RU2234690C2 - Instruments and equipment shock test method - Google Patents

Instruments and equipment shock test method Download PDF

Info

Publication number
RU2234690C2
RU2234690C2 RU2002104659/28A RU2002104659A RU2234690C2 RU 2234690 C2 RU2234690 C2 RU 2234690C2 RU 2002104659/28 A RU2002104659/28 A RU 2002104659/28A RU 2002104659 A RU2002104659 A RU 2002104659A RU 2234690 C2 RU2234690 C2 RU 2234690C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shock
spectrum
accelerations
equipment
acceleration
Prior art date
Application number
RU2002104659/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002104659A (en
Inventor
С.А. Орлов (RU)
С.А. Орлов
А.С. Орлов (RU)
А.С. Орлов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева"
Priority to RU2002104659/28A priority Critical patent/RU2234690C2/en
Publication of RU2002104659A publication Critical patent/RU2002104659A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234690C2 publication Critical patent/RU2234690C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing facilities.
SUBSTANCE: invention relates to methods of carrying out shock tests of equipment and instruments of complex articles. Proposed method comes to setting standard action in form of shock spectrum of accelerations, forming shock spectrum of acceleration in points of fastening of objects under testing by synthesizing shock excitation signal by means of elementary signals modulated in amplitude by half-sinusoid so that shock spectrum of summary resulting signal approximates required shock spectrum of accelerations at random degree of accuracy, and loading of abject under test with impulse, thus obtained. Basing on shock spectrum of accelerations, transfer functions from all sources of shock actions on article to places of attachment of equipment are determined and then maximum shock spectrum of accelerations from all sources of shock action for places of attachment of equipment is determined after which main carrier frequencies are discriminated from transfer functions and maximum shock spectrum of accelerations and damping factors in places of attachment of equipment are determined by said frequencies after which shock impulse of acceleration is formed according to definite dependence. Shock spectrum, thus formed, coincides with required standard shock spectrum of accelerations on carrier frequencies and differ from required spectrum within the limits of tolerable error.
EFFECT: possibility of complete accounting of mechanical properties of tested articles.
2 dwg

Description

Ударные воздействия являются одним из видов механических нагрузок, которым подвержены приборы и оборудование различных машин при эксплуатации. На сегодняшний день существуют различные подходы к проведению испытаний на ударные воздействия. Для имитации ударных воздействий применяют три основных метода. При первом методе точно имитируют ударное воздействие, действующее на изделие в условиях его эксплуатации. Сложное ударное воздействие часто при этом заменяют более простыми, но пригодными для воспроизведения в лабораторных условиях. Например, испытания на ударные воздействия, представляемые в виде простейших импульсов ускорений (полуволна синусоиды, прямоугольный, треугольный импульсы и т.д.). Второй метод испытаний заключается в имитации реакции изделия на ударное воздействие. В этом случае не важен вид ударного воздействия при эксплуатации, а важно, какую реакцию в изделии вызвало это воздействие.Shock impacts are one of the types of mechanical stresses that affect the instruments and equipment of various machines during operation. To date, there are various approaches to conducting impact tests. Three basic methods are used to simulate impact effects. In the first method, the impact effect acting on the product under its operating conditions is accurately simulated. Complex impact is often replaced with simpler, but suitable for reproducing in the laboratory. For example, impact tests, presented in the form of simple acceleration pulses (half-wave sine wave, rectangular, triangular pulses, etc.). The second test method is to simulate the reaction of the product to impact. In this case, the type of impact during operation is not important, but it is important what reaction in the product caused this effect.

Под реакцией изделия понимается либо ударный спектр ускорений, либо некоторая переходная характеристика. Наибольшее распространение в последнее время получили испытания (и задание нормативных нагрузок) на ударные воздействия, представляемые в виде ударного спектра ускорений. Такого рода испытания чаще всего проводятся воспроизведением ударного нагружения на электродинамических вибростендах по способу амплитуд элементарных сигналов или по способу передаточной функции. (Испытательная техника. - Справочник в двух книгах под редакцией В.В.Клюева. М., Машиностроение, 1982 г. Книга 1, с. 334-337.Under the reaction of the product is understood either the shock spectrum of accelerations, or some transitional characteristic. Recently, the most widespread tests (and the specification of standard loads) for impacts, presented in the form of a shock spectrum of accelerations. Such tests are most often carried out by reproducing shock loading on electrodynamic vibration stands using the method of amplitudes of elementary signals or the method of transfer function. (Testing technique. - A reference book in two books edited by V.V. Klyuyev. M., Mechanical Engineering, 1982, Book 1, pp. 334-337.

Суть способа воспроизведения ударного спектра по передаточной функции заключается при определении заданной формы сигнала в применении итерационной процедуры. Сигнал ударного возбуждения корректируют при помощи передаточной функции системы, представляющей собой сочетание электродинамического возбудителя, монтажного приспособления и испытуемого объекта. Затем находят функцию преобразования Фурье заданного ударного воздействия на выходе системы, которое делят на передаточную функцию испытательной системы, и производят обратное преобразование Фурье полученного отношения, что дает потребное входное воздействие во временной области.The essence of the method of reproducing the shock spectrum by the transfer function is to determine the given waveform in the application of the iterative procedure. The shock excitation signal is corrected using the transfer function of the system, which is a combination of the electrodynamic pathogen, mounting device and the test object. Then find the function of the Fourier transform of the given impact on the output of the system, which is divided by the transfer function of the test system, and produce the inverse Fourier transform of the obtained ratio, which gives the desired input effect in the time domain.

При синтезировании ударного сигнала возбуждения при помощи элементарных сигналов (прототип) способ испытаний сводится к возбуждению элементарных сигналов, каждый из которых состоит из нечетного числа полуциклов и модулирован по амплитуде полусинусоидой.When synthesizing a shock excitation signal using elementary signals (prototype), the test method reduces to excitation of elementary signals, each of which consists of an odd number of half-cycles and is amplitude-modulated by a half-sine wave.

Каждый сигнал может иметь запаздывание относительно другого сигнала.Each signal may be delayed relative to another signal.

При синтезировании сигнала ударного воздействия необходимо определить амплитуды сигналов так, чтобы ударный спектр суммарного сигнала аппроксимировал ударный спектр заданного ударного воздействия с произвольной степенью точности. В качестве первого приближения берут ударный спектр с частотой элементарного сигнала, равной частоте его полусинусоидальной огибающей.When synthesizing a shock signal, it is necessary to determine the signal amplitudes so that the shock spectrum of the total signal approximates the shock spectrum of a given shock with an arbitrary degree of accuracy. As a first approximation, we take the shock spectrum with the frequency of the elementary signal equal to the frequency of its semi-sinusoidal envelope.

Существенным недостатком этих способов является следующее. Часто испытания приходится проводить на простейшие импульсы из-за невозможности воспроизвести требуемый ударный спектр ускорений (УСУ), в результате чего приходится в части частотного диапазона перегружать испытуемое оборудование, чтобы во всем диапазоне выдержать амплитуду УСУ. С другой стороны, ударный спектр не определяет однозначным образом, как действует на объект изменение ударного ускорения во времени.A significant disadvantage of these methods is the following. Often tests have to be carried out on the simplest impulses due to the inability to reproduce the required shock acceleration spectrum (USE), as a result of which it is necessary to overload the tested equipment in part of the frequency range in order to withstand the amplitude of the USU in the entire range. On the other hand, the shock spectrum does not unambiguously determine how the change in shock acceleration in time affects the object.

Например, УСУ, принимаемый для автономных испытаний приборов и оборудования, может содержать составляющие спектра, которые отфильтровываются конструкцией, или не содержать частотных составляющих, на которых концентрируется существенная часть энергии удара. Это происходит потому, что в алгоритме получения УСУ, реализуемом в рассматриваемом способе испытаний (прототипе), не учитываются особенности реального нагружения объекта испытаний при эксплуатации. Любая сложная механическая система всегда представляет собой набор узкополосных резонаторов и широкополосных фильтров.For example, a control system, adopted for autonomous testing of instruments and equipment, may contain spectrum components that are filtered out by the structure, or may not contain frequency components, on which a significant part of the impact energy is concentrated. This is because the algorithm for obtaining the control system implemented in the test method (prototype) under consideration does not take into account the features of the actual loading of the test object during operation. Any complex mechanical system is always a set of narrow-band resonators and broad-band filters.

Предлагаемое решение позволит исключить указанные выше недостатки.The proposed solution will eliminate the above disadvantages.

Заявляемый способ испытаний на ударные воздействия аппаратуры и оборудования сложных изделий заключается в задании нормативного воздействия в виде ударного спектра ускорений, формировании в точках крепления объекта испытаний (аппаратуры или другого оборудования) ударного спектра ускорений. Формирование воздействия проводится синтезированием сигнала ударного возбуждения при помощи элементарных сигналов, модулированных по амплитуде полусинусоидой таким образом, чтобы ударный спектр суммарного результирующего сигнала аппроксимировал необходимый ударный спектр ускорений с произвольной степенью точности. Затем проводится ударное нагружение объекта испытаний полученным импульсом. Отличается от известных способов испытаний тем, что по ударному спектру ускорений определяют передаточные функции от всех источников ударных воздействий на изделии к местам крепления аппаратуры и оборудования. Затем получают максимальный ударный спектр ускорений от всех источников ударного воздействия для мест крепления аппаратуры и оборудования, после чего из передаточных функций и максимального ударного спектра ускорений выделяют основные несущие частоты и определяют по этим частотам коэффициенты затухания в местах крепления аппаратуры и оборудования. Далее формируют ударный импульс ускорения по формулеThe inventive method of impact testing of equipment and equipment of complex products is to set the standard impact in the form of a shock spectrum of accelerations, the formation at the points of attachment of the test object (equipment or other equipment) shock spectrum of accelerations. The impact is generated by synthesizing a shock excitation signal using elementary signals modulated in amplitude by a half-sine wave in such a way that the shock spectrum of the total resulting signal approximates the necessary shock spectrum of accelerations with an arbitrary degree of accuracy. Then, shock loading of the test object with the received impulse is carried out. It differs from the known test methods in that the shock functions of the accelerations determine the transfer functions from all sources of impact on the product to the attachment points of the apparatus and equipment. Then, the maximum shock spectrum of accelerations from all sources of shock for the places of attachment of equipment and equipment is obtained, after which the main carrier frequencies are extracted from the transfer functions and the maximum shock spectrum of accelerations and the attenuation coefficients are determined from these frequencies at the points of attachment of equipment and equipment. Next, form an acceleration shock pulse according to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где ψ(t) - ударный импульс ускорения;where ψ (t) is the shock pulse of acceleration;

Ai - амплитуда ускорения при i-й частоте (несущей);A i - acceleration amplitude at the i-th frequency (carrier);

ωi=2πfi - собственная круговая частота колебаний (несущая);ω i = 2πf i — intrinsic circular vibration frequency (carrier);

fi - собственная частота колебаний (несущая);f i is the natural frequency of the oscillations (carrier);

φi - фазовый сдвиг;φ i is the phase shift;

Figure 00000003
Figure 00000003

δi=lnζi,δ i = lnζ i ,

δi - логарифмический декремент колебаний;δ i - logarithmic decrement of oscillations;

ζi - коэффициент затухания;ζ i is the attenuation coefficient;

i - номер текущей несущей частоты;i is the number of the current carrier frequency;

m - количество несущих частот;m is the number of carrier frequencies;

t - время действия ударного импульса.t is the duration of the shock pulse.

таким образом, что формируемый ударный спектр совпадает с требуемым нормативным ударным спектром ускорений на несущих частотах, а в остальном спектре отличается от требуемого спектра в пределах допустимой погрешности.so that the shock spectrum formed coincides with the required normative shock spectrum of accelerations at the carrier frequencies, and in the rest of the spectrum it differs from the required spectrum within the margin of error.

Сущность заявляемого решения может быть пояснена следующим образом. Ударный спектр ускорений представляет собой частотное преобразование функции ускорения от времени (Дояр О.П. Алгоритм расчета ударного спектра, в сб. Динамика систем. Численные методы исследования динамических систем, Нистру, Кишенев, 1982 г.). Это интегральная характеристика, которая включает в себя как реакцию самого прибора (оборудования) на ударное воздействие, так и реакцию элементов конструкции, на которой это оборудование устанавливается. При прохождении удара от точки его возникновения к месту крепления часть энергии удара рассеивается в конструкции за счет конструкционного демпфирования, трения и т.д. Но кроме рассеивания энергии удара в конструкции на резонансных частотах может возникать эффект увеличения амплитуды удара. Система управления электродинамическими стендами (только они могут воспроизводить сигналы длительностью менее 1 мс, а также их комбинации) должна сформировать сигнал, который бы обеспечил необходимый УСУ. Реально количество сигналов, из которых может быть сформировано испытательное воздействие, невелико. Погрешность формирования сигнала определяется тем, насколько близко эти частоты соответствуют реальным. Поэтому для формирования сигнала должны применяться наиболее энергоемкие частотные составляющие. Оценить это можно с помощью передаточных функций по УСУ.The essence of the proposed solutions can be explained as follows. The shock spectrum of accelerations is the frequency conversion of the acceleration function from time to time (Doyar OP The algorithm for calculating the shock spectrum, in the collection. Dynamics of systems. Numerical methods for studying dynamic systems, Nistru, Kishenev, 1982). This is an integral characteristic, which includes both the reaction of the device (equipment) to impact, and the reaction of structural elements on which this equipment is installed. When passing an impact from the point of its origin to the attachment point, part of the impact energy is dissipated in the structure due to structural damping, friction, etc. But in addition to dissipating the impact energy in the structure at resonant frequencies, the effect of increasing the amplitude of the impact can occur. The control system for electrodynamic stands (only they can reproduce signals with a duration of less than 1 ms, as well as their combinations) should form a signal that would provide the necessary USU. Actually, the number of signals from which a test action can be formed is small. The error in signal formation is determined by how closely these frequencies correspond to real ones. Therefore, the most energy-consuming frequency components must be used to generate the signal. You can evaluate this with the help of transfer functions according to USU.

Понятие передаточной функции широко используется в технике (см., например, “Вибрации в технике”. Справочник в 6 томах, том 5. Измерения и испытания. М., Машиностроение, 1981 г., с.42. Воспользуемся данным понятием применительно к ударному спектру ускорений. Сама передаточная функция Н(ω) по УСУ понимается здесь как отношение УСУ в точке воздействия к УСУ в точке контроля:The concept of the transfer function is widely used in technology (see, for example, “Vibrations in technology.” Reference in 6 volumes, volume 5. Measurements and tests. M., Mechanical Engineering, 1981, p. 42. We use this concept in relation to shock The transfer function N (ω) according to the USD is understood here as the ratio of the USU at the point of impact to the USU at the control point:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ω - круговая частота колебаний, а τ0(ω), τi(ω), УСУ в точке воздействия и УСУ в точке контроля соответственно.where ω is the circular oscillation frequency, and τ 0 (ω), τ i (ω), the control unit at the point of impact and the control unit at the control point, respectively.

Получение передаточных функций может быть проведено либо расчетным путем или экспериментальным, например, на динамическом макете исследуемого изделия, например космического аппарата (КА), при квалификации конструкции, когда еще приборы и оборудование только разрабатывается, либо на КА аналогах.The transfer functions can be obtained either by calculation or experimentally, for example, on a dynamic prototype of the investigated product, for example, a spacecraft (SC), during design qualification, when instruments and equipment are still being developed, or on SC analogs.

Источников ударного воздействия на КА может быть несколько: пиротехнические устройства, срабатывание и фиксация различных механических устройств и т.д. Формирование нормативного ударного спектра ускорений предполагает выделение максимальных значений УСУ в каждом частотном диапазоне. Затем, обычно, строится огибающий ударный спектр. В то же время часть воздействий может уже задаваться в виде готовых УСУ (например, воздействие от ракеты на КА). Испытания, предполагающие создание требуемого УСУ с помощью передаточных функций, учитывающих особенности испытательной схемы (оснастки, типа стенда и т.д.), либо использующие различные итерационные процедуры, не учитывают реальные частотные диапазоны, в которых переносится основная энергия ударных воздействий. Такой подход существенно искажает реальную картину нагружения: воздействие может иметь не те резонансные частоты, которые будут реализовываться при эксплуатации КА. Получение передаточных функций от всех источников ударных воздействий показывает, на каких частотах будет нагружаться реальный прибор. Под несущими частотами здесь понимаются собственные частоты колебаний сложного изделия (например, космического аппарата), на которых переносится основная часть энергии ударного воздействия.There can be several sources of impact on a spacecraft: pyrotechnic devices, triggering and fixing of various mechanical devices, etc. The formation of the normative shock spectrum of accelerations involves the allocation of the maximum values of the control system in each frequency range. Then, usually, the envelope of the shock spectrum is constructed. At the same time, a part of the actions can already be set in the form of ready-made control devices (for example, the effect of a rocket on a spacecraft). Tests involving the creation of the required control system using transfer functions that take into account the features of the test circuit (equipment, type of stand, etc.), or using various iterative procedures, do not take into account the real frequency ranges in which the main energy of the shock is transferred. This approach significantly distorts the real picture of loading: the effect may not have the resonant frequencies that will be realized during the spacecraft operation. Obtaining transfer functions from all sources of shock influences shows at what frequencies the real device will be loaded. Carrier frequencies are here understood to be the natural frequencies of vibrations of a complex product (for example, a spacecraft), on which the bulk of the energy of the impact is transferred.

Выделение несущих частот может проводиться, например, следующим образом. Передаточные функции от источников ударного воздействия показывают, на каких частотах затухание удара минимально, либо даже происходит его увеличение за счет резонансных явлений в конструкции (коэффициенты передачи больше 1). С другой стороны, ударное воздействие имеет пики также на определенных частотах. При совпадении частот воздействия и собственных частот конструкции возникают резонансы. Очевидно, что эти частоты всегда будут переносить основную часть энергии ударного воздействия. При разнесении собственных частот конструкции и внешнего воздействия к несущим частотам отнесем те частоты, на которых УСУ в точках крепления оборудования максимален. Когда имеются экспериментальные данные по всем источникам ударных воздействий, то максимальный УСУ, построенный от всех источников, покажет эти частоты. Иногда воспроизвести само ударное воздействие невозможно (например, в стыке ракеты с космическим аппаратом ударные нагрузки задаются в виде готового УСУ). Но передаточные функции от стыка с ракетой к месту установки прибора на космическом аппарате позволяют выделить частоты, передающие ударное воздействие.The allocation of carrier frequencies can be carried out, for example, as follows. The transfer functions from the shock sources show at what frequencies the shock attenuation is minimal, or it even increases due to resonance phenomena in the structure (transmission coefficients are greater than 1). On the other hand, the impact has peaks also at certain frequencies. When the frequencies of influence and the natural frequencies of the structure coincide, resonances arise. Obviously, these frequencies will always carry the bulk of the impact energy. When spacing the eigenfrequencies of the structure and external influences, we shall refer to the carrier frequencies those frequencies at which the control system is at the fastening points of the equipment at maximum. When there is experimental data on all sources of impact, the maximum USU constructed from all sources will show these frequencies. Sometimes it is impossible to reproduce the impact itself (for example, at the junction of the rocket with the spacecraft, the shock loads are set in the form of a ready-made control system). But the transfer functions from the junction with the rocket to the installation site of the device on the spacecraft make it possible to isolate the frequencies transmitting the impact.

Формирование испытательного воздействия, имеющего требуемый (нормируемый) УСУ и включающий в себя частоты, несущие основную энергию ударного воздействия, позволит более качественно проводить данный вид испытаний. Таким образом, некая достаточно формальная характеристика (УСУ) дополняется содержащим физический смысл набором частот. Разрушение оборудования происходит обычно, если внешнее воздействие вызывает резонансный отклик.The formation of the test impact, which has the required (standardized) control system and includes frequencies carrying the main energy of the shock, will allow a better quality of this type of test. Thus, a certain fairly formal characteristic (USM) is supplemented by a set of frequencies containing physical meaning. Destruction of equipment usually occurs if an external action produces a resonant response.

После выделения массива несущих частот (а эта процедура плохо формализуется и требует от экспериментатора определенного опыта) можно построить различные достаточно легко формализуемые алгоритмы получения необходимого воздействия. Рассмотрим один из них.After allocating an array of carrier frequencies (and this procedure is poorly formalized and requires a certain amount of experience from the experimenter), various rather easily formalized algorithms for obtaining the necessary effect can be constructed. Consider one of them.

Пусть имеется некоторый набор воздействий Am(t), m=1, 2,..., M.Let there be a certain set of actions A m (t), m = 1, 2, ..., M.

Для каждого из воздействий строится свой ударный спектр, т.е. получается зависимость ускорения от частотыFor each of the impacts, its own shock spectrum is constructed, i.e. it turns out the dependence of acceleration on frequency

Figure 00000005
Figure 00000005

Алгоритм вычисления УСУ рассмотрен, например, в [Дояр О.П. Алгоритм расчета ударного спектра, в сб. Динамика систем. Численные методы исследования динамических систем, Нистру, Кишенев, 1982 г.].The algorithm for computing the control system is considered, for example, in [Doyar O.P. The algorithm for calculating the shock spectrum, in Sat System Dynamics. Numerical methods for the study of dynamical systems, Nistru, Kishenev, 1982].

Рассмотрим теперь построение оптимального воздействия A(t)We now consider the construction of the optimal action A (t)

Figure 00000006
Figure 00000006

обеспечивающего требуемую точность. Построение такого воздействия по методу наименьших квадратов невозможно. Это следует из факта нелинейности ударных спектров при сложении различных воздействий и в связи с этим негладкости производных от ударного спектра по параметрам αm. Поэтому более целесообразным представляется использование в алгоритме метода коллокации (см. Волков Е.А. Численные методы. М., Наука, 1987 г., 248 с., с. 194-196), в котором требуется обеспечить совпадение эталонного сигнала (ударного спектра ν*(ω)) с ударным спектром от воздействия (ударного импульса) A(t) только в заданном наборе точек ωk, (k=1, 2,..., N). Метод коллокации приводит к решению нелинейной системы уравненийproviding the required accuracy. The construction of such an impact by the method of least squares is impossible. This follows from the fact that the shock spectra are nonlinear in the addition of various effects and, therefore, the smoothness of the derivatives of the shock spectrum with respect to the parameters α m . Therefore, it seems more appropriate to use the collocation method in the algorithm (see Volkov EA, Numerical Methods. M., Nauka, 1987, 248 pp., 194-196), in which it is necessary to ensure the coincidence of the reference signal (shock spectrum ν * (ω)) with the shock spectrum from the action (shock pulse) A (t) only at a given set of points ω k , (k = 1, 2, ..., N). The collocation method leads to the solution of a nonlinear system of equations

Figure 00000007
Figure 00000007

где k=1,..., М.where k = 1, ..., M.

Решение системы (*) может быть выполнено различными способами. Один из возможных алгоритмов был реализован в пакете прикладных программ системы обработки измерений, разработанном на базе пакета Matlab, версия 5.3 подпрограммой "OBRAS" (обратный спектр). С учетом реальных возможностей испытательного оборудования решение ищется в классе функций вида:The solution to the system (*) can be performed in various ways. One of the possible algorithms was implemented in the application package of the measurement processing system, developed on the basis of the Matlab package, version 5.3, by the OBRAS subroutine (inverse spectrum). Given the real capabilities of the test equipment, a solution is sought in a class of functions of the form:

Figure 00000008
Figure 00000008

гдеWhere

ψ(t) - ударный импульс ускорения;ψ (t) is the shock pulse of acceleration;

Ai - амплитуда ускорения при i-й частоте (несущей);A i - acceleration amplitude at the i-th frequency (carrier);

ωi=2πfi - собственная круговая частота колебаний (несущая);ω i = 2πf i — intrinsic circular vibration frequency (carrier);

fi - собственная частота колебаний (несущая);f i is the natural frequency of the oscillations (carrier);

φi - фазовый сдвиг;φ i is the phase shift;

Figure 00000009
Figure 00000009

δi=lnζi,δ i = lnζ i ,

δi - логарифмический декремент колебаний;δ i - logarithmic decrement of oscillations;

ζi - коэффициент затухания;ζ i is the attenuation coefficient;

i - номер текущей несущей частоты;i is the number of the current carrier frequency;

m - количество несущих частот;m is the number of carrier frequencies;

t - время действия ударного импульса.t is the duration of the shock pulse.

Коэффициенты затухания получены по результатам испытаний по обычному алгоритму (см., например, Бабаков И.М. Теория колебаний. М., Наука, 1968 г., с. 65).The attenuation coefficients were obtained from the test results according to the usual algorithm (see, for example, Babakov I.M. Oscillation Theory. M., Nauka, 1968, p. 65).

Это существенно упрощает поиск решения. Алгоритм нахождения требуемой функции и разработанная компьютерная программа относятся к “ноу-хау” данного изобретения и в материалах заявки не рассматриваются.This greatly simplifies the search for a solution. The algorithm for finding the required function and the developed computer program belong to the know-how of this invention and are not considered in the application materials.

Пример практической реализации.An example of practical implementation.

Для динамического макета прибора массой 57 кг необходимо было провести автономные испытания на ударные воздействия, заданные в виде ударных спектров ускорений, показанных на чертежах.For the dynamic model of the device weighing 57 kg, it was necessary to conduct stand-alone impact tests specified in the form of shock acceleration spectra shown in the drawings.

На фиг.1 показаны следующие УСУ:Figure 1 shows the following USU:

1 - обобщенный УСУ, полученный от различных источников ударных воздействий на КА;1 - generalized USU obtained from various sources of shock effects on the spacecraft;

2 - нормированный УСУ от РН.2 - normalized control system from the launch vehicle.

На фиг.2 показан коэффициент передачи от места крепления от одного из пиросредств КА (пирозамка) к рассматриваемому прибору.Figure 2 shows the transmission coefficient from the attachment point from one of the spacecraft CA (pyrozamka) to the device in question.

По результатам частотных испытаний динамического макета КА были получены передаточные функции от источников ударных воздействий на КА к местам крепления рассматриваемого прибора и были выделены 6 основных частот:Based on the results of frequency tests of the spacecraft dynamic layout, transfer functions were obtained from the shock sources on the spacecraft to the attachment points of the instrument in question and 6 main frequencies were allocated:

2 частоты определяли ударное нагружение от РН (~1,1-1,2 и 1,8-1,9 кГц),2 frequencies determined the shock loading from the LV (~ 1.1-1.2 and 1.8-1.9 kHz),

3 частоты определяли ударное нагружение от собственных пиросредств КА (~2,7-2,9, 3,3-3,4 и 3,7-4,1 кГц),3 frequencies determined the shock loading from the spacecraft’s own means (~ 2.7-2.9, 3.3-3.4 and 3.7-4.1 kHz),

и одна несущая частота определяла нагружение КА при срабатывании механических устройств солнечных батарей (~650-700 Гц).and one carrier frequency determined the loading of the spacecraft when mechanical devices of solar batteries were triggered (~ 650-700 Hz).

По рассмотренному выше алгоритму было найдено воздействие, порождающее необходимый УСУ.According to the above algorithm, an effect was found that generates the necessary CSS.

На фиг.1 под цифрой 3 показан УСУ, найденный по рассмотренному алгоритму.In figure 1, under the number 3 shows the USU found by the considered algorithm.

Полученный УСУ порождается воздействиемThe resulting CSS is generated by exposure

у=100е-α1t sinω1t+463e-α2t sinω2t;y = 100e -α1t sinω 1 t + 463e -α2t sinω 2 t;

Figure 00000010
Figure 00000010

где τ1=150, τ2=450; δ=ln2.where τ 1 = 150, τ 2 = 450; δ = ln2.

Следует отметить, что из шести первоначально выбранных опорных частот для создания режима испытаний, который мог быть воспроизведен вибростендом ВЭДС-10000, четыре частоты были опущены. Это было сделано из-за невозможности системы управления стенда корректно воспроизвести нагрузку по 6 частотам.It should be noted that of the six initially selected reference frequencies to create a test mode that could be reproduced by the VEDS-10000 vibration stand, four frequencies were omitted. This was done due to the impossibility of the control system of the stand to correctly reproduce the load at 6 frequencies.

Оставлены были 2 частоты, определяющие максимальное нагружение в рассматриваемом диапазоне частот. На фиг.1 видны две группы частот f1-f3 и f4-f6i=2πfi). Одна из них соответствует воздействию от РН и одна срабатыванию пиросредств КА. Коэффициент передачи (фиг.2) показывает, что в диапазоне частот 2,4-3,6 кГц существует резонанс (Ко<1).Two frequencies were left that determined the maximum load in the frequency range under consideration. Figure 1 shows two groups of frequencies f 1 -f 3 and f 4 -f 6i = 2πf i ). One of them corresponds to the effect of the launch vehicle and one corresponds to the operation of the spacecraft’s pyromedicines. The transmission coefficient (figure 2) shows that in the frequency range 2.4-3.6 kHz there is a resonance (Ko <1).

Следует отметить, что полученное воздействие перекрывает УСУ от РН в диапазоне частот до 2 кГц (это было дополнительное требование заказчика прибора, которое реализовывалось с помощью жестких требований на точность реализации УСУ), а воздействия свыше 1 кГц отфильтровываются конструкцией на достаточно коротких расстояниях. Т.е. нормативное требование по ударному нагружению прибора от РН в диапазоне частот 1-2 кГц явно завышено. Но даже завышенный УСУ реализован на частотах, на которых переносится реальная энергия ударного воздействия.It should be noted that the resulting effect overlaps the control system from the LV in the frequency range up to 2 kHz (this was an additional requirement of the customer of the device, which was implemented using strict requirements on the accuracy of the control system implementation), and the effects of more than 1 kHz are filtered out by the design at fairly short distances. Those. the regulatory requirement for shock loading of the device from the LV in the frequency range of 1-2 kHz is clearly overstated. But even an inflated USU is implemented at frequencies at which the real energy of the impact is transferred.

Оценка по энергетическому методу такого нагружения показывает, что примерно 80% энергии ударного воздействия определяются 2 этими частотами.Evaluation by the energy method of such loading shows that approximately 80% of the impact energy is determined by 2 of these frequencies.

Claims (1)

Способ испытаний на ударные воздействия аппаратуры и оборудования, заключающийся в задании нормативного воздействия в виде ударного спектра ускорений, формировании в точках крепления объекта испытаний ударного спектра ускорений синтезированием сигнала ударного возбуждения при помощи элементарных сигналов, модулированных по амплитуде полусинусоидой таким образом, чтобы ударный спектр суммарного результирующего сигнала аппроксимировал необходимый ударный спектр ускорений с произвольной степенью точности, и проведении ударного нагружения объекта испытаний полученным импульсом, отличающийся тем, что по ударному спектру ускорений определяют передаточные функции от всех источников ударных воздействий на изделии к местам крепления аппаратуры и оборудования, затем получают максимальный ударный спектр ускорений от всех источников ударного воздействия для мест крепления аппаратуры и оборудования, после чего из передаточных функций и максимального ударного спектра ускорений выделяют основные несущие частоты и определяют по этим частотам коэффициенты затухания в местах крепления аппаратуры и оборудования, после чего формируют ударный импульс ускорения по формуле:The method of impact tests of apparatus and equipment, which consists in setting the normative impact in the form of an acceleration shock spectrum, forming at the attachment points of the acceleration shock spectrum test object by synthesizing the shock excitation signal using elementary signals modulated in amplitude by a half-sine wave so that the total impact spectrum the signal approximated the necessary shock spectrum of accelerations with an arbitrary degree of accuracy, and loading the test object with the received impulse, characterized in that the shock functions of the accelerations determine the transfer functions from all sources of impact on the product to the points of attachment of equipment and equipment, then get the maximum shock spectrum of accelerations from all sources of shock for places of attachment of equipment and equipment, after from which the main carrier frequencies are distinguished from the transfer functions and the maximum shock spectrum of accelerations and the attenuation coefficients are determined from these frequencies estah fastening apparatus and equipment, whereupon a shock acceleration pulse form by the formula:
Figure 00000011
Figure 00000011
где ψ(t) - ударный импульс ускорения;where ψ (t) is the shock pulse of acceleration; Аi - амплитуда ускорения при i-й частоте (несущей);And i is the acceleration amplitude at the i-th frequency (carrier); ωi=2πfi - собственная круговая частота колебаний (несущая);ω i = 2πf i — intrinsic circular vibration frequency (carrier); fi - собственная частота колебаний (несущая);f i is the natural frequency of the oscillations (carrier); φi - фазовый сдвиг;φ i is the phase shift;
Figure 00000012
Figure 00000012
δi=lnζi;δ i = lnζ i ; δi - логарифмический декремент колебаний;δ i - logarithmic decrement of oscillations; ζi - коэффициент затухания;ζ i is the attenuation coefficient; i - номер текущей несущей частоты;i is the number of the current carrier frequency; m - количество несущих частот;m is the number of carrier frequencies; t - время действия ударного импульса;t is the shock pulse action time; таким образом, что формируемый ударный спектр совпадает с требуемым нормативным ударным спектром ускорений на несущих частотах, а в остальном спектре отличается от требуемого спектра в пределах допустимой погрешности.so that the shock spectrum formed coincides with the required normative shock spectrum of accelerations at the carrier frequencies, and in the rest of the spectrum it differs from the required spectrum within the margin of error.
RU2002104659/28A 2002-02-20 2002-02-20 Instruments and equipment shock test method RU2234690C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002104659/28A RU2234690C2 (en) 2002-02-20 2002-02-20 Instruments and equipment shock test method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002104659/28A RU2234690C2 (en) 2002-02-20 2002-02-20 Instruments and equipment shock test method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002104659A RU2002104659A (en) 2003-10-10
RU2234690C2 true RU2234690C2 (en) 2004-08-20

Family

ID=33412303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002104659/28A RU2234690C2 (en) 2002-02-20 2002-02-20 Instruments and equipment shock test method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234690C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ibrahim et al. The experimental determination of vibration parameters from time responses
US6784819B2 (en) Measuring skew between digitizer channels using fourier transform
Kelly et al. Principles and techniques of shock data analysis
RU2234690C2 (en) Instruments and equipment shock test method
Sharp et al. Sensitivities of frequency response functions of linear dynamic systems to variations in design parameter values
CN103201639A (en) System frequency response test using continuous sweep frequencies
Dudzik et al. Optimal dynamic error formula for charge output accelerometer obtained by the neural network
Fick et al. Ultrasonic power output measurement by pulsed radiation pressure
Richardson et al. Identifying modes of large structures from multiple input and response measurements
RU2084964C1 (en) Device for acoustic experiments
Pappa Some statistical performance characteristics of the'ITD'modal identification algorithm
FR2667160B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE INTEGRITY OF A TRANSMISSION.
Painter et al. Simulating flight environment shock on an electrodynamic shaker
US7383734B2 (en) Simulation of magnetic field induced vibrations in implantable medical devices
RU2787813C1 (en) Method for testing for high-intensity impact of instruments and equipment
Vaes et al. Experimentally driven demystification of system identification for nonlinear mechanical systems
Lysenko et al. Block diagram of the multichannel master generator of the adaptive information-measuring system for vibro tests of the radioelectronic equipment
Smith et al. Experiments for damage location in a damped structure
Yanto Analysis of Swept Time and Modal Parameter Effect on FRF’s Magnitude Error of SDOF System Using Linear Swept-Sine Excitation
Janů et al. Response Analysis of a Piezoelectric Ceramic Transducer Pair Excited by Phase-modulated Signals for Improved Echo Measurement
RU97117477A (en) METHOD FOR CONDUCTING NATURAL MODEL TESTS OF RADIOELECTRONIC SYSTEMS
Varoto Rules for the exchange and analysis of dynamic information
Dumas et al. Online testing of MEMS based on encoded stimulus superposition
Xiaofeng et al. The Application of Single Pulse Output Module Integrated by FPGA in On-Board Electronic Products
Ashley et al. Test signals for music reproduction systems

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090221