СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИЙ РЭА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
METHOD OF DETERMINING ACTUAL STRUCTURAL RESPONSE OF COMMUNICATIONS ELECTRONICS EQUIPMENT USING NONDESTRUCTIVE INSPECTION

Изобретение относится к области определения фактических динамических характеристик защитной виброизоляции судовых электронных приборов, а также механизмов и машин, работающих в условиях сложного спектра механических воздействий, и может быть использовано в любой области техники, как способ определения параметров колебаний. Под динамическими характеристиками понимаются функциональные зависимости демпфирования от скорости деформации и усилия от деформации (жесткости).
Известен способ определения динамических характеристик конструкций РЭА, который заключается в экспериментальном определении при ударных воздействиях временных зависимостей ускорения на закрепленной на ударном стенде конструкции РЭА, последующем расчете с момента прекращения ударного воздействия (т.е. при свободных затухающих колебаниях) логарифмического декремента [1 и 2]. Расчет проводится по следующей формуле:
где , - соответственно пиковые значения ускорения второй (после окончания воздействия) и следующей полуволн одного знака,
δ - логарифмический декремент.
По формуле, приведенной в работе [2], определяется коэффициент демпфирования
где С - жесткость элемента крепления,
М - масса моделируемого прибора или его части,
К - коэффициент демпфирования.
Недостатками подобного метода являются линейные зависимости жесткости и демпфирования, необходимость большой статистики при расчете δ и, следовательно, большого количества испытаний и большие (до 60%) погрешности, получаемые при моделировании параметров колебаний по сравнению с данными, полученными экспериментально.
o
o
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому изобретению является способ испытания объекта на ударные воздействия [3], суть которого заключается в следующем: определяется максимальная деформация объекта при действии реального ударного воздействия. По результатам испытаний находят собственную частоту f элемента крепления. Для повышения точности определения f нелинейных систем создают предварительную деформацию объекта. Производят моделирование на ЭВМ защитных динамических характеристик элемента крепления. При этом используется нелинейная зависимость усилия от деформации. Основным недостатком этого метода является большое количество ударных воздействий с амплитудой ускорения не менее 1000 g, что может привести к разрушению исследуемой конструкции.
Предлагаемый способ определения фактических динамических характеристик конструкций РЭА с использованием неразрушающего контроля позволяет устранить указанные выше недостатки и повысить достоверность результатов моделирования конструкций приборов.
Суть способа заключается в следующем. Для того чтобы не подвергать исследуемую конструкцию прибора или его элементов риску разрушения в результате проведения испытания ударом на столе стенда, ударные механические испытания проводятся на массогабаритных имитаторах с подробным воспроизведением испытуемой конструкции, при котором регистрируются параметры ударного воздействия на столе стенда и параметры отклика на испытуемом объекте. В качестве массогабаритного имитатора может быть использован прибор, отработавший ресурс. В результате испытаний определяются временные зависимости ускорения до элемента крепления и после элемента крепления на корпусе массогабаритного имитатора прибора. Интенсивность ударного воздействия не должна приводить к разрушению исследуемой конструкции.
Проводятся квазистатические испытания элементов крепления конструкции приборов, в результате чего определяются нелинейные зависимости усилия от деформации.
Результаты испытаний обрабатываются с помощью ЭВМ, что позволяет получить фактическую зависимость демпфирования от скорости деформации. Структурная схема способа приведена на фиг.1.
При моделировании используется одностепенная модель, в которой прибор или исследуемая конструкция представляется абсолютно жесткой массой. Для моделирования динамических характеристик система дифференциальных уравнений вида
где М - масса прибора (или иного элемента конструкции), установленного на виброизоляторах (или элементе крепления),
х
y
z
К, К, K - функциональная зависимость демпфирования виброизоляторов в направлении трех осей координат,
x
y
z
С, С, C - функциональная зависимость жесткости виброизоляторов в направлении трех осей координат,
- абсолютное ускорение массы (обобщенная координата),
- абсолютное перемещение основания, которое является следствием динамического воздействия,
- скорость деформации элемента крепления,
n
о
(ε-ε) - деформация элемента крепления,
mpx
mpy
mpz
F, F, F - сила трения-скольжения в направлении осей координат,
F(t) - механическое воздействие в направлении трех осей координат.
х
y
z
решается относительно демпфирования К К, K, в результате чего определяется зависимость демпфирования от скорости деформации для каждого направления осей координат (4):
Зависимость (4) представляет собой гиперболический вид и приведена на фиг.2.
Пример: Необходимо определить динамические характеристики системы амортизации прибора массой 87 кг, установленного на горизонтальной плоскости на четырех амортизаторах АКСС-25и.
Получение экспериментальных параметров колебаний на корпусе прибора (после амортизаторов) и на столе ударного стенда (до амортизаторов). Прибор (или массогабаритный имитатор), нагруженный электронными модулями (или имитаторами), устанавливается в штатном положении на амортизаторах. При проведении ударов получены параметры ударного воздействия F(t) и параметры колебаний корпуса прибора . Так как характеристики резинометаллических амортизаторов дают значительные разбросы по амплитуде и длительности ударных импульсов, использованы пять - шесть комплектов амортизаторов АКСС-25и. Проведено по три удара каждого комплекта амортизаторов. Поэтому полученные временные зависимости амплитуд ускорения в дальнейшем используются осредненными. Испытания проводятся последовательно в трех взаимно перпендикулярных направлениях осей координат прибора.
z
n
o
Экспериментальные исследования зависимостей усилия от деформации на машине растяжения-сжатия. Для этого используется циклическая электромеханическая машина растяжения-сжатия. Учитывая значительные разбросы в характеристиках резинометаллических амортизаторов, исследованиям были подвергнуты все пять - шесть комплектов. После приложения усилия растяжения и получения зависимости усилия от деформации в направлении растяжения каждый амортизатор снимался с машины и аналогичные исследования на сжатие проводились спустя 24 часа после восстановления высоты амортизаторов. В результате получены зависимости усилия от деформации амортизаторов P(ε-ε) в направлении трех осей координат амортизаторов. Полученные зависимости усилия от деформации подлежат обработке - осреднению в направлении каждой оси координат.
Моделирование зависимости демпфирования от скорости деформации проводится с помощью программы Damp [4], в которой производится решение дифференциальных уравнений (3) с использованием экспериментальных данных относительно составляющей демпфирования. В результате моделирования определена зависимость, приведенная на фиг.2. Полученные цифровые значения  и  заносятся в память персонального компьютера для дальнейшего использования.
Источники информации
1. Ильинский B.C. Защита РЭ и прецизионного оборудования. - М.: Радио и связь, 1981.
2. Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. - М.: Сов. радио, 1971.
3. Авт. свид. СССР №1811276, кл. МКИ G01M 7/08, опубл. 10.11.1995.
4. Сухов В.В. Программа моделирования динамических характеристик радиоэлектронной аппаратуры - «Damp». Свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ №2004610939. - М.: ФИПС Роспатента.