Способ испытаний однотипных технических систем на долговечность Советский патент 1991 года по МПК G01M17/00 

(21)4668215/11

(22)23.01.89

(46) 28.02.91. Бюл. № 8

(72) В.П.Панов и М.И.Иващенко

(53)629.113(088.8)

(56)Испытания авиационных двигателей. Межвузовский научный сборник, УАИ, Уфа, вып.4, 1976, с.47, 48.

(54)СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ОДНОТИПНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

(57)Изобретение относится к технике ускоренных испытаний различных систем, например аппаратуры, механических устройств и т.д. Цель изобретения - увеличение достоверности и информативности определения эксплуатационной долговечности систем с большим ресурсом, повышение точности и сокращение времени испытаний. Способ основан на нагру- жении системы в циклах длительностью

С, путем воздействия на нее внешним объектом по заданной программе, близкой к типовой эксплуатационной. В способе дополнительно нагружают i-тую систему в циклах длительностью Јг :Ј, воздействуя на нее внешним объектом по заданной программе с величиной воздействия, в 2-10 раз превышающей величину воздействия по программе, близкой к типовой эксплуатационной. При этом произвольно чередуют сериями на- гружения в циклах длительностью Ј( и Cg, вплоть до достижения системой-предельного состояния с устранимой потерей работоспособности. Испытуемую систему нагружают в циклах длительностью

Ј Ч

i

в течение полного времени Т, и измеряют полное время Т , затраченное на нагружение системы циклами длительностью С4. Такие же действия произвот дят над j-й системой, причем выбирают

J

Ј Т. и определяют для всей совокупности испытуемых систем долговечность работы системы по типовой эксплуатационной программе по соотношениям . 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

а Ј

(Л

Изобретение относится к технике, связанной с испытанием технических систем, а именно к способам их ускоренных испытаний, и может быть использовано, например, при испытаниях механических и других устройств, аппаратуры.

Цель изобретения- - увеличение достоверности и информативности определения эксплуатационной долговечности систем с большим ресурсом, повышение

точности и сокращение времени испытаний.

На фиг.1 изображен стенд для испытаний велосипедов; на фиг.2 - циклограмма нагружения i-технической системы; на фиг.З - стенд для i-технической системы; на фиг.4 - вариант циклограммы нагружения для i-или j- технической системы; на фиг.З - другой вариант циклограммы нагружения для для №или j-технической системы..

зэ

W

00

4 С71

Сущность способа заключается в сле- дуюшем.

При испытании испытуемую систему сначала приводят из нерабочего состояния в рабочий режим, в котором ее натру жают в цикле длительностью Ј путем воз действия на систему внешним объективом . по заданной программе, близкой к типовой

эксплуатационной. После этого возвра- JO пытуемой системой работоспособности

щают систему в исходное нерабочее состояние, прекращая воздействие на нее внешним объектом.

или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям.

Испытуемую систему нагружают в циклах длительностью Ј. в течение полно- Затем повторяют нагружение системы 15 го времени Т1;. При этом период време- в циклах заданное число раз. Дополни- ни Т; может состоять как из одного,

так и из нескольких составляющих его промежутков времени, рассеянных произвольным образом в программе испытаний,

тельно к этому нагружают испытуемую систему в киклах длительностью с

(причем Јг $, ) путем воздействия на нее внешним объектом по заданной про- 20 . Также измеряют полное время Т ., затраченное на нагружение i-й испытуемой

л

грамме. Причем величина воздействия в 2-10 раз превышает величину воздействия по программе, близкой к типовой эксплуатационной. Нижняя граница указанного диапазона достаточна, чтобы 5 испытания были ускоренными. При превышении же верхней границы в ряде систем изменяется характер поврежденнос- ти (изменяются физические процессы,

9 -г-. Т;.; тДи-..-.1ч.тн- +

тЛ

системы циклами длительностью с2 Такие же действия производят над j-й испытуемой системой. При этом выбирают Tj не равным и определяют по всей совокупности испытуемых систем долговечность D работы системы по заданной типовой эксплуатационной программе из соотношения

D

N(N-1)

м-

г I л Ј-. Ј-.

tjfSj

1

-л

р ч N+ -J

4N(N-l)/2

5 (О

где NЈ 2 - число испытуемых систем, $ J номера испытуемых систем,

МN2-N-2

J1

Ег

находят из таблиц распределения Стьюдента по числу степеней свободы m (Nг- N - 2)/2 и двухстороннему доверительному интервалу УП. спыт;

При испытании возникают промежуточные состояния системы, при которых происходят устранимые в эксплуатации потеря системой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям. В этом случае при испы15е d.±6,

(2)

d

5

т:;

М-«

SP N(N-1)

| J

обусловливающие повреждаемость). При этом произвольно (как показано на фиг.2 в нескольких вариантах) чередуют сериями нагружения в циклах длительностью и и 2 , вплоть до достижения испытуемой системой предельного состояния, при котором происходят неустранимая в эксплуатации потеря исили неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям.

л

системы циклами длительностью с2 Такие же действия производят над j-й испытуемой системой. При этом выбирают Tj не равным и определяют по всей совокупности испытуемых систем долговечность D работы системы по заданной типовой эксплуатационной программе из соотношения

tjfSj

4N(N-l)/2

5 (О

Тци-i Тци-j TN-J

т v -i

- 1

1/2

на

тании измеряют полные времена Т-«, и Tjg, (), затраченные нагружение i-и и j-й систем циклами длительностью (,, и tg до промежуточных состояний и определяют по всей совокупности испытуемых систем часть эксплуатационной долговечности d§j до появления 1-го промежуточного сое- тояния з-й1испытуемой системы из соотношения (2) и соответствующих функций распределения по формуле (3)

еtysj

N(N-0/2

гК 4

Г2(Т5еГ 3 | Nz- N- 2

s 1,...,N,

5

NH

1631

Tu-;- TN+t-j

.

j-i

где

P

(d+g)

Јd/Јt - для среднего квад- ратического значе- ,/v-, ння d5g; J - для верхнего значения доверительного интервала знамения

5С

Г(й-5) япя нижнего значения доверительного интервала значения

d5& М - число тестовых цик

лов, исчерпывающих ресурс, Длительностью €,j Ј I означает целую

часть числа, n k порядковый номер циклов длительностью QЈ.

При получении статических выражений использованы понятия теории ошибок наблюдений. Использованы также предложения о линейном суммировании повреждений и о близости ресурсов однотипных технических изготовленных систем. Типовые циклы длительностью Ј, должны быть близкими между собой по характеру повреждаемости, но могу отличаться интенсивностью повреждаемости. Предлагаемый способ испытания и его статическая обработка эквивалентны как бы существенному увеличению числа испытуемых систем (для N испытуемых систем обработка ведется по N(N-l)/2 результатам испытаний).

Поэтому статистическая обоснованность получаемых результатов являетс белее достоверной при меньшем, чем обычно количестве испытуемых систем. При этом увеличение числа испытуемых систем увеличивает точность, а в известных способах увеличение числа испытуемых систем не приводит к увеличению точности, так как в них вносится заранее систематическая ошибка, связанная с установлением эквивалентного времени до испытаний, и она не устраняется увеличением числа испытуемых систем. По оценкам точность можно повысить не менее, чем на 30%.

31345

NN(N-1)

Тц-,- V

,- грП

1 II 1Д.-L« I

InII

, -H-J

r

(3)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Точность известных способов определяется не только выбором тестового цикла (с повышенным нагружением), близкого по повреждаемости к эксплуатационному, но и установлением эквивалента между ними.

Наибольшую ошибку в известных способах ускоренных эквивалентных испытаниях вносит неопределенность в значении эквивалентного времени, соответствующего такому же исчерпанию долговечности в условиях эксплуатации, как и в одном тестовом цикле. Умножаясь по числу тестовых циклов в испытании, эта неопределенность дает большую ошибку в определении ресурса и других характеристик системы.

В данном способе не требуется установление заранее значения указанного эквивалентного времени. Поэтому связанная с ним ошибка не возникает и искомые параметры определяются в самом процессе испытаний без привлечения дополнительной информации, которая может вносить ошибку. Благодаря этому повышается точность, увеличиваются достоверность и информативность определения эксплуатационной долговечности систем (последнее - вследствие определения функций распределения и доверительных интервалов).

По данному способу в результате испытаний устанавливается эквивалентность между двумя различными программами испытаний, близкими по повреждаемости, но различающимися по интенсивности нагружения, и результаты испытаний по одной программе могут быть представлены в результатах испытаний . по другой программе. При этом использование в одной из программ циклов с повышенными нагрузками сокращает сроки испытаний.

Способ реализуется на примере испытания велосипедов следующим образом.

На испытательном стенде велосипеды нагружают в циклах заданной длительностью, воздействуя на них (на педали, колеса) внешним объектом и создавая режимы, близкие к нормальным эксплуатационным на обычной дороге. Дополнительно к этому на них воздействуют в циклах существенно большими нагрузками, соответствующими экстремальным условиям эксплуатации и даже выше. При этом нагружения в циклах произвольно чередуют,, вплоть до неустранимой или устранимой поломки, измеряют полные времена, затраченные на нагружения в циклах обоих видов, и по JQ всей совокупности велосипедов определяют их долговечности работы и другие характеристики по соотношениям (1-3).

На стенде для испытания на усталостную прочность (фиг,1) на платфор- ме 1 установлен на катках 2 велосипед с нагрузкой 3. Платформа 1 приводится в колебательное движение вибратором 4, привод которого управляется блоком 5 управления, соединенным функционально но с задатчиком 6 циклограммы испытания. В испытаниях имитируют нагружен- ность для различных дорог, характеризуемую коэффициентом нагруженности, равным отношению нагрузок на объект данном режиме работы при езде по междугороднему шоссе, определяемому, например, микропрофилем дороги (величины коэффифиента находятся в диапазоне 1-7). Соответственно, на стенде за- 30 датчиком 6 циклограмм испытаний через блок 5 управления задают амплитуды и частоты колебаний платформы 1 вибратором 4, соответствующие коэффи16313458

ристик испытуемой системы; сокращает сроки ресурсных испытаний при фиксированной точности; повышает информативность и экономичность испытаний; относительно прост в реализации; применим для систем из различных областей техники, увеличение числа испытуемых систем повышает достоверность определения долговечности.

формула изобретения

циентам нагрузки, и прокручивают нагруженный велосипед.

При испытаниях велосипед нагружают в циклах -продолжительностью несколько часов (), соответствующих езде по хорошей дороге с умеренной нагрузкой с коэффициентами нагруженности 1-1,3, и в циклах с коэффициентом нагружек- ности около 7, но меньшей продолжительностью. Циклы чередуют произвольным образом, вплоть до достижения в эксплуатации потеря испытуемой систедельяого состояния (поломок). Измеряют полные времена наработки при обоих указанных циклах. Затем такие же испытания проводят на несколько велосипедах и по всей совокупности испыта1 ний определяют по формулам (1-3) характеристики велосипедов. Аппаратура используется штатная, как и на аналогичных стендах, применяемых в других отраслях машиностроения.

Данный способ имеет следующие преимущества по сравнению с известными: повышает точность и достоверность определения ресурса и других характе50

мой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям, причем испытуемую систему нагружают в

в течение пол полное

Ъ

циклах длительностью . него времени Т1, и измеряют

55

|. время Т., затраченное на нагружение

i-й испытуемой системы циклами длительностью с 2., такие же действия производят над j-й испытуемой системой, выбирая Т -. - Т | и определяют по всей совокупности испытуемых систем долговечность работы системы по заданной типовой эксплуатационной программе из соотношения

формула изобретения

о 5 0

5

0

ми

А И

нагружения

и -g, вплоть до достижения испытуемой системой предельного состояния, при котором происходят не устраняемые

0

мой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям, причем испытуемую систему нагружают в

в течение пол полное

Ъ

циклах длительностью . него времени Т1, и измеряют

5

|. время Т., затраченное на нагружение

i-й испытуемой системы циклами длительностью с 2., такие же действия производят над j-й испытуемой системой, выбирая Т -. - Т | и определяют по всей совокупности испытуемых систем долговечность работы системы по заданной типовой эксплуатационной программе из соотношения

N-i

Л .

D

г IitdJto:i:..T, Tfl--i + №&

-jN(N-l)/2

n)

NObTT | тЈ - т Vj

i

где - число испытуемых систем;i, j - номера испытуемых систем;

, .Г iЈ4r(tia. - li,.-; nf-.-f|

S - 2-4 Tjj.,- - TJ-i J

У

находят из таблиц для распределения Стъюдента по числу степеней свободы ra(N -N-2)/2 и двухстороннему доверительному интервалу If a

rje dfj)

затраченные на каи Tje

гружение i и j испытуемых систем циклами длительностью и Ј4 Д° промежуточных состояний системы, при котоds 1 , . .. ,N,

,и функции распределения появления 4Q вечнос-ци до этого состояния для всей 1-го промежуточного состояния и зна- совокупности испытуемых систем из со- чений части эксплуатационной долго- отношения

J- | , ЛЛ М

fp- /2rz: K,

гдеГ d/t, - П1П среднего квадра- здесь f означает испух, часть

iтического значения IР sxRd+Ј) для верхнего значения 50

jдоверительного интер4 - -i U J

Р П для р nk К

Для Р пк

М - число циклов дл ностью Јfct исчер ющих ресурс,

Iвала значения aSЈ,

(l(d-f)/, j - для нижнего значения доверительного интервала значения dsg;

Л .

--i

№&

-jN(N-l)/2

n)

рых происходят устранимые в эксплуатации потеря системой работоспособности или неудовлетворение предъявляемым к ней требованиям, и определяют по всей совокупности испытуемых систем часть эксплуатационной долговечности до появления 1-го промежуточного состояния s-й испытуемой системы из соотношения

lge

Ј -С,

2 j i TJ.i-Tu4M/|f . v i ) -- Z . т. - Т I

и / IN-H-J J

есь f означает испух, часть

U J

Р П для р nk fo К

числа,

Для Р пк

М - число циклов длительностью Јfct исчерпывающих ресурс,

п - порядковый номер циклов длительностью /////////////JV////////////S

4 Фиг. 1

I-rf

Фцг. 2

Л Пллл/wv

Фиг.з

/VVVVW Л/TlлЛЛAЛЛлЛГWvl

Фиг Л

АЛПлЛЛлЛГилЛПлЛЛЛЛА

Фиг. 5