Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость»


Скачать 410.89 Kb.
НазваниеМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость»
страница1/2
Дата публикации09.04.2013
Размер410.89 Kb.
ТипМетодические указания
userdocs.ru > Физика > Методические указания
  1   2


МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

филиал “Восход”

Кафедра КиИЛА Хакимов Р.Р.

Методические указания

к выполнению лабораторной работы
на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость»

по курсу: «Механические испытания»

Утверждено на заседании кафедры


протокол № ___________________

от “___” ________________ 2007 г.


г. Байконур 2007 г.

Аннотация
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Контрольно-испытательные системы».

Лабораторная работа основана на закреплении знаний лекционного курса в изучении основных методов испытаний на вибропрочность и виброустойчивость.

Лабораторная работа позволяет студентам изучить принцип работы и устройство стендов для проведения наземных вибрационных испытаний.

Содержание




Аннотация


2

Содержание

3

Основные обозначения

4

Введение

5

Цель лабораторной работы

6

1. Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость

7

2. Средства проведения наземных вибрационных испытаний

20

3. Практическая часть

31

4. Отчетность по лабораторной работе

32

Контрольные вопросы

33

Литература

34


Основные обозначения:
ЛА – летательный аппарат;

НТД – нормативно-техническая документация;

АРУ – автоматический регулятор уровня;

БКЧ – блок качания частоты

Введение



Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен внимательно изучить лекционный материал по данной теме.

При выполнении работы первоначально необходимо разобрать методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость, а также устройство средств проведения вибрационных испытаний.

Лабораторная работа должны помочь студентам специальности 130900 лучше усвоить теоретический курс, читаемый по дисциплине «Контрольно-испытательные системы».
Целью данной лабораторной работы является закрепление знаний, полученных в теоретическом курсе «Механические испытания».

В результате изучения работы студенты должны разобраться с методами испытаний на вибропрочность и виброустойчивость, работой стендов, имитирующих вибрационные нагрузки, а также разобраться с их принципом устройства и функционирования.

В конце работы предложены вопросы не только по содержанию лабораторной работы, но и по части лекционного курса, посвященного изучению испытаний на воздействия вибрационных нагрузок.

Результатом работы является защита лабораторной работы по вопросам изложенным в конце пособия и по работе испытательных стендов.

1. Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость

1.1. Вибрационный процесс при эксплуатации ЛА

Летательный аппарат подвергается воздействию вибрацион­ных нагрузок практически на всех этапах эксплуатации, начиная с его транспортирования с завода-изготовителя к месту дис­локации и кончая выполнением задачи полета.

При транспортировании конструкция ЛА нагружается пре­имущественно массовыми (инерционными) силами, основным источником которых является вибрация. Режимы вибрационно­го нагружения отличаются большим разнообразием и зависят от вида используемого транспорта (наземный, водный, воздуш­ный) и параметров его движения, а также от геометрических размеров и массы перевозимого ЛА или его частей. При транс­портировании ЛА по железной или автомобильной дороге режим внешнего нагружения характеризуется главным образом значениями поперечных (вертикальных) перегрузок, обуслов­ленных кинематическим воздействием со стороны транспортно­го средства. Источниками вибрации являются удары колес о стыки рельс, неровности дорожного полотна и т. п.

Вибрационный процесс при транспортировании ЛА характеризуется сравнительно невысо­ким уровнем перегрузок, преимущественно низкочастотным спектром возбуждаемых частот колебаний и значительной про­должительностью (т. е. большим числом циклов колебаний).

В период дежурства ЛА на стартовой позиции вибрация вы­зывается воздействием атмосферной турбулентности и случай­ными пульсациями боковых аэродинамических сил. Интенсив­ность внешнего аэродинамического нагружения конструкции определяется состоянием приземного слоя атмосферы в месте расположения ЛА (величиной и направлением средней скорости ветра, плотностью воздуха и степенью турбулентности ветрового потока), а также геометрическими размерами, формой и состо­янием внешней поверхности ЛА.

Наиболее интенсивный и сложный вибрационный процесс имеет место в период полета ЛА, особенно в момент старта и при отделении ступеней. Вибрационный процесс здесь характе­ризуется высоким уровнем перегрузок и широким спектром частот (от 0 до 2000 Гц). Основными источниками вибраций в этом случае являются аэродинамические эффекты и динамичес­кое воздействие двигательной установки.

Аэродинамические эффекты проявляются в пульсации ско­рости ветра и пульсации давления на поверхности ЛА. Пульса­ция аэродинамического давления связана с воздействием турбу­лентного пограничного слоя, а также с особенностями обтека­ния поверхности аппарата. Динамическое воздействие двига­тельной установки проявляется в виде пульсации силы тяги и в виде внешнего акустического поля давления, генерируемого истекающей струей.

Вибрации вызывают накопление усталостных повреждений в конструкции ЛА, ухудшая качество всех видов механических соединений, сокращают ресурс работы двигательной установки, снижают качество функционирования и надежность бортовых систем. Особую опасность представляют вибрации, частота кото­рых совпадает с собственными частотами элементов конструк­ции. Возникающие при этом резонансные колебания силовых элементов конструкции аппарата и оборудования могут приво­дить к опасным последствиям, вплоть до аварийных ситуаций.

Способность изделия противостоять разрушающему действию вибрации называется вибропрочностью, а способность сохранять свою работоспособность под действием вибрации и после ее пре­кращения — виброустойчивостью.
^ 1.2. Вибрационные испытания и методы их проведения

1.2.1. Общая характеристика вибрационных испытаний

Цели испытаний. Основными целями вибрационных испыта­ний являются:

— установление способности изделия противостоять разруша­ющему влиянию вибрационных нагрузок;

—определение способности изделия выполнять свои функ­ции и сохранять значения параметров в пределах норм при действии вибрации.

Классификация испытаний. В зависимости от целей вибра­ционных испытаний различают испытания на вибропрочность и виброустойчивость.

Испытания на вибропрочность позволяют оценить несущую способность изделия при действии вибрации. В целях определения предельных вибрационных нагрузок испытываемое изделие
может быть доведено до разрушения. При этом регистрируют интенсивность вибрации, частоты, а также время воздействия, число циклов нагружения и значения нагружающих перемен­ных сил.

Испытания на виброустойчивость необходимы для оценки способности изделия выполнять свои функции и сохранять зна­чения параметров в пределах норм в условиях вибрации. При испытаниях изделие, как правило, функционирует в нормаль­ном режиме и подвергается вибрации с интенсивностью, не вы­зывающей его разрушения.

При испытаниях на вибропрочность и виброустойчивость вибрация создается в трех взаимно перпендикулярных направ­лениях и изменяется в требуемом диапазоне частот с соответст­вующими перегрузками.

Виброустойчивостью называется способность ЛA, его систем и аппаратуры сохранять работоспособность в условиях воз­действия вибрации. Виброустойчивость определяет степень чувстви­тельности испытуемого объекта к динамическим нагрузкам. Она харак­теризуется амплитудой ускорений и частотой вибрации, при которых не нарушается нормальное функционирование испытуемого объекта.

Вибропрочность — это свойство узлов, аппаратуры и ЛА в целом противостоять разрушающему действию вибрации в заданных диа­пазонах частот и оставаться работоспособными после воздействия вибрационных нагрузок. Она характеризуется максимальными амп­литудами ускорений, собственными частотами колебаний испытуе­мой конструкции, демпфирующими свойствами материала конст­рукции и продолжительностью действия вибрационной нагрузки.

Испытания на вибропрочность и виброустойчивость могут быть ре­ализованы следующими основными методами:

  • гармонической вибрацией на фиксированных частотах;

  • гармонической вибрацией методом качающейся частоты;

  • полигармонической вибрацией;

  • широкополосной случайной вибрацией;

  • узкополосной сканирующей случайной вибрацией;

  • реальными вибрациями.

Широкое распространение в практике виброиспытаний полу­чили испытания гармонической вибрацией на фиксированных частотах или с переменной частотой возбуждения. Они являют­ся наиболее дешевыми и простыми испытаниями на вибропроч­ность и виброустойчивость конструкций и блоков аппаратуры. Вместе с тем гармонические вибрации редко встречаются в ре­альных условиях, и, следовательно, по результатам испытаний с их использованием нельзя с достаточной достоверностью су­дить о надежности изделия в реальных условиях эксплуатации. С целью обеспечения требуемого уровня надежности в норма­тивно-технических документах (НТД) на проведение испытаний закладываются заведомо большие уровни вибрации. Это, в свою очередь, ведет к необоснованному возрастанию массы, габари­тов, стоимости создаваемого объекта.

В большинстве случаев реальные вибрационные процессы имеют случайный характер. Поэтому для имитации реального вибрационного процесса применяют испытания широкополосной и узкополосной сканирующей случайной вибрацией. Статисти­ческие характеристики моделируемых при испытаниях случай­ных вибраций определяются в результате обработки записей ре­альных вибраций. Такие испытания наиболее точно воспроизво­дят реальное вибрационное состояние испытываемого изделия, однако для их реализации требуется относительно сложное и дорогостоящее оборудование.

Испытания полигармонической вибрацией занимают проме­жуточное положение между испытаниями гармонической и слу­чайной вибрацией. Их применяют для имитации реальных виб­раций, имеющих детерминированный периодический характер.

В тех случаях, когда в процессе нормальной эксплуатации на исследуемое изделие воздействуют существенно нестационар­ные случайные процессы, проводят испытания реальной вибра­цией, воспроизводя мгновенные значения реализации парамет­ров вибропроцессов, записанных в натурных условиях на один из носителей информации.

Основные требования к испытаниям. При проведении вибрационных испытаний формулируются требования к следующим параметрам:

—к диапазону частот спектра вибраций в контрольной точке испытываемого изделия, который определяется условиями нормальной эксплуатации изделия;

  • к продолжительности испытаний, которая ограничивается испытательным ресурсом изделия;

  • к времени настройки системы на заданный режим;

  • к точности воспроизведения и поддержания в ходе испытаний заданного режима по виброускорению (виброперемеще­нию) и спектральной плотности вибрации.

Примерные численные значения этих параметров для испы­таний ЛА приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметр

Требование НТД

Диапазон частот

5-2000 Гц

Продолжительность испытаний

От нескольких десятков секунд до нескольких часов

Время настройки системы на заданный режим

5-30 с

Погрешность воспроизведения и поддержания виброускорения (виброперемещения) в контрольной точке

± (10 + 20)%

Погрешность воспроизведения и поддержания спектральной плотности вибрации

±(1,5 + 3)дБ

Согласно требованиям НТД заданный вибрационный режим при испытаниях должен поддерживаться в определенной кон­трольной точке. Именно в этой точке должен устанавливаться виброизмерительный преобразователь как датчик первичной ин­формации о вибрационном процессе. Даже при небольшом на­рушении этого условия погрешность установки заданного режи­ма может достичь недопустимого значения. Это вызывается не­равномерностью распределения виброускорения по платформе (столу) вибратора, крепежному приспособлению и испытываемо­му изделию. С целью уменьшения влияния указанного явления при измерениях можно определять среднее арифметическое зна­чение виброускорения по всем точкам крепления.
^ 1.2.2. Испытания на воздействие гармонической вибрации

Испытание гармонической вибрацией на фиксированных час­тотах заключается в последовательном воздействии гармоничес­ких колебаний определенной частоты и амплитуды на испыты­ваемое изделие в требуемом диапазоне частот. Для выполнения испытаний методом фиксированных частот пригодны любые вибростенды, в том числе и наиболее простые — механические.

В программе испытаний указывают значения фиксированных частот или поддиапазоны частот, время испытания и амплиту­ды вибрационного ускорения или перемещения (на низких час­тотах).

Структурная схема испытаний гармонической вибрацией на фиксированных частотах показана на рис. 1.2. Для создания гармонической вибрации используют звуковые генераторы. Час­тота вибрации определяется настройкой генератора, а требуе-



мый уровень вибрационного ускорения или перемещения уста­навливается вручную по показаниям виброизмерительного при­бора с помощью регулировки в усилителе вибростенда.

Недостатком метода фиксированных частот является слож­ность контроля ускорения (перемещения) и частоты вибрации и их регулирования вручную из-за значительной неравномерности Амплитудно-частотной характеристики тракта испытательного комплекса при испытаниях в широком диапазоне частот. Одна­ко этот метод широко используют при заводских испытаниях серийно выпускаемых изделий вследствие возможности применения простейшего оборудования и отработанных программ ис­пытаний для изделий каждого типа.

Испытания гармонической вибрацией методом качающейся частоты заключается в циклическом прохождении заданного диапазона частот от нижней частоты до верхней и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течение опреде­ленного времени.

Испытания методом качающейся частоты широко применяют для испытания изделий на вибропрочность и виброустойчи­вость, а также для определения резонансных частот и частот­ных характеристик изделий. Для выполнения этих испытаний подходят вибростенды с электродинамическими, электрогидравлическими или иными вибровозбудителями, позволяющими плавно изменять частоту колебаний стола вибростенда в некото­рых пределах.

Испытания методом качающейся частоты проводят обычно при замкнутой системе управления и постоянных значениях ус­корения, скорости или перемещения рабочего стола вибростенда. Выбор одного из этих трех параметров, определяющих виб­рацию, зависит в основном от конструкции изделия и условий его эксплуатации. Как правило, испытания на воздействие виб­рации ведут при постоянном значении перемещения до частот в несколько десятков герц, а затем поддерживают постоянное ус­корение на более высоких частотах.

В программе испытаний методом качающейся частоты ука­зывают диапазон частот, амплитуду виброускорения или вибро­перемещения, время цикла качания частоты и продолжитель­ность испытаний. Под циклом качания частоты понимают ска­нирование частоты от нижнего предела к верхнему и обратно. Испытание на вибропрочность включает в себя несколько циклов качания частоты в пределах заданного диапазона, а испы­тание на виброустойчивость содержит, как правило, один цикл сканирования частоты.

Закон изменения частоты обычно является линейным или логарифмическим. Время одного цикла качания частоты состав­ляет от нескольких секунд до нескольких десятков минут. Ис­пытания рекомендуется проводить со скоростью качания часто­ты приблизительно 1 октава в минуту.

Структурная схема испытаний методом качающейся частоты показана на рис. 1.3. В отличие от схемы, представленной на рис. 1.2, она содержит устройство для автоматического прохож­дения частотного диапазона — блок качания частоты (БКЧ) и устройство для автоматического регулирования уровня задан-



ных параметров вибрации — автоматический регулятор уровня (АРУ). Введение автоматики здесь вызвано необходимостью компенсации амплитудно-частотной характеристики вибростен­да и поддержания заданного уровня вибрации на столе вибрато­ра. Основными причинами изменения уровня вибрации при сканировании частоты являются резонансы и антирезонансы вибростенда с испытываемым изделием.

Частотой задающего генератора ^ 1 управляет БКЧ. Сигнал ге­нератора после коррекции уровня в АРУ и усиления в усилителе мощности 2 поступает на вибратор 3, который возбуждает механические колебания испытываемого изделия 4. Виброизмерительный преобразователь 5 и виброметр 6 формируют сигнал обратной связи. При отклонении уровня вибрационного возбуж­дения изделия, например в сторону увеличения (на резонансе), АРУ, в соответствии со значением сигнала виброметра, будет уменьшать испытательный сигнал до тех пор, пока не будет до­стигнуто требуемое значение контролируемого параметра вибра­ции. Таким образом осуществляется компенсация неравномер­ности частотной характеристики и поддерживается необходи­мый уровень вибрации.

Испытания начинаются с предварительной настройки системы управления, при которой задающий генератор на средней частоте исследуемого частотного диапазона вводится в режим обратной связи, при максимальной ее глубине. Виброизмери­тельный прибор должен при этом показать 0,1—0,5 заданного значения параметра вибрации. Эта операция повторяется при частоте генератора, соответствующей нижней отметке исследуемого частотного диапазона. Уменьшая глубину обратной связи, устанавливают заданное значение параметра вибрации, а затем включают БКЧ и проводят испытания в заданном диапазоне частот.

Для реализации испытаний методом качающейся частоты требуется относительно недорогое оборудование. Испытания дают полезную информацию для корректировки параметров из­делия, так как в эксперименте может быть легко зафиксирова­на частота, при которой происходит разрушение изделия или отказ в работе. Недостатком данного вида испытаний является то, что в каждый момент времени на изделие воздействуют одночастотные синусоидальные колебания, а не спектр частот, как при реальных условиях эксплуатации.

Испытание полигармонической вибрацией заключается в одновременном воздействии нескольких гармонических вибра­ций с различными фазами. Метод достаточно прост и отличает­ся от метода испытаний на гармоническую вибрацию в основ­ном числом задающих генераторов синусоидальных сигналов и необходимостью регулирования фазовых сдвигов между этими сигналами.

Метод испытания полигармонической вибрацией является одним из вариантов моделирования эксплуатационных вибра­ций. Его применяют в тех случаях, когда реальная вибрация представляет собой детерминированный периодический процесс. Полигармоническую вибрацию можно рассматривать и как оп­ределенное приближение к непериодическим вибрациям слож­ной формы, которым подвергаются сверхзвуковые ЛА.

В лабораторных условиях вибрационный процесс, близкий к реальному, можно воспроизвести, задаваясь значениями ампли­туд, частот и фазовых сдвигов гармонических составляющих, полученных в результате спектрального анализа реальной виб­рации.

Структурная схема испытаний полигармоничёской вибрацией представлена на рис. 1.4. Цепь формирования сложного поли­гармонического сигнала состоит из параллельно соединенных



звуковых генераторов в количестве, равном числу заданных гармоник, и суммирующего устройства. Электрические сигналы синусоидальной формы поступают от задающих генераторов 11,12,...,1n на сумматор 2, а затем, после усиления в усилителе мощности 3, — на электродинамический вибратор 4, создаю­щий механические колебания стола с испытываемым издели­ем 5. Контроль амплитуд гармонических составляющих вибра­ции в контрольной точке осуществляется виброизмерительным преобразователем 6 и виброизмерительным прибором 7 с полосовым фильтром или частотным анализатором и фиксируется регистрирующей аппаратурой 8.

Настройку на заданный режим осуществляют последователь­но по каждой составляющей полигармоники, устанавливая соответствующий уровень сигнала звукового генератора, при ко­тором амплитуда измеряемого параметра вибрации (например, виброускорения) в контрольной точке будет иметь требуемое значение. В процессе испытаний контролируют среднеквадра­тичное значение параметра вибрации как меру суммарной интенсивности вибрационного процесса. Для оценки погрешности воспроизведения вибрации измеряют отдельные составляющие.

Недостатком метода испытаний полигармонической вибрацией является то, что для его осуществления требуется большое количество звуковых генераторов. Кроме того, настройка такой системы перед каждым испытанием занимает значительное время.
  1   2

Похожие:

Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Исследование...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Изучение центробежных стендов»
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания по выполнению лабораторной работы на тему :...
Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 1309 в выполнении лабораторной работы по курсу “Основы устройства...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы
Безопасность жизнедеятельности: Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование естественного освещения в рабочих...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование...
Безопасность жизнедеятельности. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование метеорологических условий производственной...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы №3 «Исследование...
Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование искусственного освещения в рабочих помещениях» для всех специальностей...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconЛабораторная работа 2012. Фэф часть 1
Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить «Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Статистика»,...
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к лабораторной работе по дисциплине «Методы программирования»
Целью лабораторной работы является знакомство с основными алгоритмами внутренней сортировки линейных массивов данных
Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость» iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика предприятия»
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика предприятия» на тему: «Расчет издержек производства и...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница