Способ определения характеристик виброизоляции многоканальной динамической системы Советский патент 1992 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к приборной и агрегатостроительной промышленности, устанавливает способ экспериментального определения, прежде всего, в эксплуатационных условиях, характеристик виброизоляции многоканальных динамических систем, подверженных случайным вибрационным нагрузкам, приложенным в опорных узлах упругого крепления.

Динамическая система рассматривается как сложная пространственно ориентированная механическая конструкция, состоящая из упругодемпфирующих элементов, а входная вибрационная нагрузка - как многомерный колебательный процесс, обладающий в частотной области попарной и групповой когерентными связями.

Известен способ.в котором амплитудно- частотная характеристика виброизоляции представляется в форме интервальной оценки с предельными границами. При этом верхняя граница находится путем отношения энергетического спектра на выходе к энергетическому спектру на входе, функция когерентности которого максимальна с выходной реакцией. Нижняя граница формируется как отношение энергетического спектра на выходе к среднему энергетическому спектру, образованному их спектров входных вибровоздействий.

Рассматриваемый способ обладает ог- раниченнойобластью применения: в основу заложены требования к тому, что входные вибровоздействия попарно некогерентны,

VJ VI

О

чэ

Os

00

т.е. являются независимыми случайными процессами; при натурных испытаниях эти условия не выполняются, поэтому применение этого метода обусловлено рамками только лабораторных испытаний; структура нижней границы интервальной оценки относится к такой конструкции динамической системы, когда по отношению к выходу она обладает практически мало встречающейся механической симметрией.

Действительно, в аналоге принято решение

Wyy(«) Ј |HK(j.u)l2Wkk(6y),

где Wyy (o) - энергетический спектр на выходе;

Wkk(o)- энергетические спектры входных вибровоздействий;

I Hk (1, ft)l - частные характеристики виброизоляции системы между К-ой точкой входа и точкой выхода, где регистрируется сигнал Y(t).

В силу механической симметрии системы считается

IHkQ.u)) |H0(i,ft))l ; . Тогда принимается решение по аналогу

аналоге максимальном уроане функции когерентности, а отношение

Муу /ЛЛ/УпУр становится предельной верхней границей интервальной оценки вибро- изоляции. Возможность такой трактовки допускается только при условии, когда уровень WKK(UJ) является минимальным из всего набора К 1 -п.

Таким образом, решение по аналогу яв0

5

0

5

0

ляется настолько ограниченным, что оно практически пригодно только для лабораторных испытаний симметричных конструкций многоканальных динамических систем. Наиболее близким к изобретению является техническое решение, в котором многодвигательная силовая установка рассматривается как сложная многоканальная динамическая система с независимыми в статистическом смысле источниками вибровозбуждений, возникающих в конструкциях двигателей (в подшипниковых опорах вращающихся элементов, агрегатов). Реакция системы измеряется в точках фюзеляжа, в частности, в местах крепления упругой подвески. Решение задачи сводится к нахождению полной характеристики виброизоляции системы по формуле

П2

-sr ч V Чу.у(и)-соЪ,г (со)

я (&) - L-,--г-.

к /V/KK(c)

Использование: техника виброиспытаний динамических систем. Сущность: исследуемую систему возбу. чдают одновременно по всем входам вибровоздействиями, соответствующими натурным, и измеряют виб- ровоздейсгвия Xn(t)n реакцию системы Y(t). Определяют функции множественной когерентности между реакцией и всеми входными вибровоздействиями, а также между реакцией и входными вибровоздействиями Xnj(t) по всем входам, кроме j-ro, и между вибровоздействием Xj(t) по каждому входу с остальными вибровоздействиями. По указанным функциям и энергетическим спектрам Wyy и Wxjxj реакции системы и входных вибровоздействий рассчитывают полную характеристику виброизоляции. Изобретение позволяет повысить точность за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий. 5 ил.

- Wyy(G) Гп iHoQ.ft/M2 x t | Wkk H n t Ho (j , ft)l2 W) .

X

Верхняя граница интервальной оценки создается из принятого условия независимых вибровоздействий

УУ (а)) con2 k (w) I Hk (, w) 12 Wkk (w) . .

W

Полная характеристика виброизоляции, как известно, равная

)2

л -

принимает видп г

.г ... ,ЛЛ у cohyK((J) f«) Wyy (-.) TJJ-

) Wyyfr ™(U))- Wa«,f«

Опорный спектр Л/Шр приобретает минимальное значение при оговоренном в

5

т.е. определяют входные автономные энергетические спектры WKK( at) силовых вибро- нагружений, когерентные энергетические спектры WYY(W)- cohvK2(ft), К ГгГна выходе, строят отношения указанных спектров выхода и входов, а затем по сумме этих отношений формируют квадрат полной характеристики виброизоляции динамической системы.

Техническое решение по прототипу пригодно в тех задачах, когда выявлены по физическим соображениям независимые источники вибровозбуждений. В тех случаях, когда вибронагрузки многомерного входного процесса обладают попарной и групповой когерентностью, описываемый метод может привести к несостоятельным

5

0

5

выводам о точности определения характеристики виброизоляции из-за того, что способ не учитывает взаимовлияние входных аибровоздействий.

Целью изобретения является повышение точности определения характеристики виброизоляции за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий.

Способ может быть использован преимущественно для определения резонансных свойств динамической системы в любой доступной точке внутриблочной конструкции и, таким образом - для выявления резо- нансныхвибронагружений на

комплектующие изделия, в том числе на на- иболее уязвимые к механическим воздейст- виям. Этим обеспечивается надежное прогнозирование усталостной безотказности системы в ожидаемых условиях вибро- нагружения при эксплуатации на объекте.

Сущность способа состоит в том, что для определения характеристик виброизоляций многоканальной динамической системы, возбуждают систему одновременно по всем входам вибровоздействиями, соот- ветствующими натурным, измеряют входные вибровоздействия, реакцию системы, определяют функцию множественной когерентности вибровоздействий Xn(t) по всем п входам с реакцией Y(t), возникающей в лю- бой точке внутриблочной конструкции системы, обеспечивают определение полной характеристики виброизоляции суммированием отношений когерентных энергетических спектров реакции системы Y(t) к когерентным энергетическим спектрам входных вибровоздействий Xn(t). При этом поставленная цель достигается тем, что до-. полнительно определяют частотные функции множественной кЬгерентности вибровоздействий Xnv(t) по всем входам, кроме К-ro, с реакцией и вибровоздействия Xk(t) по k-му входу, а полную характеристику виброизоляции для многоканальной динамической системы определяют как

i УМ-Ј. И Ј ,,

40 -, )

В этой связи сущность изобретения и его отличительные от прототипа признаки заключаются в следующем: выявляется спектральная динамика сложной упругой системы с многомерным вибровоздействием на входе путем определения полной частотной характеристики виброизоляции конструкции с учетом когерентных связей входных вибронагрузок и когерентных связей реакции на выходе с мноюмерными вибронагрузками на входе: выделения входных вибронагрузок по каналам, очищенных от влияния смежных входных вибропроцессов, действующих по остальным каналам системы; фильтрации выходной реакции от

неучтенных возмущений и разделения ее на составляющие, обусловленные только входными вибровоздействиями, очищенными от посторонних вибропроцессов на входе.

Полная характеристика виброизоляции # (со)слагается из отношений по каждому из каналов системы когерентного энергетического спектра выхода fyyk (ftj) к когерентному энергетическому спектру входа

xkxk

(со).

Когерентный спектр выхода, соответствующего К-му каналу системы, К 1 п, строится с учетом когерентных связей выходной реакции Y(t) с многомерными вибропроцессами на входе Xn(t) и XnK(t), т.е.

fyyk («) Wyy (ft;) x

cohVxn И - Н

Когерентный спектр входа, ссответству- ющий К-му каналу системы (К 1 п), строится с учетом когерентных связей К-ой вибронагрузки Хк(х) с остальными вибровоздействиями XnK(t), т.е.

F k xk Н W xk xk И 1 - coh2xk nk (ft;)

Затем находят полную характеристику виброизоляции для многоканальной динамической системы по формуле:

, V/,

, /fK,,„/,„« - J

Функция когерентности cohVxn (w) Ус танавливающая полную когерентную связь между реакцией Y(t) и многомерным входом Xn(t), является в предложенном способе количественной мерой для оценивания и контроQ ля качества выбранной колебательной модели, имитирующей динамическую систему с точки зрения полноты ее охвата входными канальными вибронагрузками.

На фиг.1 представлена модель многока5 нальной динамической системы прототипа: на фиг.2 - условная схема упругодеформи- рующих связей в виде сплошных и пунктирных линий предлагаемого способа; на фиг.З, 4 - экспериментальные графики полной амплитудно-частотной характеристики виброизоляции /C(wj для первой и второй точек, выбранных на модели YI и YZ; на фиг.5 - график полной функции когерентности для точки Y.

Предлагаемый способ содержи следующие операции.

На входах динамической системы с помощью бортовой многоканальной виброизмерительной аппаратуры одновременно регистрируются вибронагрузки xi(t), X2(t),... xn(t).

На выходе системы в темпе времени с входными вибропроцессами регистрируется вибронагрузка Y(t), приложенная к комплектующему элементу или конструктивному узлу системы.

С помощью спектроанализаторов находятся автономные и взаимные энергетические спектры входных и выходных вибронагрузок

WYY(ш) WYY; WXlcxk (т) WKK; К ТгГ; Л/ук(о) WYK; WIK( ш) WIK: i. К Tn; i К.

Определяются с привлечением средств вычислительной техники функции множественнойкогерентности

И - colrV/fcnk И , coh2x nk (о) с применением алгоритмов

cofcJ MW.

со. ( 1

- WK

Формируются когерентные энергетические спектры выхода по каждому из К-ых каналов

4Vyk(ft)

Wyy H (ft)) - H

Формируются когерентные энергетические спектры вибровоздействий по каждому из входных каналов

с )-Fx XK(WKK(.«) кх

Строятся частные отношения для каждого из каналов

H,c,« i -$f$: -T7;.

Комплектуется полная характеристика виброизоляции для динамической системы как

Ј

К-1

|НК()|

Контролируется по функции cohv/kp ( полнота принятой модели динамической системы с точки зрения учета - входных вибровоздействий.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Летным испытаниям подвергалась серия крупногабаритных и большегрузных динамических с-истем, предназначенных для

виброизоляции блоков бортового оборудования осуществляющего аэрофотосъемку местности. Одна из этих систем была установлена на четырех упругих опорах из штатных амортизаторов. В момент

вибровозбуждений одновременно регистрировали входные вибровоздействия на 4-х точках в местах крепления амортизаторов и реакцию системы в точках 1, 2 (в местах, где узлы крепления наиболее уязвимы к механическим нагрузкам элементов), фиг.2.

Затем определяют функции множественной когерентности на входе и выходе системы для каждого канала по всем четырем входам согласно представленным формулам

cohVkn И И Coh2xk4 nk И для YI и Y2 выхода и Xi(t), X2(t), X3(t), (t)

входов, где (a)) полная функция когерентности выхода ко всем входам, а когерентность cohVxnk (a) усеченная функция когерентности выхода ко входам без К-го канала.

Определяют когерентные спектры отмеченных входов и выходов по формулам для (w)n FKK (w).

Определяют полную характеристику виброизоляции 3t (отдельно для точек YI и Y2 суммированием отношений когерентного энергетического спектра реакции системы

WYY согЛ/Хр (w) - cohV$ nk H WKK - coh2xt/ nk ((о) - когерентному спектру входа, где п 4. а К 1,4; с помощью sCW) оцениваются виброзащитные свойства системы, в особенности, на ее резонансных частотах.

Контроль качества динамических свойств системы на резонансных частотах проводится с помощью полной функции когерентности, а именно: стремление функции когерентности к единице на резонансных частотах свидетельствуете достоверности динамической характеристики на-резонансных частотах. На фиг.З, 4 представлены экспериментальные графики полных амплитудно-частотных характеристик виброизоляции H i.U)) для первой и второй точек YI и Y2. На фиг.5 представлен графив полной функции когерентности для точки YI. В районе 25-30 Гц составляющих резонанс системы, как видно на фиг.5, эта функция приближается к единице, что и свидетельствует о дос i оверности системы.

износа оборудования при воздействии виб рации. На остальных частотах антирезонан сный износ не играет роли в образовани вибрационного ресурса изделия, и поэтом поведение полной функцией когерентност на этих частотах может не приниматься в внимание.

Формула изобретения

,.« Способ определения характерист виброизоляции многоканальной динамич ской системы, по которому возбуждают с стему одновременно по всем входа вибровоздействиями, соответствующим

,- натурным, измеряют входные вибровозде ствия, реакцию системы, определяют фун цию множественной когерентнос вибровоздействий Xn(t) по всем п входам реакцией Y(t), и полную характеристику ви

2р. роизоляции суммированием отношени энергетического спектра реакции систем WYY к энергетическим спектрам входны вибровоздействий WXjxj .отличающи с я тем, что, с целью повышения точнос

2с определения характеристики виброизол ции за счет учета взаимовлияния входны вибровоздействий, дополнительно опред ляют функции множественной когерентн сти вибровоздействий Xnj(t) по всем входа

2Q кроме j-ro. с реакцией и вибровоздействи Xj(t) по каждому входу с остальными вибр воздействиями Xnj(t), а полную характер стику виброизоляции определяют как

димо

Выявление резонансных частот необхо-uVn-F1 н-( f V wyyffJfc°fr4y/ r co) Vx,,-wJ

о для прогнозирования механического 35 р- fa w OTH-co /,,; mj -

68 Ю

износа оборудования при воздействии вибрации. На остальных частотах антирезонансный износ не играет роли в образовании вибрационного ресурса изделия, и поэтому поведение полной функцией когерентности на этих частотах может не приниматься во внимание.

Формула изобретения

,.« Способ определения характеристик виброизоляции многоканальной динамической системы, по которому возбуждают систему одновременно по всем входам вибровоздействиями, соответствующими

,- натурным, измеряют входные вибровоздействия, реакцию системы, определяют функцию множественной когерентности вибровоздействий Xn(t) по всем п входам с реакцией Y(t), и полную характеристику виб2р. роизоляции суммированием отношений энергетического спектра реакции системы WYY к энергетическим спектрам входных вибровоздействий WXjxj .отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности

2с определения характеристики виброизоляции за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий, дополнительно определяют функции множественной когерентности вибровоздействий Xnj(t) по всем входам,

2Q кроме j-ro. с реакцией и вибровоздействия Xj(t) по каждому входу с остальными вибровоздействиями Xnj(t), а полную характеристику виброизоляции определяют как

ZQ 40 60 60 ЮО f20 f4O fffff WO

t/OC/7 0/77ff/ГЦ I

Фиг.З

Фиц

20 40 60 во юо т т т т

Ч0С/ЯОЛ70 {ГЦ)

ФигЛ

О

го to so во юо ко т tso IBO

Частото(Гц ФигЗ

1779968