Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
В первом случае частота колебаний должна изменяться по закону
во втором случае — по закону
1п
(2.46)
1 -
х
V J
т =
Т
V У
(2.47)
где /і — начальная частота; /2 — конечная частота; Т — длительность изменения частоты от /і до /2; * — текущее время; х — постоянная времени нарастания частоты, обратно пропорциональная скорости ее нарастания
і
X
Полагая постоянным время воздействия на каждый резонирующий^ элемент, получаем виброскорость
1п
1
х 1п2
окт/с .
(2.48)
Допустимую скорость изменения частоты оцениваем неравенством
Ъ< , (2.49)
где б — добротность резонирующего элемента, обычно (2=20.
Исходя из прочностных и усталостных характеристик материалов при испытаниях на вибропрочность и из допустимых норм вибрацион*
84
ного воздействия при испытаниях на виброустойчивость, выбирают необходимое число п полных циклов изменения частоты и общее время виброиспытаний
*„=л7\ (2.50)
Преимущества этого вида испытаний — в относительно низкой стоимости оборудования. Они дают информацию для корректировки испытуемого объекта, так как может быть легко зафиксирована частота, при которой происходит его разрушение или отказ.
Недостатком испытаний с переменной частотой гармонической вибрации является то, что возбуждение различных резонансов в испытуемом объекте происходит последовательно, а не одновременно.
Испытания на виброустойчивость конструкции и ее элементов рекомендуется проводить методом фиксированных частот, а испытания на вибропрочность — методом фиксированных частот или методом качающейся частоты.
Недостаток обоих методов заключается в том, что в каждый данный момент времени на изделие воздействуют одночастотные синусоидальные колебания, а не спектр частот, как при реальных условиях.
Испытание полигармонической вибрацией
Испытание полигармонической вибрацией позволяет более точно моделировать реальную вибрацию, чем испытание на одной частоте.
Метод заключается в одновременном воздействии на изделие нескольких гармонических вибраций с различными фазами. Метод достаточно прост и отличается от методов испытания гармонической вибрацией числом задающих генераторов синусоидальных сигналов и необходимостью регулирования фазовых сдвигов между этими сигналами.
При испытаниях на вибропрочность, в частности на усталостную прочность, получило распространение бигармоническое возбуждение переменных нагрузок. На относительно низкочастотные, с большим размахом колебания нагружающей силы накладывают высокочастотную составляющую переменной силы с малой амплитудой. Подобная программа легко реализуется на испытательных стендах с электрогидравлическими возбудителями колебаний.
Виброиспытания с полигармоническим возбуждением более общего вида проводят на стендах с электродинамическими вибраторами, позволяющими осуществлять возбуждение с кратными и с произвольными частотами. В последнем случае имеется возможность имитации некоторых характеристик случайной вибрации достаточно простыми средствами, с помощью частотных синтезаторов.
85
Для максимального приближения условий виброиспытаний к натурным условиям эксплуатации испытуемого объекта используют полигармоническое возбуждение такого спектрального состава, чтобы имитировалось случайное возбуждение. Для этого формируют по* лигармонический сигнал, содержащий сравнительно небольшое число составляющих, статистически эквивалентных стационарному случайному процессу.
Рис.2.23. Схема вибростенда для испытаний полигармонической вибрацией: / - генераторы электрических гармонических колебаний с регулированием часто-ты и амплитуды сигнала; 2 - усилители с управляемым коэффициентом передачи; 3 - сумматор; 4 - усилитель мощности; 5 - вибровозбудитель; 6 - испытуемый объект; 7 - датчик вибрации; 8 - усилитель; 9- регистрирующая аппаратура; 10 - перестраиваемые полосовые фильтры; 11 - усилители и детекторы; 12 - блоки управления для поддержания заданного уровня вибрации; 13 - регистрирующая аппаратура
На рис. 2.23 показана принципиальная схема вибростенда, который обеспечивает поддержание на определенном уровне нескольких гармоник одновременно в заданной точке испытуемого объекта. Это осуществляется замкнутой системой управления, содержащей датчик 7, усилитель 5, набор анализирующих и управляющих блоков параллель-
86
лого действия. Отработка 1-й гармоники измеряемого параметра осуществляется регулятором в каждом параллельном канале. Выходные сигналы регуляторов суммируются в сумматоре 3 и подаются на усилитель мощности 4, питающий вибровозбудитель.
Программирование испытаний на виброустойчивость при воздействии полигармонической вибрации включает спектральный анализ вибрации испытуемого объекта в эксплуатационном режиме. По результатам анализа составляют таблицу частот с выделением основной частоты спектра и ряда гармоник с соответствующими им вибропереме-щениями, виброскоростями или виброускорениями, присущими определенным точкам испытуемого объекта. Руководствуясь допускаемыми нормами воздействия на испытуемый объект, назначают время испытаний и интенсивность воздействия внешней силы на каждой из выбранных гармонических составляющих. Отработку программы производят на макете объекта, внося соответствующие коррективы. Эта мера позволяет предотвратить выход объекта из строя в процессе отладки программы.
