СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ НА ВИБРОУДАРНЫЕ НАГРУЗКИ
METHOD FOR TESTING OBJECTS FOR VIBRO-IMPACT LOADS

Изобретение относится к области механических испытании изделии, а именно к испытаниям изделий на стойкость к воздействию высокоинтенсивных виброударных нагрузок с заранее заданными характеристиками во временной и частотных областях со следующими основными параметрами:
- уровни спектральных характеристик (например, спектральная плотность мощности виброускорений) в заданных полосах частот (S):
m
- максимальное виброускорение (А);
- время действия виброударной нагрузки (Т).
Известен «Способ испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования» (Патент RU№2262679. МПК С01М 7/08. G01N 3/313(2000.01), опубликованный 20.10.2005, Бюл. №29). Способ включает ударное нагружение объекта испытания (ОИ), создаваемое с помощью пиротехнических устройств с заранее заданным ударным спектром ускорений, который перекрывает требуемый ударный спектр ускорений. Затем определяют расстояние от пиротехнического устройства до объекта испытаний, на котором зарегистрированный ударный спектр ускорений не меньше требуемого. После этого определяют количество точек приложения ударных воздействий. Далее создают ударное воздействие в определенных выше точках. Сравнивают полученные ударные спектры ускорений во всех точках контроля с требуемым ударным спектром ускорений и при необходимости корректируют количество и места установки пиротехнических устройств. Процедуру продолжают до обеспечения требуемого ударного спектра ускорений во всех контрольных точках.
Недостатки указанного способа испытаний на ударные нагрузки заключаются в большой трудоемкости и сложности подбора ударного воздействия с требуемыми уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот, а также невозможностью регулировки длительности воздействия виброударной нагрузки и отсутствие возможности испытаний крупногабаритных объектов с большой массой.
Известен способ испытаний объектов на виброударные нагрузки, описанный в патенте «Устройство для испытаний изделий на виброударные нагрузки» (Патент RU №2348021, МПК G01М 7/00(2006.01), опубликованный 27.02.2009. Бюл. №6).
Устройство для испытаний содержит упругопластичные тела, на одном из которых установлено испытуемое изделие. Упругосвязанные тела выполнены в виде концентрических колец, соединенных между собой упругими элементами в виде двойных мембран, пространство между которыми заполнено демпфирующим материалом. Наружное кольцо установлено с возможностью ударного взаимодействия с опорой, а испытуемое изделие установлено на верхнем основании внутреннего кольца.
Для возбуждения колебаний в конструкции устройства необходимо внешнее возбуждение, которое может быть осуществлено, например, путем свободного падения с определенной высоты данной конструкции на жесткую поверхность с последующим удержанием внешнего кольца в неподвижном состоянии. При соударении нижнего основания наружного кольца с опорой подвижные кольца получают возможность свободных колебаний, причем каждое на своей резонансной частоте. Верхнее основание кольца вместе с установленным на нем испытуемым изделием приобретает полигармонические колебания, диапазон частот и соотношение амплитуд которых определяются массово-жесткостными параметрами резонансных элементов устройства (мембран и подвижных колец), а интенсивность виброударного нагружения регулируется силой удара и характеристиками демпфирующего материала. Способ, реализуемый при работе «Устройства для испытаний изделий на виброударные нагрузки», выбран в качестве прототипа.
Недостатки указанного способа заключаются в том, что испытания возможно проводить для изделий с небольшой массой (до 5 кг), для каждого типа испытуемого изделия необходимо проводить трудоемкие подготовительные работы по предварительному проведению расчетов и подготовки нового устройства, позволяющего реализовать заданные спектральные характеристики виброускорений в требуемых полосах частот, длительность виброударного вибронагружения.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных ОИ на высокоинтенсивные виброударные нагрузки с применением серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования без проведения трудоемких подготовительных работ по созданию специальных виброударных устройств.
Технический результат - обеспечение испытаний объектов с широким диапазоном габаритно-массовых характеристик на высокоинтенсивное виброударное нагружение, эквивалентное натурному воздействию. с применением серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования без проведения трудоемких подготовительных работ по созданию специальных виброударных ycтройств.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе испытаний объектов (ОИ) на виброударные нагрузки, включающем воздействие на ОИ заданной ударной и вибрационной нагрузки, в отличие от прототипа, сначала на ОИ на вибрационном стенде воздействуют ударной нагрузкой полусинусоидальной формы с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки длительностью, равной половине периода колебаний, имеющих среднюю частоту для заданной полосы частот с максимальным уровнем спектральной характеристики, при этом, если при воздействии на ОИ ударной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется ударная нагрузка с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки, воздействие на ОИ ударной нагрузки с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки проводят на ударном стенде, затем на вибрационном стенде на ОИ воздействуют вибрационной нагрузкой длительностью и уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот без воспроизведения максимального значения виброускорення для заданной виброударной нагрузки, воспроизведенного на ОИ при воздействии ударной нагрузки на ударном стенде, при этом, если при воздействии вибрационной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется вибронагрузка с длительностью и уровнями спектральных характеристик в полосах частот для заданной виброударной нагрузки, вибрационное воздействие на ОИ проводят последовательно для каждой полосы частот с длительностью и уровнем спектральной характеристики для заданной виброударной нагрузки.
Согласно принципу Палмгрена-Майнера последовательность нагрузок не важна и общее повреждение ОИ является суммой всех повреждений от всех нагружений (В.Ф. Гладкий. Вероятностные методы проектирования конструкции летательного аппарата. Москва «Наука», 1982; B.C. Гудрамович. Н.С. Переверзнев. Несущая способность и долговечность элементов конструкций. Киев «Наукова думка». 1981).
Использование всей совокупности признаков формулы изобретения позволяет согласно принципу Палмгрена-Майнера осуществить последовательное нагружение ОИ отдельными составляющими виброударного процесса: ударным и кратковременным случайным вибрационным нагружением, которое обеспечивает накопление повреждения в ОИ, эквивалентное заданному виброударному воздействию, с применением серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования без проведения трудоемких подготовительных работ по созданию специальных виброударных устройств.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 изображены временные и частотные параметры заданной виброударной нагрузки. На фиг. 2 изображены временные параметры заданной ударной нагрузки.
Заявляемый способ испытаний объектов (ОИ) па виброударные нагрузки осуществляется следующим образом.
На основе анализа исходных данных для заданной виброударной нагрузки, габаритно-массовых характеристик испытуемого ОИ выбирают оборудование для проведения испытании из серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования.
m
y
c
n
Сначала на ОН (изделие или габаритно-массовую модель изделия) на вибрационном стенде типа ES (производитель - фирма Donging Technologies со. ltd. КНР) или типа SIT DН (производитель - фирма Suzhou Sushi Testing Instrument. КНР), имеющем в своем составе систему управления и измерения модели типа LMS (производитель - компания LMS International. Бельгия) или модели СКУВ (производитель - ООО «НТП Измерительные Технологии», Россия) воздействуют ударной нагрузкой полусинусоидальной формы с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению А заданной виброударной нагрузки и длительностью T, равной половине периода колебаний, имеющих среднюю частоту f для заданной полосы частот с максимальным уровнем спектральной характеристики S для заданной виброударной на грузки.
Воздействие высокоинтенсивной ударной нагрузки, находящейся в спектре натурного процесса (ВУП), может привести к нарушению прочности отдельных элементов ОИ из-за действия возникающих в них напряжений выше временного предела прочности материала этих элементов. Действие подобной нагрузки может также привести ик нарушению устойчивости ОИ, критичного к интенсивным ударным нагрузкам (Э.Н. Кузьмин. Обеспечение виброударостойкости оборудования и аппаратуры. Снежинск «РФЯЦ-ВНИИТФ». 2003).
m
m
Если при проведении ударных испытаний на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется ударная нагрузка с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению А заданной виброударной нагрузки, испытания на воздействие ударной нагрузки с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению А заданной виброударной нагрузки проводят на ударном стенде, например типа ВСТС (производитель - ООО «Вибросервис», Россия).
m
Затем па вибрационном стенде на ОИ воздействуют вибрационной нагрузкой с длительностью и уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот без воспроизведения виброускорения с максимальным уровнем А для заданной виброударной нагрузки, воспроизведенного на этапе ударного нагружения, при этом, если при воздействии вибрационной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется вибронагрузка с длительностью и уровнями спектральных характеристик (S) в полосах частот для заданной виброударной нагрузки. вибрационное воздействие на ОИ проводят последовательно для каждой полосы частот с длительностью и уровнями спектральных характеристик для заданной виброударной нагрузки.
Воздействие кратковременной случайной вибрации, несмотря на малое количество циклов может вызвать малоцикловые усталостные явления в конструкции OИ (Э.Н. Кузьмин. Обеспечение виброударостойкости оборудования и аппаратуры. Снежинск «РФЯЦ-ВНИИТФ». 2003).
Полому эквивалентность заданной виброударной нагрузки и лабораторного виброударного нагружения обеспечивается последовательными нагружениями ОИ ударной и вибрационной нагрузкой.
2
2
В результате использования всей совокупности признаков заявляемого способа обеспечивается проведение виброударных испытаний с заданными параметрами виброударной нагрузки ОИ до нескольких сотен килограммов с линейными и поперечными размерами до нескольких метров на серийно выпускаемом ударном и вибрационном оборудовании с максимальным у скорением при ударном нагруженпи до 10000 м/сек и ускорением 100…500 м/сек при вибрационном нагружении с требуемыми уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот.