СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ НА ВИБРАЦИОННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОБОРУДОВАНИЯ, СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ И КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к способу вибрационных испытаний и может быть использовано при вибрационных испытаниях как оборудования, составных частей, так и космического аппарата в целом для повышения надежности и качества проведения вибрационных испытаний с экономией времени испытаний.

В настоящее время известны различные способы вибрационных испытаний, широко представленные в научно-технической литературе (Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./ Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.).- М.: Машиностроение, 1981, - Т. 5. Измерения и испытания. - Под ред. М.Д. Генкина. 1981. - 496с.), так, например, вибрационные испытания по методу качающейся частоты при испытаниях на гармоническую вибрацию, когда частоту вибрации плавно изменяют в определенном заданном диапазоне частот от нижней границы частоты к верхней и обратно при постоянных заданных параметрах вибрации в течение определенного времени. Или испытания на широкополосную случайную вибрацию, когда испытания проводятся на заранее заданных нормированных режимах.

Несмотря на то, что для упомянутых выше способов имеется возможность автоматического прохождения частотного диапазона и автоматического регулирования уровня заданных параметров вибрации, при проведении испытаний требуются специальные способы компенсации изменений передаточной функции при изменении частоты и нагрузок, что существенно усложняет задачу воспроизведения заданных параметров вибрации при испытаниях в широком диапазоне частот и является существенным недостатком этих способов.

Наиболее близким к заявленному является способ испытаний оборудования космических аппаратов на вибрационные воздействия (патент РФ №2476845), заключающийся в предварительном определении собственных частот аппаратуры и нагружении заранее заданным нормированным воздействием с последующей корректировкой задающего воздействия из условия непревышения допустимых режимов нагружения аппаратуры по уровню ускорения.

Недостатком такого способа испытаний является то, что при испытаниях достаточно большого ряда приборов и аппаратуры контрольные датчики могут быть установлены только с наружи приборов, аппаратуры (ввиду отсутствия места под датчик внутри прибора) и не могут быть установлены в точках с максимальными откликами, а также не проводится контроль нагружения реализующихся в интерфейсе усилий с помощью датчиков сил.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволит более качественно проводить испытания и исключить завышенное нагружение объекта испытаний.

Указанная проблема решается за счет того, что заявляемый способ испытаний учитывает комплексный подход к анализу динамического поведения оборудования или изделия в целом в режиме реального времени и является расчетно-экспериментальным, основан на моделировании прогноза поведения оборудования или изделия в целом, при этом необходимо учитывать, что по результатам верифицированного конечно-элементного моделирования и испытаний на низком уровне в интерфейсе оборудования, с учетом коэффициентов передачи оценивают нагружение оборудования в точках его крепления по датчикам силы, сравнивают их с допустимыми интерфейсными силовыми факторами, полученными расчетным путем, и при превышении допустимых уровней последовательно проводят корректировку входного воздействия в направлении нагружения по формуле:

,

где:

A_i(f_pi) - режим нагружения оборудования, сформированный для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z;

F_допуск - допустимое значение силового фактора, полученное расчетным путем от воздействия квазистатических ускорений, определенных для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z;

F_i(f_pi) - значение силового фактора, зарегистрированного при испытаниях на резонансной частоте f_pi;

f_pi - значение (резонансной) частоты в i частотном диапазоне с максимальной величиной отклика для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z;

А_норм - режим нагружения оборудования нормированный по техническому заданию в интерфейсе оборудования, для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z; (виброускорение для гармонической вибрации или спектральная плотность ускорения для случайной вибрации).

Затем проводят вибрационные испытания оборудования на сформированных режимах в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Заявляемый способ испытаний учитывает комплексный подход к анализу динамического поведения оборудования или изделия в целом в режиме реального времени и является расчетно-экспериментальным, основан на моделировании прогноза поведения оборудования или изделия в целом, что позволяет быстро и качественно в режиме реального времени проводить вибрационные испытания и исключить чрезмерное нагружение оборудования вплоть до автоматического задания режима испытаний, при этом имеет возможность более точного задания допустимой вибрационной нагрузки.

Во время вибрационных отработочных (квалификационных) испытаний оборудования, в частности рефлекторов антенн, применялось ограничение вибрации по реакции в местах крепления по значениям силовых факторов в интерфейсе конструкции, при этом была обеспечена достаточная квалификация в отношении требований технических заданий.

На примере рефлектора (фиг. 1) продемонстрируем использование данного способа проведения виброиспытаний.

Во-первых, по конечно-элементной модели рефлектора (фиг. 2) получают огибающую интерфейсных сил на основе квазистатического анализа от (проектных) предельных значений квазистатических ускорений по всем характерным случаям нагружения. Также на основе модального анализа получают прогнозируемые резонансные частоты рефлектора. Для проведения виброиспытаний в местах крепления рефлектора (интерфейсе) устанавливают датчики силы для получения интерфейсных сил во время испытаний и акселерометры для получения откликов ускорений на конструкции, включая интерфейсные точки. При проведении испытаний на низком уровне нагружения были получены реакции (силовые факторы) в интерфейсе конструкции рефлектора фиг. 3 и отклики ускорений в местах установки акселерометров. Затем, используя передаточные функции (коэффициенты передачи), строится прогноз зарегистрированных силовых факторов к допускаемым, в случае превышения допускаемых сил проводится корректировка режима нагружения (фиг. 4), при этом входной уровень нагружения с учетом корректировки по реакции (силовым факторам) имеет следующий вид, приведенный на фиг. 5, что обеспечивает нагружение рефлектора без превышения допустимых уровней. При этом обеспечивается достаточная квалификация оборудования, а виброиспытания проводятся качественно в сжатые сроки, и исключается чрезмерное нагружение оборудования.

Изобретение относится к способу вибрационных испытаний и может быть использовано при вибрационных испытаниях как оборудования, составных частей, так и космического аппарата в целом для повышения надежности и качества проведения вибрационных испытаний с экономией времени испытаний. По результатам верифицированного конечно-элементного моделирования и испытаний на низком уровне в интерфейсе оборудования, с учетом коэффициентов передачи, оценивают нагружение оборудования в точках его крепления по датчикам силы, сравнивают их с допустимыми интерфейсными силовыми факторами, полученными расчетным путем, и при превышении допустимых уровней последовательно проводят корректировку входного воздействия в направлении нагружения по формуле. Затем проводят вибрационные испытания оборудования на сформированных режимах в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений. Технический результат заключается в возможности более качественно проводить испытания и исключать завышенное нагружение объекта испытаний. 5 ил.

Способ испытаний на вибрационные воздействия оборудования, составных частей и космических аппаратов, заключающийся в предварительном экспериментальном определении собственных частот колебаний и последующем нагружении заранее заданным нормированным воздействием, отличающийся тем, что по результатам верифицированного конечно-элементного моделирования и испытаний на низком уровне в интерфейсе оборудования, с учетом коэффициентов передачи, оценивают нагружение оборудования в точках его крепления по датчикам силы, сравнивают их с допустимыми интерфейсными силовыми факторами, полученными расчетным путем, и при превышении допустимых уровней последовательно проводят корректировку входного воздействия в направлении нагружения по формуле:

,

где:

A_i(f_рi) – режим нагружения оборудования, сформированный для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z;

F_допуск – допустимое значение силового фактора, полученное расчетным путем от воздействия квазистатических ускорений, определенных для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z;

F_i(f_рi) – значение силового фактора, зарегистрированного при испытаниях на резонансной частоте f_рi;

f_рi – значение резонансной частоты в i-частотном диапазоне с максимальной величиной отклика для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z;

A_норм – режим нагружения оборудования нормированный по техническому заданию в интерфейсе оборудования, для каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений x, y, z; виброускорение для гармонической вибрации или спектральная плотность ускорения для случайной вибрации; затем проводят вибрационные испытания оборудования на сформированных режимах в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений.