УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ВИБРОПРОЧНОСТЬ Российский патент 1994 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к механическим испытаниям изделий, в частности к устройствам для испытаний на вибропрочность при воздействии широкополосных случайных вибраций.

При воздействии широкополосных случайных вибраций на испытуемое изделие энергия колебаний последнего распределена в некоторой полосе частот и процесс деформаций имеет сложную структуру, т.е. закон изменения такой нагрузки имеет вид не правильных циклов, когда каждому экстремуму нагрузки соответствует одно пересечение нагрузкой своего среднего уровня (пример - синусоидальный закон изменения нагрузки), а вид разночастотных циклов с различными амплитудами наложенных друг на друга. Для таких процессов нагружения усталостная долговечность испытуемого изделия при одинаковых уровнях нагрузки зависит от ее структуры. Уровень случайных воздействий характеризуется средним квадратическим значением <σ>, а структура - параметром нерегулярности ν. Параметры <σ> и ν полностью характеризуют повреждающее действие случайных нагрузок. Согласно ГОСТ 23207-78 значение параметра нерегулярности ν определяется из выражения:
ν= ,
(1) где n_о - число пересечений нагрузкой своего среднего уровня, число "нулей";
n_э - число экстремумов нагрузки.

Результаты испытаний на вибропрочность при широкополосных случайных вибрациях используются для построения математических моделей усталостной долговечности изделий как функции параметров случайной нагрузки - <σ> и ν. Известен эффект изменения реакции изделия в процессе его нагружения при неизменном уровне воздействий подводимых к изделию. Реакция изделия может изменяться в ходе испытаний на 15...60% от первоначального значения. Поэтому измерение и контроль значений параметров реакции в ходе испытаний позволяет повысить достоверность результатов испытаний и точность получаемых на их основе моделей.

Известно устройство, содержащее аппаратуру для формирования спектра случайного воздействия, подключенный к ней вибростенд с установленным на его столе приспособлением для закрепления испытуемого изделия, устанавливаемые на изделии тензодатчики, подключенные к входу тензоизмерительной аппаратуры, и подключенная к выходу последнего фотозаписывающая аппаратура для получения изображения процесса нагружения на ленте, по которому визуально подсчитывают число экстремумов и "нулей" процесса для расчета значения параметра нерегулярности.

Недостатком данного устройства является низкая достоверность результатов испытаний из-за ограниченной длительности записываемых интервалов нагружения, что снижает точность измерения значения параметра нерегулярности. Кроме того, получение и обработка записей требует значительного времени, что не позволяет реализовать постоянное измерение параметра в ходе испытаний.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее аппаратуру для формирования спектра случайного воздействия, подключенный к ней вибростенд с установленным на его столе приспособлением для закрепления испытуемого изделия, устанавливаемые на изделии тензодатчики, подключенные к входу тензоизмерительной аппаратуры, и подключенный к выходу последней блок измерения параметров, определяющих структуру процесса, содержащий преобразователь аналог-код и ЭВМ.

Недостатком данного устройства является низкая достоверность результатов испытаний из-за того, что не учитываются измерения значения параметра нерегулярности в ходе испытаний, а происходит усреднение его значения за время испытаний. Точность и время измерения параметра нерегулярности зависят от качества применяемой для этого ЭВМ. Кроме того, устройство отличается сложностью и высокой стоимостью, требует специальной подготовки обслуживающего персонала.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов испытаний на вибропрочность при широкополосных случайных вибрациях за счет того, что измерение параметра нерегулярности осуществляется постоянно непосредственно в ходе испытаний с оптимальным периодом измерения. Уменьшение периода измерения ограничивается требованиями точности. При прекращении обработки процесса нагружения может возникнуть "избыток" или "недостаток" экстремумов по сравнению с числом "нулей". Это приведет к погрешности, которая будет определяться количеством экстремумов заключенных между двумя последовательными "нулями" нагрузки и общим числом обработанных экстремумов. Для реальных процессов значения параметра нерегулярности заключены в пределах ν= 0,25. .1. Для самых широкополосных процессов ( ν=0.25) число экстремумов между соседними "нулями" нагрузки, в среднем, равно 4. С учетом случайного разброса можно принять, что это число колеблется от 1 до 8. Для достижения точности измерения параметра нерегулярности 1% необходимо обработать не менее 800 экстремумов. Минимальное время измерения параметра нерегулярности в этом случае равно:
Δt=
(2) где f_max - верхняя граница частотного диапазона случайных вибраций.

Сущность изобретения заключается в том, что выделение экстремумов и "нулей" процесса нагружения осуществляется без преобразования его в коды и последующей обработки. Устройство реализует выделение и подсчет экстремумов и "нулей" непосредственно в ходе испытаний в течение заданного периода времени.

Устройство показано на чертеже и содержит аппаратуру для формирования спектра случайного вибропроцесса 1, вибростенд 2, приспособление 3 для закрепления испытуемого изделия 4, установленные на изделии тензодатчика 5, тензоизмерительную аппаратуру 6, вольтметр 7, блок измерения параметров, определяющих структуру процесса 8, состоящий из фильтра низкой частоты 9, дифференциатора 10, двух нуль-органов 11 и 12, двух счетчиков 13 и 14 и таймера 15.

Устройство работает следующим образом.

Случайные вибрации, создаваемые на столе вибростенда 1, вызывают в испытуемом изделии 4 вынужденные случайные колебания. С помощью тензодатчиков 5 и тензоизмерительной аппаратуры 6 деформации изделия преобразуются в электрический сигнал, повторяющий закон изменения деформаций в изделии и пропорциональный им. С выхода тензоизмерительной аппаратуры сигнал поступает на вольтметр 7 для измерения среднего квадратического значения и на вход блока измерения параметров, определяющих структуру процесса 8. В блоке 8 сигнал поступает на фильтр низкой частоты 9 для подавления помех. Отфильтрованный сигнал поступает на вход дифференциатора 10 и вход нуль-органа 11. После дифференцирования сигнал поступает на вход нуль-органа 12. На выходе нуль-органов вырабатываются логические уровни, соответствующие результату сравнения входных сигналов с опорным уровнем, в данном случае - нулевым напряжением. Известно, что производная функции принимает нулевые значения в точках, где исходная функция имела экстремумы. Таким образом, на выходе нуль-органа 12 вырабатываются перепады напряжения в моменты, когда производная принимает нулевые значения, а входной сигнал имел экстремумы, на выходе нуль-органа 11 - в моменты, когда исходный сигнал принимает нулевые значения. Счетчик 13 подсчитывает "нули", а счетчик 14 - экстремумы процесса нагружения. Таймер 15 задает длительность периода обработки процесса нагружения, по окончании которого закрывает входы нуль-органов и подсчет "нулей" и экстремумов заканчивается.

Устройство для испытаний изделий на вибропрочность выполнено с применением следующих блоков. Аппаратура для формирования спектра случайного вибропроцесса типа СВП-3ПМ-М, вибростенд электродинамический типа УВЭ-5/10000, в качестве тензодатчиков использованы тензорезисторы типа 2ФКПА-3-100в, тензоизмерительная аппаратура типа ТОПАЗ-3, вольтметр - В7-27, частотомеры Ч3-34. Блок измерения параметров, определяющих структуру процесса, построен на известных устройствах, с применением микросхем 1100СК2, 153УД2, 521СА3.

Сущность: устройство содержит аппаратуру 1 для формирования спектра случайного вибропроцесса, подключенный к ней вибростенд 2 с приспособлением 3 для закрепления испытуемого изделия 4, устанавливаемые на изделии тензодатчики 5, тензоизмерительную аппаратуру 6 и подключенный к выходу последней блок 8 измерения параметров, определяющих структуру вибропроцесса. Измеряемыми параметрами являются число экстремумов и число пересечений среднего уровня (число "нулей"). Блок 8 включает входной фильтр 9, подключенный к его выходу дифференциатор 10, два нуль - органа 11 и 12, сигнальный вход первого из которых подключен к выходу фильтра, а второго - к выходу дифференциатора, счетчики 13 и 14, подключенные к выходам нуль - органов 11 и 12 соответственно, и таймер 15, подключенный к управляющим входам нуль - органов. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ВИБРОПРОЧНОСТЬ, содержащее аппаратуру для формирования спектра случайного вибропроцесса, подключенный к ней вибростенд с установленным на его столе приспособлением для закрепления испытуемого изделия, устанавливаемые на изделии тензодатчики, подключенные к входу тензоизмерительной аппаратуры, и подключенный к выходу последней блок измерения параметров, определяющих структуру вибропроцесса, отличающееся тем, что упомянутый блок включает входной фильтр низкой частоты, подключенный к его выходу дифференциатор, два нуль-органа, сигнальный вход одного из которых подключен к выходу входного фильтра, а другого - к выходу дифференциатора, счетчики, подключенные к выходами нуль-органов, и таймер, выход которого подключен к управляющим входам нуль-органов.