RU2257559C2 - Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях - Google Patents
Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257559C2 RU2257559C2 RU2003103653/28A RU2003103653A RU2257559C2 RU 2257559 C2 RU2257559 C2 RU 2257559C2 RU 2003103653/28 A RU2003103653/28 A RU 2003103653/28A RU 2003103653 A RU2003103653 A RU 2003103653A RU 2257559 C2 RU2257559 C2 RU 2257559C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shock
- amplitude
- spectra
- construction
- frequency range
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: поэтапно нагружают конструкцию с увеличением амплитуды воздействия. Регистрируют реакцию конструкции в контрольных точках и строят зависимости между нагрузкой и реакцией конструкции на нагрузку. Конструкцию нагружают последовательно как гармонической вибрацией низкого уровня, так и ударными воздействиями устройствами того же класса и с той же максимальной амплитудой, что и устройства, применяемые в составе испытуемого изделия. Выделяют общий частотный диапазон для ударных и вибрационных воздействий. Определяют передаточные функции по амплитудным спектрам для гармонической вибрации и по ударным спектрам ускорений для ударных воздействий. Вычисляют коэффициенты отношений полученных передаточных функций по ударным и амплитудным спектрам и при отличии данных коэффициентов от 1 на величину, большую, чем погрешность проведения эксперимента, делают заключение о частотных диапазонах нелинейности в конструкции. Технический результат: повышение точности испытаний. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области испытаний сложных машин с нелинейностями на механические воздействия и может быть использовано при формировании режимов нагружения самих машин, а также приборов и оборудования этих машин для автономных испытаний.
Одной из важных задач, возникающих при исследовании сложных систем, является изучение закономерностей, связанных с воздействием на них механических нагрузок. При отработке таких механических устройств возникает также необходимость в разработке режимов автономных испытаний приборов и оборудования. Наиболее часто это проводится на основании передаточных функций (коэффициентов передачи) от различных источников механических нагрузок к местам установки приборов и оборудования. Обычно используются два метода получения передаточных функций: по методу сканирования гармонической вибрации и по методу ударного нагружения (аналоги). При введении понятия "передаточная функция" главным допущением является допущение о "линейности" исследуемой системы. Это утверждение справедливо в том случае, когда деформации системы при динамических возмущениях имеют упругий характер, а также отсутствуют люфты (зазоры) и сухое трение.
Для исследования таких систем можно применять хорошо разработанный математический аппарат теории линейных систем. Но реальные объекты чрезвычайно редко могут быть отнесены к такому классу систем, т.к. большинство конструкций не линейны. При анализе конструкций необходимо учитывать возможные нелинейности. Все это является чрезвычайно важным при верификации расчетных моделей сложных изделий. Так как даже самая подробная динамическая модель всегда будет иметь отличия от штатного объекта (и это, в первую очередь, касается различий по демпфирующим свойствам исследуемых объектов и их динамических моделей).
Установление нелинейности (независимо от вида нелинейности) заключается в поэтапном нагружении конструкции с увеличением амплитуды воздействия, регистрации реакции конструкции в контрольных точках и построении зависимостей между нагрузкой и реакцией конструкции на нагрузку - прототип (В.Л.Бидерман. "Теория механических колебаний ", М: “Высшая школа”, 1980 г., с.24-34).
Недостатками используемого метода является: его ограниченность при испытаниях штатных устройств: ограничения на максимальные уровни нагрузки, время нагружения и количество повторных нагружений. Кроме того, невозможно проводить испытания в широких амплитудном и частотном диапазонах. Для проведения испытаний штатного объекта данные, полученные при испытаниях динамической модели, требуют корректировки.
Предлагаемое решение позволит устранить отмеченные недостатки. Достигается необходимый результат тем, что конструкция нагружается последовательно как гармонической вибрацией низкого уровня, так и ударными воздействиями устройствами того же класса и с той же максимальной амплитудой, что и устройства, применяемые в составе испытуемого изделия, затем выделяют общий частотный диапазон для ударных и вибрационных воздействий. После чего определяют передаточные функции по амплитудным спектрам для гармонической вибрации и по ударным спектрам ускорений для ударных воздействий, вычисляют коэффициенты отношений полученных передаточных функций по ударным и амплитудным спектрам и по этим соотношениям делают заключение о частотных диапазонах нелинейности в конструкции.
Сущность заявляемого решения может быть пояснена следующим образом.
Установление нелинейностей в сложных механических системах (например, КА) можно выполнить без проведения специальных испытаний. Штатный КА (и его динамическая модель, разрабатываемая для проведения испытаний на механические воздействия) в процессе проведения приемных испытаний подвергаются воздействию гармонической (синусоидальной) вибрации и ударным воздействиям. При этом ударные испытания проводятся срабатыванием штатных устройств. При испытаниях динамической модели штатные пиросредства могут заменяться аналогами, но эти устройства всегда соответствуют по воздействиям штатным.
Во время таких испытаний проводится регистрация нагрузок и всегда можно получить передаточные функции между интересующими точками. Передаточные функции получают по амплитудным и ударным спектрам. Т.е. без проведения специальных испытаний можно получить передаточные функции по КА как при ударных воздействиях, так и при гармонической вибрации.
Для описания ударного нагружения различных систем наиболее часто используется понятие ударного спектра ускорений (УСУ). Понятие УСУ и алгоритм его получения приведены, например, в работе: О.П.Дояр. “Алгоритм расчета ударного спектра”, в сб. Динамика систем. Численные методы исследования динамических систем, Нистру, Кишенев, 1982 г.
Для описания гармонического вибрационного нагружения используется понятие амплитудного спектра (АС), т.е. используются коэффициенты Фурье-преобразования. Связь между амплитудным и ударным спектрами (для спектра последействия) представляется следующими зависимостями.
Для точки "i"
ω - круговая частота.
Для точки "k"
Рассмотрим следующее выражение
Обозначим:
Для линейных систем
Ksrs(ω)≡KsF(ω),
т.е. передаточные функции по амплитудным и ударным спектрам равны, и при сохранении линейности рассматриваемой системы
Обозначим далее
Существенные отклонения коэффициентами Ψ(ω) от 1 (более тех, которые могут быть отнесены к погрешностям эксперимента) на определенных частотах указывают на существование нелинейности в исследуемой системе на этих частотах. Сравнение естественно можно проводить только в общих частотных диапазонах, которые определяются используемым для проведения каждого вида испытаний оборудованием и самой методикой проведения испытаний.
Следует также заметить, что такой метод определения нелинейностей позволяет выявлять диапазоны нелинейностей без проведения нагружения разными уровнями при испытаниях динамического макета и уточнить их, например, на протолетном КА, выполняя обязательные частотные (вибрационные испытания низкого уровня) и ударные испытания, входящие в программу обязательных испытаний протолетных КА.
Пример практического применения
При проведении испытаний одного из КА системы “Глонасс” были проведены как вибрационное нагружение низкого уровня - этап технологических вибрационных испытаний (амплитуда нагружения 0,2-0,5 г в диапазоне частот до 2,5 кГц), так и ударные испытания срабатыванием 4 пирозамков системы отделения.
На чертеже показан коэффициент Ψ(ω) (частное от деления коэффициентов отношений по ударным спектрам ускорений и по амплитудным спектрам, которые получены по результатам измерений от плоскости разделения КА с ракетой к нижнему шпангоуту гермоконтейнера). Т.к. данные по испытаниям на гармоническую вибрацию были только в диапазоне частот до 2500 Гц, а ударное нагружение конструкции имеет частотный состав выше уровня шума с 300 Гц, то и отношения получены в этом диапазоне (300-2500 Гц). Как видно из чертежа в общем диапазоне частот нелинейности находятся в диапазонах частот 450-500 Гц, 500-700 Гц, 900 Гц, 1500 и 2000 Гц. Коэффициент Ψ(ω) имеет значения от 2 до 5.
В то же время эти графики показывают, что для оценки нагружения в других частотных диапазонах можно использовать передаточные функции, полученные как при испытаниях на гармоническую вибрацию, так и при ударных воздействиях.
Claims (1)
- Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях, заключающийся в поэтапном нагружении конструкции с увеличением амплитуды воздействия, регистрации реакции конструкции в контрольных точках и построении зависимостей между нагрузкой и реакцией конструкции на нагрузку, отличающийся тем, что конструкцию нагружают последовательно как гармонической вибрацией низкого уровня, так и ударными воздействиями устройствами того же класса и с той же максимальной амплитудой, что и устройства, применяемые в составе испытуемого изделия, выделяют общий частотный диапазон для ударных и вибрационных воздействий, затем определяют передаточные функции по амплитудным спектрам для гармонической вибрации и по ударным спектрам ускорений для ударных воздействий, после чего вычисляют коэффициенты отношений полученных передаточных функций по ударным и амплитудным спектрам и при отличии данных коэффициентов от 1 на величину большую, чем погрешность проведения эксперимента, делают заключение о частотных диапазонах нелинейности в конструкции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003103653/28A RU2257559C2 (ru) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003103653/28A RU2257559C2 (ru) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003103653A RU2003103653A (ru) | 2004-08-10 |
RU2257559C2 true RU2257559C2 (ru) | 2005-07-27 |
Family
ID=35843733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003103653/28A RU2257559C2 (ru) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2257559C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449255C2 (ru) * | 2009-07-16 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" | Способ определения триботехнических составляющих виброакустических спектров трибосопряжений |
-
2003
- 2003-02-06 RU RU2003103653/28A patent/RU2257559C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449255C2 (ru) * | 2009-07-16 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" | Способ определения триботехнических составляющих виброакустических спектров трибосопряжений |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106525226B (zh) | 一种基于现场振动载荷识别的评估方法及系统 | |
Palmieri et al. | Non-Gaussianity and non-stationarity in vibration fatigue | |
RU2596239C1 (ru) | Способ виброакустических испытаний образцов и моделей | |
Wolfsteiner et al. | Fatigue life due to non-Gaussian excitation–An analysis of the Fatigue Damage Spectrum using Higher Order Spectra | |
Cruciat et al. | Experimental determination of dynamic characteristics of structures | |
Storti et al. | The use of operational modal analysis in the process of modal parameters identification in a rotating machine supported by roller bearings | |
Doughty et al. | A comparison of three techniques using steady state data to identify non-linear modal behavior of an externally excited cantilever beam | |
US20190101481A1 (en) | Automatic system compliance estimation and correction for mechanical testing systems | |
RU2257559C2 (ru) | Способ определения частотного диапазона нелинейностей сложных конструкций при механических испытаниях | |
Varahram et al. | Experimental study on the effect of excitation type on the output-only modal analysis results | |
JP4395563B2 (ja) | 振動試験方法 | |
Decker et al. | Deriving fatigue equivalent power spectral density spectra for the vibration testing of engine components: Ableitung schädigungsäquivalenter Leistungsdichtespektren für die Vibrationsprüfung von Motoranbauteilen | |
RU2658125C1 (ru) | Способ определения параметров собственных тонов колебаний конструкций в резонансных испытаниях | |
Sadati et al. | Identification of a nonlinear joint in an elastic structure using optimum equivalent linear frequency response function | |
Petkevicius et al. | Monitoring and identification of structural damages | |
Iourtchenko et al. | In-service identification of non-linear damping from measured random vibration | |
DiMaggio et al. | Analysis of nonstationary vibroacoustic flight data using a damage-potential basis | |
Nesterenko et al. | Stiffness evaluation of a metal frame by the method of dynamic tests | |
RU2354948C1 (ru) | Способ испытаний космического аппарата на виброакустические воздействия | |
Doughty et al. | Effect of nonlinear parametric model accuracy in crack prediction and detection | |
Flore et al. | Dynamic Mechanical Analysis of an Aircraft Wing with emphasis on vibration modes change with loading | |
Chakraborty et al. | Estimation of in-plane elastic parameters and stiffener geometry of stiffened plates | |
Zakhezin et al. | Diagnostics of Fatigue Cracks in Rotor Systems of Machines. | |
Wang et al. | An improved Kalman filter with dummy measurement for identification of structural load and unknown parameters | |
Adam et al. | Fatigue analysis of a notched beam in frequency domain |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090207 |