RU2019800C1

RU2019800C1 - Unit for vibration-survival testing of articles

Info

Publication number: RU2019800C1
Authority: RU
Inventors: С.Б. Лавринович; В.М. Сурин; В.Г. Назаренко; Б.С. Михалев
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: vibration-survival test equipment. SUBSTANCE: unit has equipment for forming spectrum of random process, vibration bed 2 connected to the equipment and made with contrivance 3 for fixing article 4 under test, strain gauges 5 mounted onto the article, strain gauge measuring equipment 6 and parameters measuring unit 8, connected to the output of equipment 6. The parameters define structure of the process. Number of extreme points and number of crossing of average level have to be parameters measured. Unit 8 has output filter 9, differentiator 10 connected to output of unit 9, two null detectors 11 and 12. Signal input of the first null detector is connected to output of filter, and signal input of the second one is connected with output of differentiator. Counters 13 and 14 are connected to outputs of null detectors 11 and 12 correspondingly. Timer 15 is connected to control inputs of null detectors 11 and 12. EFFECT: improved precision. 1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям изделий, в частности к устройствам для испытаний на вибропрочность при воздействии широкополосных случайных вибраций. The invention relates to mechanical testing of products, in particular to devices for testing vibration resistance when exposed to broadband random vibrations.

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.Under the influence of broadband random vibrations on the test product, the vibrational energy of the latter is distributed in a certain frequency band and the deformation process has a complex structure, i.e. the law of variation of such a load has the form of irregular cycles, when each load extreme corresponds to one intersection by the load of its average level (an example is a sinusoidal law of load change), and the form of different-frequency cycles with different amplitudes superimposed on each other. For such loading processes, the fatigue life of the product under test at the same load levels depends on its structure. The level of random influences is characterized by the mean square value <σ>, and the structure is characterized by the irregularity parameter ν. Parameters <σ> and ν fully characterize the damaging effect of random loads. According to GOST 23207-78, the value of the irregularity parameter ν is determined from the expression:
ν =

,
(1) where n _о is the number of intersections by the load of its average level, the number of "zeros";
n _e - the number of extremes of the load.

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. The results of vibration tests for broadband random vibrations are used to build mathematical models of the fatigue life of products as a function of the parameters of the random load - <σ> and ν. The known effect of a change in the reaction of the product during its loading with a constant level of influences supplied to the product. The reaction of the product may vary during the tests by 15 ... 60% of the initial value. Therefore, the measurement and control of reaction parameter values during testing can increase the reliability of the test results and the accuracy of the models obtained on their basis.

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. A device is known that contains apparatus for forming a spectrum of random exposure, a vibrostand connected to it with a fixture installed on its table for fastening the test product, strain gauges mounted on the product, connected to the input of strain gauge equipment, and connected to the output of the last recording equipment to obtain images of the loading process the tape, which visually counts the number of extrema and “zeros” of the process for calculating the value of the irregularity parameter.

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. The disadvantage of this device is the low reliability of the test results due to the limited duration of the recorded loading intervals, which reduces the accuracy of measuring the value of the irregularity parameter. In addition, obtaining and processing records requires a significant amount of time, which does not allow for constant measurement of a parameter during testing.

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. Closest to the invention in technical essence is a device containing apparatus for forming a spectrum of random exposure, a vibrostand connected to it with a fixture mounted on its table for fastening the test product, strain gauges installed on the product, connected to the input of the strain gauge equipment, and connected to the output of the last unit measuring parameters that determine the structure of the process, containing an analog-to-code converter and a computer.

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. The disadvantage of this device is the low reliability of the test results due to the fact that measurements of the value of the irregularity parameter during the tests are not taken into account, and its value is averaged over the test time. The accuracy and time of measuring the irregularity parameter depend on the quality of the computer used for this. In addition, the device is notable for its complexity and high cost, it requires special training of maintenance personnel.

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.The aim of the invention is to increase the reliability of the results of vibration tests with broadband random vibrations due to the fact that the measurement of the irregularity parameter is carried out directly directly during the tests with an optimal measurement period. Reducing the measurement period is limited by accuracy requirements. Upon termination of the processing of the loading process, an “excess” or “lack” of extrema may occur in comparison with the number of “zeros”. This will lead to an error, which will be determined by the number of extrema enclosed between two consecutive "zeros" of the load and the total number of processed extrema. For real processes, the values of the irregularity parameter are within ν = 0.25. .1. For the most broadband processes (ν = 0.25), the number of extrema between adjacent “load zeros” is on average 4. Taking into account the random spread, we can assume that this number ranges from 1 to 8. To achieve an accuracy of measurement of the irregularity parameter, 1% must be processed no less than 800 extremes. The minimum measurement time of the irregularity parameter in this case is:
Δt =

(2) where f _max is the upper limit of the frequency range of random vibrations.

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. The essence of the invention lies in the fact that the selection of extrema and "zeros" of the loading process is carried out without converting it into codes and subsequent processing. The device realizes the selection and calculation of extrema and "zeros" directly during testing for a given period of time.

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. The device is shown in the drawing and contains equipment for forming the spectrum of a random vibration process 1, a vibration stand 2, a device 3 for fixing the test product 4, mounted on the product of the strain gauge 5, strain gauge equipment 6, voltmeter 7, a unit for measuring parameters determining the structure of the process 8, consisting of a filter low frequency 9, differentiator 10, two null organs 11 and 12, two counters 13 and 14 and a timer 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. Random vibrations created on the table of the vibrating stand 1 cause forced random vibrations in the test product 4. Using strain gauges 5 and strain gauge equipment 6, the deformations of the product are converted into an electrical signal that repeats the law of change in the deformation in the product and is proportional to them. From the output of the strain gauge equipment, the signal is fed to a voltmeter 7 for measuring the mean square value and to the input of the unit for measuring parameters that determine the structure of process 8. In block 8, the signal is fed to a low-pass filter 9 to suppress interference. The filtered signal goes to the input of the differentiator 10 and the input of the zero-organ 11. After differentiation, the signal goes to the input of the zero-organ 12. At the output of the zero-organs, logical levels are generated that correspond to the result of comparing the input signals with the reference level, in this case, zero voltage. It is known that the derivative of the function takes zero values at the points where the original function had extremes. Thus, at the output of the null-organ 12, voltage drops are generated at the moments when the derivative takes zero values, and the input signal has extremes, at the output of the null-organ 11 at times when the initial signal takes zero values. Counter 13 counts "zeros", and counter 14 - extrema of the loading process. The timer 15 sets the duration of the processing period of the loading process, at the end of which closes the inputs of the null organs and the calculation of "zeros" and extrema ends.

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. A device for testing products for vibration resistance is made using the following blocks. The equipment for forming the spectrum of a random vibration process of type SVP-3PM-M, the electrodynamic vibrostand type UVE-5/10000, strain gauges of type 2FKPA-3-100v, strain gauge type TOPAZ-3, voltmeter - V7-27, frequency meters Ch3- used 34. The unit for measuring parameters that determine the structure of the process is built on known devices using microchips 1100SK2, 153UD2, 521CA3.

Claims

DEVICE FOR TESTING PRODUCTS FOR VIBRATION PROTECTION, containing equipment for forming a spectrum of a random vibration process, a vibrostand connected to it with a fixture mounted on its table for fastening the test product, strain gauges installed on the product, connected to the input of the strain gauge equipment, and connected to the output of the last measurement unit determining the structure of the vibration process, characterized in that the said unit includes an input low-pass filter connected to its output di a trimmer, two null organs, the signal input of one of which is connected to the output of the input filter, and the other to the output of the differentiator, counters connected to the outputs of the null organs, and a timer whose output is connected to the control inputs of the null organs.