СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОМЕРНОЙ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ С МНОГОКАНАЛЬНЫМ ВХОДОМ Российский патент 1998 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к области измерений динамических параметров упругих систем со сложной конструкцией, имитируемой многомерными пространственно ориентированными колебательными моделями с многоканальным входом, подверженных воздействию случайных вибронагрузок, приложенных в опорных точках конструкции, и может быть использовано для определения в широкополосном диапазоне частот резонансных характеристик упругих систем с несимметрично размещаемыми во внутриблочных конструкциях элементами упругой подвески, упругой подвески многомоторной установки, распределенных несущих конструкций из упругих элементов, многоканальных систем групповой амортизации бортового оборудования. Область преимущественного использования изобретения - приборостроительная и агрегатостроительная промышленность, в частности при испытании изделий на разных стадиях их разработки на стойкость к широкополосным вибрационным нагрузкам. При оценке усталостной долговечности упругой системы как несущей конструкции решающую роль приобретает способ определения резонансной характеристики испытываемого изделия, так как механический износ деталей, узлов конструкции, кумулятивное накопление до излома предельных циклов вибронагружений в конструкционных материалах при воздействии вибронагрузок в значительной степени происходит на резонансных частотах.

Известен способ определения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) упругих систем с многоканальным входом, по которому модель реальной конструкции блока бортового оборудования (БО) многомерной колебательной упругой системы подвергают испытанию при гармонических вибронагрузках, сканируемых по частоте в широком диапазоне. Входную вибронагрузку регистрируют в условно выбранной (контрольной) точке на входе, а по отношению выходного сигнала внутриблочной конструкции к входному сигналу в контрольной точке определят резонансную характеристику [1].

Однако в действительности реакция упругой системы слагается из вкладов, вносимых вибронагрузками, распределенными по каналам. Система представлена одномерной моделью виброиспытаний, которая неадекватна реальной механической конструкции испытываемого блока БО, что снижает точность и достоверность определения резонансной характеристики.

Известен также способ определения АЧХ упругой системы с многоканальным входом, по которому вибронагрузки одновременно регистрируют на входах и выходе системы, вычисляют соответствующие энергетические спектры. В качестве опорного спектра на входе определяют усредненный спектр при воздействии широкополосных случайных вибронагрузок, измеренных по i входным каналам конструкции. АЧХ находят как отношение спектра на выходе к опорному усредненному спектру на входе [2].

Однако при определении АЧХ системы отсутствует операция контроля когерентности связи выхода и входа, при этом снижается достоверность определяемых АЧХ, особенно на резонансных частотах.

Наиболее близким к изобретению является способ определения амплитудно-частотной характеристики многомерной упругой системы с многоканальным входом, по которому систему возбуждают по нескольким входам случайными вибровоздействиями и одновременно измеряют виброускорения на этих входах и в заданной выходной точке системы, определяют их автономные энергетические спектры и одноканальные функции когерентности этих спектров, усредняют энергетические спектры входных виброускорений и по отношению энергетического спектра виброускорений в выходной точке к усредненному спектру определяют амплитудно-частотную характеристику системы [3].

Однако известный способ не предусматривает определение достоверности оценки АXЧ на критических частотах (резонансных и антирезонансных). При этом усредненный (опорный) энергетический спектр получают обычным способом усреднения без учета энергетического вклада, вносимого усредненным спектром в состав спектра на входе системы. Таким образом, указанный способ не обеспечивает определение амплитудно-частотных характеристик с заданной точностью и достоверностью.

Изобретение решает задачу повышения достоверности определения амплитудно-частотной характеристики многомерной упругой системы с многоканальным входом.

Это достигается согласно изобретению благодаря тому, что в способе определения амплитудно-частотной характеристики многомерной упругой системы с многоканальным входом, по которому систему возбуждают по нескольким входам случайными вибровоздействиями и одновременно измеряют виброускорения на этих входах и в заданной выходной точке системы, определяют их автономные энергетические спектры и одноканальные функции когерентности этих спектров, усредняют энергетические спектры входных виброускорений и по отношению энергетического спектра виброускорений в выходной точке к усредненному спектру определяют амплитудно-частотную характеристику системы, измерения производят поэтапно, с добавлением на каждом последующем этапе числа входов, по которым возбуждают систему, при этом на каждом этапе определяют суммарное значение одноканальных функций когерентности, сравнивают его с единицей и в случае превышения заданного допускаемого отклонения от единицы проводят следующий этап измерений, а в случае достижения заданного допускаемого отклонения определяют усредненный энергетический спектр по формуле

где - усредненный энергетический спектр входных виброускорений;
n - число входов системы, на которых производят измерения на последнем этапе;
coh²y/x_i(f) - одноканальная функция когерентности энергетических спектров на i-м входе и заданной выходной точке;
- энергетический спектр виброускорений на i-м входе.

На фиг. 1 представлены исследуемая многомерная упругая система с многоканальным входом; на фиг. 2 - график АЧХ системы в точке 5; на фиг. 3 - график суммарного значения одноканальных функций когерентности энергетических спектров виброускорений на входах и выходной точке системы.

Способ по изобретению осуществляют следующим образом.

Упругую систему 1 с многоканальным входом 2 возбуждают по нескольким q входам случайными вибровоздействиями, например, прикладываемыми в четырех опорных точках 3, передаваемыми различным звеньям системы через упругие связи 4 (например, кабельные подвески), при этом одновременно измеряют виброускорения x₁(t), x₂(t), x₃(t), x₄(t) по одной координатной оси в опорных точках, т. е. на входах системы, и виброускорения y₁(t) в заданной выходной точке 5 и определяют автономные энергетические спектры входных виброускорений и W_yy(f) виброускорений в выходной точке 5, а также одноканальные функции когерентности coh²y/x_i(f). Формируют усредненный энергетический спектр входных виброускорений по формуле

и определяют АЧХ системы из соотношения

По определенной таким образом АЧХ находят резонансные частоты системы.

Далее производят оценку достоверности АЧХ системы на резонансных частотах по критерию близости суммарного значения одноканальных функций когерентности к единице. Относительное смещение АЧХ δ[H²(f_p)] на резонансной частоте f_p определяют по соотношению

Если отклонение от единицы суммарного значения одноканальных функций когерентности больше заданного значения, то осуществляется следующий этап измерений, на котором добавляют число входов системы, по которым производят ее возбуждение. По результатам измерений, произведенных на следующем этапе, снова определяется смещение АЧХ системы. Если на каком-то этапе измерений с возбуждением системы по n входам достигается заданная степень близости суммарного значения одноканальных функций когерентности к единице, это свидетельствует о том, что АЧХ системы определена с заданной точностью.

Пример. Упругую систему на первом этапе возбуждали случайными вибровоздействиями по четырем входам в различных направлениях координат по линиям связи упругих кабельных соединений. Максимальное суммарное значение одноканальных функций когерентности, равное 0,8, оказалось на частоте f_p = 130 Гц, при которой значение АЧХ равно 1,8, при этом относительное смещение Δ АЧХ составило 0,2.

На втором этапе число "возбуждающих" входов увеличили до восьми. В результате максимальное суммарное значение одноканальных функций когерентности приблизилось к единице и составило 0,95 на частоте f_p = 140 Гц, а относительное смещение АЧХ снизилось до 0,05.

Результаты измерений приведены в таблице.

Источники информации
1. ГОСТ 28221-89. Основные методы испытания на внешние воздействия. Часть 2. Испытания широкополосной случайной вибрацией. - М.: изд. Комитета стандартов, 1989, с. 4.

2. МУ 1.1.236-01. Конструкция базовая, несущая третьего уровня бортовых авиационных радиоэлектронных средств. Экспериментальная оценка показателя эффективности виброзащитных свойств. - М.: Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации Министерства авиационной промышленности, 1992.

3. Авторское свидетельство СССР N 1067383, кл. G 01 M 7/02, 1984.

Сущность изобретения: для определения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) упругой системы с многоканальным входом ее одновременно возбуждают случайными вибровоздействиями по нескольким входам и измеряют виброускорения на этих входах и в заданной выходной точке. АЧХ определяют по отношению энергетического спектра виброускорений в выходной точке к усредненному энергетическому спектру входных виброускорений. Расчет производится с учетом одноканальных функций когерентности энергетических спектров на i-м входе и заданной выходной точке. Измерения производятся поэтапно. На каждом этапе определяют суммарное значение одноканальных функций когерентности. В случае если его отклонение от единицы превышает заданное допускаемое, на следующем этапе добавляют число входов, по которым возбуждают систему. Если на каком-то этапе измерений достигается заданная степень близости суммарного значения одноканальных функций когерентности к единице, это свидетельствует о том, что АЧХ определена с заданной точностью. 3 ил., 1 табл.

Способ определения амплитудно-частотной характеристики многомерной упругой системы с многоканальным входом, по которому систему возбуждают по нескольким входам случайными вибровоздействиями и одновременно измеряют виброускорения на этих входах и в заданной выходной точке системы, определяют их автономные энергетические спектры и одноканальные функции когерентности этих спектров, усредняют энергетические спектры входных виброускорений и по отношению энергетического спектра виброускорений в выходной точке к усредненному спектру определяют амплитудно-частотную характеристику системы, отличающийся тем, что измерения проводят поэтапно, с добавлением на каждом последующем этапе числа выходов, по которым возбуждают систему, при этом на каждом этапе определяют суммарное значение одноканальных функций когерентности, сравнивают его с единицей и в случае превышения заданного допускаемого отклонения от единицы проводят следующий этап измерений, а в случае достижения заданного допускаемого отклонения определяют усредненный энергетический спектр по формуле

где - усредненный энергетический спектр входных виброускорений;
n - число входов систем, на которых производят измерения на последнем этапе;
coh²y/x_i(f) - одноканальная функция когерентности энергетических спектров на i-м входе и заданной выходной точке;
- энергетический спектр виброускорений на i-м входе.