вибрацией (СУВ), основная задача которой следить за тем, чтобы сигнал, получаемый с акселерометра, соответствовал заданию пользователя, и корректировать сигнал, подаваемый на усилитель.
  • Компьютера со специальным программным обеспечением, с помощью которого пользователь устанавливает задания, управляет ходом испытания и получает результаты испытания: графики измерений, погрешности и т.д.

После запуска испытания СУВ подает на стенд сигнал малого уровня, чтобы не повредить стенд в случае неисправности усилителя, затем постепенно его повышает до уровня, заданного пользователем. В ходе испытания СУВ изменяет сигнал, подаваемый через усилитель на объект таким образом, чтобы сигнал с акселерометра соответствовал заданию пользователя. Также система следит за правильностью хода испытания — проверяет, не превысили ли значения ускорения на стенде допустимые пределы.

В настоящее время существует множество типов испытаний изделий на вибростойкость, однако все из них можно разделить на три типа:

  • Испытания, в которых на объект воздействуют сигналом, описываемым базовой математической моделью — синус, широкополосная случайная вибрация (ШСВ), классический удар;
  • Испытания, в которых на объект воздействуют сигналом, описываемым совокупностью двух или трех базовых моделей — смешанные испытания, виброудар (испытания стрелково-пушечного вооружения);
  • Испытания, в которых на объект воздействуют сигналом, описываемым акселерограммой (испытания с воспроизведением заданной акселерограммы). При этом акселерограмма чаще всего не может быть описана ни одной из базовых моделей или их совокупностью.

Рассмотрим данные испытания и способы оценки их воспроизводимости на примере двух СУВ — ВС-207 и ВС-301.

ВС-207 и ВС-301 выбраны для примера потому, что они реализуют все существующие типы испытаний, кроме того, программное обеспечение VisProbe и VisProbe SL предоставляет наиболее полные возможности для оценки качества воспроизведения испытаний.

Испытание синусоидальным сигналом

Первым из перечисленных методов является испытание синусоидальным сигналом. В этом случае воздействие на объект имеет форму синусоиды. Амплитуда сигнала является функцией частоты синусоиды и может задаваться в единицах ускорения, скорости или перемещения. Частота может быть как фиксированной, так и плавно изменяющейся во времени. Например, функция амплитуды может иметь следующий вид:

2023-01-29_20-27-36.png

Оценить воспроизводимость испытания синусоидальной вибрацией можно построив график, по на абсцисс которого расположена частота синуса, генерируемого СУВ, а по оси ординат — относительная погрешность отклика, рассчитываемая по формуле (2).

2023-01-29_20-27-43.png

В качестве значений амплитуд задания и отклика могут быть взяты как амплитудные, вычисленные, например, с помощью адаптивного фильтра, так и среднеквадратические значения (СКЗ).

С помощью испытаний синусоидальной вибрацией можно подвергнуть объект нагрузкам, которые сравнимы с реальными, но не полностью воспроизвести реальные условия эксплуатации, так как в природе не практически не существует идеальных синусоидальных волн.

Широкополосная случайная вибрация

Следующим типом испытаний, который «закрывает» основной недостаток синусоидальной вибрации — наличие в сигнале только одной гармоники — являются испытания широкополосной случайной вибрацией.

В данном случае изделие подвергается воздействию случайным сигналом, который содержит все частоты из заданного диапазона. Мгновенные значения ускорения этого сигнала должны быть распределены по закону, близкому к гауссовскому. При этом частотные составляющие сигнала имеют случайную фазу и амплитуду, что позволяет более точно воспроизвести условия эксплуатации.

Основной способ описания ШСВ — задание спектральной плотности мощности (т.е. фактически распределения энергии сигнала по частотам). Чаще всего, такое распределение имеет вид кусочно-аналитической функции от частоты. Однако при проведении испытания мгновенная спектральная плотность мощности за счет природы случайного сигнала отличается от задания. При этом, чтобы доказать воспроизводимость испытания и оценить погрешность, приходится использовать различные методы статистического анализа. Например, использовать осреднение спектра, то есть вычисление среднего значения каждого спектрального бина за определенный промежуток времени. В программном обеспечении ВС-207 и ВС-301 реализованы два вида такого осреднения: линейное, вычисляемое по формуле:

2023-01-29_20-28-03.png

Результаты осреднения, полученные по формулам (3) и (4), сравниваются с заданием.

Испытания классическим ударом

Третьей базовой моделью является испытание классическим ударом. Объект подвергается воздействию импульса ускорения, описываемого аналитической или кусочно-аналитической функцией. Примерами таких функций являются полусинус, треугольник, трапеция. Удары используются для проведения испытаний «транспортной тряски», целью которого является имитация транспортировки объекта, для имитации воздействия пиропатронов, отдачи от выстрелов и т.д.

Рисунок 2.png

2. Пример ударного импульса, рассчитанного в VisProbe

На рисунке 2 показана акселерограмма ударного воздействия, рассчитанная в программе VisProbe. На графике показан полусиносоидальный импульс, амплитудой 10 g и длительностью 5 мс. К нему добавлены пред — и постимпульсы — на рисунке они имеют трепецеидальную форму. Они добавляются для того, чтобы можно было использовать полное перемещение стенда (предимпульс отводит стенд в нижнюю точку в начале удара), и чтобы сделать перемещение и скорость в конце удара нулевыми.

VisProbe и VisProbe SL предлагают два способа оценки удара:

  • Вычисление пикового ускорения отклика и сравнение его с заданием;
  • Вычисление мощности ударного импульса отклика и сравнение его с мощностью импульса задания.

Мощность ударного импульса вычисляется по формуле:

2023-01-29_20-28-28.png

Наличие двух критериев позволяет более полно оценить погрешность воспроизведения.

Смешанные испытания

Ко второй группе испытаний — испытаниям, основанным на совокупностях базовых моделей, относятся смешанные испытания: наложение синуса и ШСВ на ШСВ и виброудар (испытания стрелково-пушечного вооружения, СПВ).

Воздействие, которому подвергается объект смешанных испытаний, синтезируется как сумма некоторой «базовой» широкополосной случайной вибрации, полигармонического сигнала — нескольких синусов — и нескольких достаточно узких «полос» случайного сигнала, положение (центральная частота) которых может меняться в зависимости от времени. Например, для испытания аппаратуры вертолетов применяются задания, состоящие из базовой широкополосной вибрации и суммы трех-четырех синусов. Базовое ШСВ является имитацией условий полета, а наложенные синусы — вибрациями, передающимися от работающих механизмов — основного винта, хвостового винта и так далее.

Наложения

Испытания ШСВ на ШСВ и синус и ШСВ на ШСВ используются при тестировании аппаратуры самолетов с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями.

Для оценки воспроизведения смешанных испытаний применяются подходы, используемые в испытании ШСВ и испытаниях синусоидальной вбирацией. Так, VisProbe SL позволяет построить графики погрешности поддержания амплитуды для каждого наложенного синуса и графики погрешности поддержания СКЗ для каждой полосы наложенного ШСВ.

Конечно, смешанные испытания можно воспроизвести и по очереди: например, сначала базовое ШСВ, потом синусы, потом наложенные ШСВ, но это займет минимум в три раза больше времени.

Рисунок 2.png

Рисунок 3. Пример огибающей виброудара из программы Visprobe 2.0

Испытание СПВ или виброударом

При испытании виброударом или имитацией стрелково-пушечного выстрела на объект воздействуют импульсным ШСВ — т.е. случайный сигнал умножают на некоторую математически определенную огибающую. Например, очередь из автомата можно имитировать тремя сериями из трех-пяти трапецеидальных импульсов по 50 мс с промежутком между импульсами 50 мс, промежуток между очередями — 1–2 секунды. Это испытание является одним из ключевых и тяжелых механических испытаний по степени воздействия на аппаратуру.

Оценка воспроизведения виброудара возможна лишь по интегральному критерию, задаваемому формулой (5).

Однако в реальных условиях режим СПВ происходит на фоне других воздействий. Это полетная вибрация, транспортная тряска и другие виды нагрузок, совместное с СПВ воздействие которых на изделие может вывести его из строя или разрушить. Эти компоненты не учитываются в рассматриваемой модели.

Воспроизведение акселерограммы

Как было показано выше, все способы «приблизить» реальность имеют свои определенные недостатки, поэтому появились испытания третьего типа — испытания с воспроизведением акселерограммы.

Сигнал, задаваемый акселерограммой, может не иметь постоянного описания в частотной области (в отличие от ШСВ), и то же время не являться периодическим сигналом (в отличие от удара или синуса). Таким образом, данный метод позволяет использовать в качестве акселерограммы как результаты математических расчетов, так и реальные данные, полученные в ходе проведения ряда опытов. При этом испытание объекта на реальных данных ведет к снижению избыточного нагружения объекта. Это является следствием того, что воспроизводимая вибрация будет близка к возникающей в реальных условиях эксплуатации, поэтому вероятность появления избыточных механических напряжений и усталостных повреждений меньше, чем это бывает при применении других методов. А возможность синтезировать акселерограммы позволяет использовать для испытания гораздо более точную аппроксимацию реальных данных, например, добавить в испытание СПВ полетную вибрацию.

Приведем примеры, когда испытание с использованием акселерограммы процесса может быть более адекватным, чем другие типы испытаний.

Первым из примеров будет транспортная тряска. Испытание на транспортную тряску обычно представляет собой серию ударов полусинусоидальной формы. Амплитуда, длительность и число ударов описываются в ТУ или ГОСТ.

Виброиспытания: от абстракций к реальным данным

Сотрудниками предприятия «Висом» была проведена запись вибрации, возникающей в кузове транспортной Газели (ГАЗ-2705). Для проведения опыта использовалась система ВС-207, работающая от автономного источника питания.

Часть записанной акселерограммы показана на рисунке 4.

Рисунок 4.png

4. Акселерограмма вибрации, возникающей в кузове автомобиля ГАЗ 2705

Эта акселерограмма состоит из низкоуровнего шума, являющегося следствием движения автомобиля по дороге, и нескольких довольно сильных ударных воздействий (с пиковыми ускорениями 14.5 g, 22.9 g, 25.5g), которые появились в результате наездов на ямы и прочие неровности дорожного покрытия.

Сравним пики акселерограммы и удары, рассчитанные в соответствии с требованиями ГОСТ 28215-89 (смотрите рисунок 5).

2023-01-29_20-29-57.png

2023-01-29_20-30-13.png

2023-01-29_20-30-26.png

5. Сравнение первого, второго и третьего пиков акселерограммы с ударом, расчитанным по ГОСТ 28215-89

При сравнении пиков акселерограммы и «гостовских» ударов для двух соседних степеней жесткости видно, что акселерограмма имеет гораздо более сложную форму, чем полусинус: есть импульс состоит из нескольких вершин, которые отличаются от ударов по длительности и амплитуде.

Также в качестве примера можно привести испытания автомобильных кресел. Согласно ГОСТ ИСО 10326-1-2002 в качестве входного сигнала может использоваться либо широкополосная случайная вибрация, либо запись реального сигнала. Сотрудниками предприятия «Висом» была проведена запись вибрации, возникающей в месте крепления кресла автомобиля ВАЗ 1113 «ОКА». График акселерограммы и распределение вероятности для этой акселерограммы показаны на рисунке 6.

Как видно из нижнего графика, распределение акселерограммы существенно отличается от нормального. Например эксцесс — мера остроты пика распределения случайной величины — для нормального распределения равен нулю, а для распределения записанной акселерограммы равен 4.5. То есть реальная акселерограмма имеет негауссово распределение, значит в данном случае, аппроксимация случайным сигналом в соответствии с ГОСТ 30630.1.9-2002 будет достаточно далека от реальности.

Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время для целого ряда испытаний необходим переход от математических абстракций к реальных данным. Эта необходимость продиктована несоответствием абстракций реальным данным, которое может повлечь за собой ряд отрицательных последствий. К тому же, алгоритм управления вибрацией с воспроизведением акселерограммы уже давно реализован в системах ВС-207, ВС-301, ВС-301М, ВС-407, ВС-407М.

2023-01-29_20-30-39.png

2023-01-29_20-30-46.png

6. Графики ускорения и плотности распределения для записи ускорения в месте крепления кресла автомобиля марки ОКА

VisProbe и VisProbe SL предлагают для оценки данного типа испытаний следующие способы:

  • расчет поточечного отклонения:

2023-01-29_20-30-55.png

2023-01-29_20-31-14.png

  • График отображения задания — воспроизведенного сигнала (кроссграфик) :в данном случае каждая точка графика задается парой координат (Xi;Yi), где Xi — i-я точка заданной акселерограммы, Yi — i-я точка воспроизведенного сигнала. Качество воспроизведения определяется положением точек графика относительно оси OX, в идеале точки графика должны образовывать прямую под углом 45 o к оси OX.
  • Графики распределения вероятностей появления определенных значений или диапазонов значений в задании и воспроизведенном сигнале и соответствующие кроссграфики.

Две ошибки введены для более корректной оценки качества воспроизведения: с одной стороны, оценка по формуле (7) использует достаточно фундаментальную характеристику сигнала (СКЗ), однако, в данной оценке не учитывается форма сигнала (например, для задания, представляющего собой синус амплитуды 1g как ШСВ с СКЗ 0.707 g, так и собственно синус амплитуды 1g дадут одинаковые значения критерия). С другой стороны поточенное сравнение сигналов корректно учитывает форму сигналов, но дает неоправданно большие ошибки в случае превышения уровня шумов над уровнем задания, кроме того, поточечное сравнение подвержено влиянию случайных шумов, особенно на низких уровнях задания.

Таким образом, в статье было рассмотрено развитие типов вибрационных испытаний — от простых математических моделей (синуса, ШСВ и классического удара) до воспроизведения акселерограмм, которые не могут быть описаны ни одной из моделей или их совокупностью. Приведены примеры, когда испытания с воспроизведением акселерограмы имеют преимущество перед другими типами испытаний. Также рассмотрены способы оценки воспроизведения испытаний.

Авторство статьи и выходные данные

Внимание! Копирование данных разрешено только при указании авторов статьи и сайта-источника.

  • Авторы — И.Н. Соколов, предприятие «ВИСОМ», В.А. Кулак, ФГБУ «ГНМЦ» Минобороны России.
  • Статья «Современный подход к вибрационным испытаниям: переход от абстракций к реальным данным» (Modern approach to vibration testing: migration from abstraction to real data)
  • УДК 620.162.
  • Ключевые слова публикации: вибрация, типы вибрационных испытаний, оценка воспроизводимости

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *