RU2702930C1 - Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects - Google Patents
Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702930C1 RU2702930C1 RU2019107896A RU2019107896A RU2702930C1 RU 2702930 C1 RU2702930 C1 RU 2702930C1 RU 2019107896 A RU2019107896 A RU 2019107896A RU 2019107896 A RU2019107896 A RU 2019107896A RU 2702930 C1 RU2702930 C1 RU 2702930C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test
- signals
- digital
- signal
- sequence
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
Abstract
Description
Изобретение относится к области динамических испытаний и может быть использовано при испытаниях механических конструкций различного назначения и электронного оборудования на динамические механические и электронные воздействия.The invention relates to the field of dynamic testing and can be used in testing mechanical structures for various purposes and electronic equipment for dynamic mechanical and electronic effects.
Различные способы испытаний крупномасштабных конструкций (самолетов, зданий и т.д.), обычных конструкций, а также электронных и механических систем на динамические воздействия широко известны и изложены, в том числе в следующих работах:Various methods for testing large-scale structures (aircraft, buildings, etc.), conventional structures, as well as electronic and mechanical systems for dynamic effects are widely known and described, including in the following works:
1. Испытательная техника. Справочник в 2-х т. / Под ред. Клюева В.В., т. 2. М.: Машиностроение, 1982, стр. 8, 287-289, 334-337, 422-425.1. Testing technique. Handbook in 2 volumes / Ed. Klyueva V.V., vol. 2. M .: Mechanical engineering, 1982, p. 8, 287-289, 334-337, 422-425.
2. Р.Л. Бисплингхофф и др. Аэроупругость. М.: Изд. иностр. лит., 1958, с. 675.2. R.L. Bislinghoff et al. Aeroelasticity. M .: Publishing. foreign lit., 1958, p. 675.
3. Глудкин О.П., Черняев В.Н. Технология испытания микроэлементов радиоэлектронной аппаратуры и интегральных микросхем. М: Энергия. 1980, стр. 179.3. Gludkin O.P., Chernyaev V.N. Technology for testing trace elements of electronic equipment and integrated circuits. M: Energy. 1980, p. 179.
4. Назин В.В. "Новейшие сейсмостойкие конструкции и железобетонные механизмы сейсмоизоляции зданий и сооружений" - М.: Стройиздат, 1993, с. 95-96, рис. 23).4. Nazin V.V. "The latest earthquake-resistant structures and reinforced concrete mechanisms for seismic isolation of buildings and structures" - M .: Stroyizdat, 1993, p. 95-96, fig. 23).
Известные способы испытаний направлены на поиск и реализацию разнообразных воздействий на объект испытаний, включающих в себя возбуждение колебаний в испытуемой конструкции на одной или нескольких собственных (резонансных) частотах, воздействие вибрационными, ударными и гармоническими нагрузками, широкополосной вибрацией и поиску на объекте точек установки измерительной аппаратуры. При этом в ряде случаев предварительно проводится получение и исследование амплитудно-частотной характеристики объекта с целью определения его собственных (резонансных) частот.Known test methods are aimed at finding and implementing a variety of effects on the test object, including excitation of vibrations in the test structure at one or more natural (resonant) frequencies, vibration, shock and harmonic loads, broadband vibration and searching for installation points of measuring equipment at the object . Moreover, in a number of cases, the acquisition and study of the amplitude-frequency characteristics of an object is carried out in advance in order to determine its own (resonant) frequencies.
Из уровня техники известны технические решения, направленные на реализацию задачи динамических испытаний конструкций и систем.The prior art technical solutions aimed at realizing the task of dynamic testing of structures and systems.
В патенте RU 2011174 «Способ динамических испытаний зданий и сооружений» предлагается возбуждение колебаний испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, которые создаются реактивной силой, по крайней мере, одного устанавливаемого на конструкции импульсного возбудителя, а измерение возбуждаемых колебаний производится с помощью установленных на испытуемом объекте датчиков.In patent RU 2011174 "Method for dynamic testing of buildings and structures" it is proposed to excite the oscillations of the test object at natural frequencies by acting on it a sequence of shock pulses, which are generated by the reactive force of at least one pulse generator installed on the structure, and the measurement of the excited vibrations is performed using sensors installed on the test object.
К недостаткам данного способа испытаний следует отнести то, что используемое в процессе испытаний воздействие, включающее только собственные (резонансные) частоты объекта, не отражают полностью все особенности его амплитудно-частотной характеристики, а следовательно, не являются в полной степени адекватным.The disadvantages of this test method include the fact that the effect used in the test process, which includes only the natural (resonant) frequencies of the object, does not fully reflect all the features of its amplitude-frequency characteristics, and therefore, are not fully adequate.
В патенте RU 2104508 «Способ динамических испытаний крупномасштабных конструкций» утверждается, что в указанном предыдущем патенте RU 2011174 способе испытаний, практически невозможно получить точно параметры собственного тона колебаний исследуемой конструкции. С высокой степенью вероятности можно пропустить собственный тон колебаний по той причине, что частоты конструкции ниже частоты возбуждения практически не возбуждаются, и поэтому практически невозможно таким способом определить точно фактические значения периодов собственных колебаний объекта.In the patent RU 2104508 “Method for dynamic testing of large-scale structures” it is stated that in the test method mentioned in the previous patent RU 2011174, it is practically impossible to obtain the exact parameters of the natural tone of the vibrations of the investigated structure. With a high degree of probability, you can skip the natural tone of vibrations for the reason that the structural frequencies below the excitation frequency are practically not excited, and therefore it is practically impossible to determine in this way exactly the actual values of the periods of natural vibrations of the object.
Величина усилия воздействия в каждом месте приложения задается независимо от формы возбуждаемого тона собственных колебаний вследствие нестационарного испытательного воздействия, искажающего колебания испытуемой конструкции на собственной частоте.The magnitude of the impact force at each place of application is set regardless of the shape of the excited tone of natural vibrations due to non-stationary test effects, distorting the vibrations of the test structure at its own frequency.
Поэтому основной технической задачей, решаемой в патенте RU 2104508 «Способ динамических испытаний крупномасштабных конструкций», является точное выделение собственного тона колебаний испытуемой конструкции путем воздействия последовательностью ударных импульсов в точках расположения пучностей колебаний; возбуждаемого тона и автоматического поддержания условий фазового резонанса при постоянном уровне колебаний.Therefore, the main technical problem solved in the patent RU 2104508 “The method of dynamic testing of large-scale structures” is the exact selection of the natural tone of the vibrations of the test structure by exposure to a sequence of shock pulses at the points of location of the antinodes of vibrations; excited tone and automatic maintenance of phase resonance conditions at a constant level of oscillation.
К недостаткам данного способа испытаний следует отнести то, что, улучшая характер испытательного воздействия на объект, этот способ не решает задачу адекватности этого воздействия характеристикам объекта. Этот недостаток аналогичен недостатку предыдущего способа динамических испытаний зданий и сооружений.The disadvantages of this test method include the fact that, improving the nature of the test effect on the object, this method does not solve the problem of the adequacy of this effect to the characteristics of the object. This disadvantage is similar to the disadvantage of the previous method of dynamic testing of buildings and structures.
В патенте РФ №2141635 «Способ динамических испытаний зданий и сооружений и устройство для его осуществления» возбуждение колебаний испытуемого объекта осуществляется так же, как и в предыдущих способах, на собственных частотах. Возбуждение колебаний объекта реализуется воздействием на него последовательностью ударных импульсов, а отклики объекта на эти импульсы суммируют по амплитуде. Динамические характеристики испытуемого объекта определяют по измеренным параметрам суммарных колебаний. Отличие от предыдущих способов состоит лишь в методике измерений динамических характеристик объекта. Поэтому все отмеченные выше недостатки также относятся к этому способу.In the patent of the Russian Federation No. 2141635 "Method for dynamic testing of buildings and structures and a device for its implementation" the vibration of the test object is excited in the same way as in the previous methods, at natural frequencies. Excitation of object vibrations is realized by the action of a sequence of shock pulses on it, and the object's responses to these pulses are summed in amplitude. The dynamic characteristics of the test object are determined by the measured parameters of the total oscillations. The difference from the previous methods consists only in the method of measuring the dynamic characteristics of the object. Therefore, all the above disadvantages also apply to this method.
Патент RU 2399032 «Способ испытаний оборудования на механические. воздействия», является наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности.Patent RU 2399032 “Method for testing mechanical equipment. impact "is the closest to the claimed method according to the technical nature.
Этот способ заключается в нагружении испытуемого объекта заданными случайными широкополосными вибрационными и ударными и гармоническими нагрузками. Вибрационные испытания проводят по методу качающейся частоты, когда частоту вибрации плавно изменяют в заданном диапазоне частот от нижней границы частоты к верхней и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течение определенного времени, или испытания по методу случайной широкополосной вибрации, когда одновременно возбуждают все резонансные частоты объекта. За критерий подобия. реальному процессу принята спектральная плотность мощности виброускорений. Ударные испытания проводят по методу ударных спектров ускорений, когда не важен вид воздействия, а важна реакция на это воздействие. При этом динамические испытания проводят в комбинированном режиме. Во-первых, определяют резонансные частоты объекта испытаний во всем нормируемом частотном диапазоне и устанавливают частотные диапазоны, в которых проводят замену случайной широкополосной вибрации эквивалентной ей гармонической вибрацией и в процессе испытаний проводят соответствующие измерения. Сравнение полученных значений динамических деформаций и перемещений с нормативными значениями позволяет проверить условия эксплуатации.This method consists in loading the test object with given random broadband vibrational and shock and harmonic loads. Vibration tests are carried out according to the oscillating frequency method, when the vibration frequency is smoothly changed in a predetermined frequency range from the lower frequency boundary to the upper and vice versa, with the preset vibration parameters being constant for a certain time, or random broadband vibration testing, when all resonant frequencies of the object are simultaneously excited . For the criterion of similarity. the real process adopted spectral power density of vibration acceleration. Impact tests are carried out according to the method of shock acceleration spectra when the type of impact is not important, but the reaction to this effect is important. In this case, dynamic tests are carried out in a combined mode. Firstly, the resonance frequencies of the test object are determined in the entire normalized frequency range and frequency ranges are established in which random broadband vibration is replaced with its equivalent harmonic vibration and the corresponding measurements are carried out during the tests. Comparison of the obtained values of dynamic deformations and displacements with standard values allows you to check the operating conditions.
Этот способ отличается от предыдущих тем, что авторы его расширяют частотный диапазон спектра воздействия, что является безусловным достоинством данного способа испытаний. Однако следует указать и на его недостатки.This method differs from the previous ones in that its authors extend the frequency range of the exposure spectrum, which is an absolute advantage of this test method. However, its disadvantages should also be pointed out.
Недостатком этого способа испытаний является то, что одна или несколько собственных и резонансных частот, на которых проводятся испытания, не отражают всех особенностей амплитудно-частотной характеристики конструкции или системы как объекта испытаний. Даже при охвате всего диапазона частот амплитудно-частотной>; характеристики объекта вышеуказанным испытательным сигналом случайной широкополосной вибрации не достигается полного согласования комплексного спектра испытательного сигнала с параметрами комплексного коэффициента передачи конструкции. Это происходит вследствие того, что поскольку широкополосные вибрационные и ударные нагрузки, используемые в известном способе-прототипе испытаний представляют собой случайные процессы, то как амплитуды, так и фазы составляющих спектра воздействия никак не коррелированны с соответствующими как амплитудами, так и фазами составляющих амплитудно-частотной характеристики испытуемого объекта.The disadvantage of this test method is that one or more natural and resonant frequencies at which the tests are carried out do not reflect all the features of the amplitude-frequency characteristics of the structure or system as the test object. Even when covering the entire frequency range of the amplitude-frequency>; The characteristics of the object with the above test signal of random broadband vibration do not achieve full coordination of the complex spectrum of the test signal with the parameters of the complex transmission coefficient of the structure. This is due to the fact that since the broadband vibration and shock loads used in the known prototype test method are random processes, both the amplitudes and phases of the components of the exposure spectrum are in no way correlated with the corresponding amplitudes and phases of the components of the amplitude-frequency characteristics of the test object.
Причины указанного несоответствия можно конкретизировать так:The reasons for this discrepancy can be specified as follows:
1. Если существуют соотношения в интенсивности между частотными составляющими амплитудно-частотной характеристики объекта, требующие согласованных соотношений от частотных составляющих спектра воздействия для получения максимального результата, то случайный характер интенсивности частотных составляющих спектра воздействия не будет соответствовать этим требованиям вообще и если будет, то с весьма малой долей вероятности, определяемой самой случайностью испытательного процесса.1. If there are correlations in the intensity between the frequency components of the amplitude-frequency characteristics of the object that require consistent ratios from the frequency components of the exposure spectrum to obtain the maximum result, then the random nature of the intensity of the frequency components of the exposure spectrum will not meet these requirements at all and if so, with low probability, determined by the very randomness of the test process.
2. Если существуют фазовые соотношения между частотными составляющими фазочастотной характеристики объекта, требующие согласованных с ними фазовых соотношений между частотными составляющими спектра воздействия для получения максимального результата, то случайный характер фазовых соотношений между частотными составляющими спектра воздействия не будет соответствовать этим требованиям вообще и если будет, то с весьма малой долей вероятности, определяемой самой случайностью этого процесса.2. If there are phase relationships between the frequency components of the phase-frequency characteristics of the object, requiring phase relationships that are consistent with them between the frequency components of the exposure spectrum to obtain the maximum result, then the random nature of the phase relationships between the frequency components of the exposure spectrum will not meet these requirements at all and if so, then with a very small fraction of probability, determined by the very randomness of this process.
Вследствие этих причин несогласованности параметров воздействия с параметрами объекта испытаний все испытательные сигналы рассмотренных выше способов-аналогов не могут обеспечить максимально возможный отклик объекта, который мог бы обнаружить в процессе испытаний наиболее опасные отклонения параметров конструкции. Эти отклонения параметров могут быть выявлены только при согласовании упомянутых выше параметров испытательного сигнала с параметрами объекта испытаний.Due to these reasons, the impact parameters are not consistent with the parameters of the test object, all test signals of the analogous methods discussed above cannot provide the maximum possible response of the object, which could detect the most dangerous deviations of the design parameters during testing. These deviations of the parameters can be detected only by coordinating the above parameters of the test signal with the parameters of the test object.
Представленное в перечисленных выше аналогах многообразие способов испытаний конструкций с помощью различных испытательных сигналов, свидетельствует о стремлении авторов найти наиболее эффективный способ воздействия на конструкцию или систему с целью получения такого результата испытаний, который должен дать наилучший ответ на вопрос о состоянии объекта с точки зрения его надежности в процессе эксплуатации. При этом во всех способах воздействия на объект варьируется характер сигналов, затрагивающих в различной степени частотный диапазон его АЧХ.The variety of methods for testing structures using various test signals presented in the above analogs testifies to the authors' desire to find the most effective way of influencing a structure or system in order to obtain a test result that should give the best answer to the question about the state of an object from the point of view of its reliability during operation. Moreover, in all methods of influencing an object, the nature of the signals varies, affecting to varying degrees the frequency range of its frequency response.
При этом не решается задача создания критерия, в соответствии с которым может формироваться входной испытательный сигнал, обеспечивающий решение поставленной. задачи получения максимально возможного отклика или реакции объекта или системы.At the same time, the task of creating a criterion is not solved in accordance with which an input test signal can be generated that provides a solution to the set. the task of obtaining the maximum possible response or reaction of an object or system.
Патент RU 2569636 «Способ динамических испытаний конструкций и систем на механические и электронные воздействия», является наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности, что позволяет использовать его в качестве прототипа. В этом способе в точке приложения испытательного воздействия соотношения в интенсивности между частотными составляющими спектра воздействия и их фазовыми соотношениями для получения максимального результата при приложении воздействия в любой одной точке системы согласуются с частотными составляющими амплитудно-частотной характеристики объекта и их фазовыми соотношениями.Patent RU 2569636 "Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects", is the closest to the claimed method in technical essence, which allows it to be used as a prototype. In this method, at the point of application of the test exposure, the intensity relationships between the frequency components of the exposure spectrum and their phase relationships to obtain the maximum result when the application is applied at any one point in the system are consistent with the frequency components of the amplitude-frequency characteristics of the object and their phase relationships.
К недостатку этого способа-прототипа относится отличие характера испытательного воздействия и его локализации, т.е. места приложения испытательного воздействия на объекте испытаний, конструкции или системе, от характера реального воздействия и его реальной локализации на реальном объекте, находящемуся в реальных условиях эксплуатации. Смысл этих недостатков состоит в следующем. Реальные нагрузки на конструкцию, т.е. объект испытаний, прикладываются ко всей или некоторой части его поверхности, т.е. к совокупности точек объекта, обладающего распределенными параметрами. При этом реакция на эти реальные нагрузки в любой точке конструкции есть результат внешнего воздействия нагрузки не на одну, как предложено в способе-прототипе, а одновременно на целый ряд ее точек. Поэтому выполнение условий согласования параметров объекта испытаний и параметров испытательного воздействия в одной точке, достигнутые в способе - прототипе, являются условиями недостаточными.The disadvantage of this prototype method is the difference in the nature of the test effect and its localization, i.e. the place of application of the test effect at the test object, structure or system, from the nature of the real impact and its real localization at the real object located in real operating conditions. The meaning of these shortcomings is as follows. Real load on the structure, i.e. the test object is applied to all or some part of its surface, i.e. to the set of points of an object with distributed parameters. Moreover, the reaction to these real loads at any point in the structure is the result of the external impact of the load not on one, as proposed in the prototype method, but also on a number of its points. Therefore, the fulfillment of the conditions for coordination of the parameters of the test object and the parameters of the test effect at one point, achieved in the prototype method, are insufficient conditions.
Достаточность этих условий является объектом исследований и доказательств в предлагаемом способе испытаний.The sufficiency of these conditions is the object of research and evidence in the proposed test method.
В предлагаемом способе испытаний в отличие от способа - прототипа формируется групповой сигнал как совокупность различных испытательных сигналов, воздействующих не на одну, а на n точек объекта испытаний.In the proposed test method, in contrast to the prototype method, a group signal is formed as a set of different test signals that act on not one but n points of the test object.
При этом каждый из сигналов в группе n сигналов формируется путем обработки сигнала-реакции объекта на свой ударный импульс в точке наблюдения.Moreover, each of the signals in the group of n signals is formed by processing the signal-reaction of the object to its shock pulse at the observation point.
При одновременном групповом воздействии испытательных сигналов в n точках реакция объекта в точке наблюдения будет результатом воздействия не одного, а группы сигналов, каждый из которых согласован по своим свойствам с реакцией объекта в точке наблюдения на свой ударный импульс.With the simultaneous group action of test signals at n points, the reaction of the object at the observation point will be the result of the influence of not one but a group of signals, each of which is consistent in its properties with the reaction of the object at the observation point to its shock pulse.
Такой групповой сигнал является уникальным в том смысле, что при той же мощности воздействия, создает в точке наблюдения самую максимальную реакцию по сравнению с комбинацией любых других сигналов, воздействующих на те же точки.Such a group signal is unique in the sense that, at the same exposure power, it creates the maximum response at the observation point compared with the combination of any other signals acting on the same points.
Таким образом, достаточность условий согласования испытательного воздействия и объекта испытаний состоит и в характере согласованных с объектом испытательных сигналов, и в их локализации по отношению к объекту испытаний, которые будучи наиболее близки к характеру и локализации реальных воздействий нагрузки на объект, обеспечивают по сравнению с другими видами испытательных воздействий, обладающими той локализацией, максимальную реакцию объекта.Thus, the sufficiency of the conditions for matching the test effect and the test object consists both in the nature of the test signals matched with the object and in their localization with respect to the test object, which, being closest to the nature and localization of the actual effects of the load on the object, provide in comparison with others types of test influences possessing that localization, the maximum reaction of the object.
Это позволит обеспечить возможность обнаружения в процессе испытаний таких опасные отклонений параметров конструкции, которые не могут быть обнаружены известными способами испытаний.This will make it possible to detect during the testing process such dangerous deviations of structural parameters that cannot be detected by known test methods.
Технический результат заключается в получении многоточечного способа формирования группового испытательного сигнала, при котором локализация испытательного воздействия, действующего одновременно в n точках, достаточно близка к реальному пространственному распределению нагрузок на объект, а характер этого испытательного воздействия согласован с характеристиками объекта испытаний таким образом, что при испытаниях обеспечивается достижение максимальной величины отклика объекта испытаний по сравнению с реакцией объекта на комбинацию любых других n одновременно действующих точечных воздействий той же мощности и в тех же точках объекта испытаний, что обеспечивает возможность обнаружения опасных отклонений параметров объекта испытаний.The technical result consists in obtaining a multi-point method for generating a group test signal, in which the localization of the test action acting simultaneously at n points is sufficiently close to the actual spatial distribution of loads on the object, and the nature of this test effect is consistent with the characteristics of the test object in such a way that during testing the maximum response of the test object is achieved in comparison with the reaction of the object to the combination any other n simultaneously acting point effects of the same power and at the same points of the test object, which makes it possible to detect dangerous deviations of the parameters of the test object.
Технический результат достигается тем, что в способе динамических испытаний конструкций и систем на механические и электронные воздействия, заключающемся в нагружении испытуемой конструкции путем воздействия последовательностью ударных импульсов и получении сигналов-откликов в любой точке, где формируют их цифровые отсчеты с помощью аналого-цифрового преобразователя, ограничивают во времени последовательность этих отсчетов, формируют с помощью инвертора зеркальную последовательность этих отсчетов, формируют из последовательности упомянутых отсчетов с помощью цифро-аналогового преобразователя одиночный аналоговый испытательный сигнал, подаваемый на первый вход сумматора, с выхода которого сигнал поступает на вход линии задержки, в которой задерживается на время, равное удвоенной длительности сигнала, и поступает на вход сумматора, к которому подключен выход линии задержки, а с выхода сумматора, соединенного с входом усилителя мощности, сигнал поступает на вход усилителя мощности, с выхода которого снимается периодическая последовательность испытательных импульсов необходимой мощности, которые подают на исполнительный механизм, воздействующий на конструкцию, как объект динамических испытаний, в точке его нагружения вышеупомянутой последовательностью ударных импульсов, а измерение результата испытаний производят в точке фиксирования сигнала-отклика системы или конструкции, заданной последовательностью n ударных импульсов, следующих с интервалом Т, воздействуют поочередно на n точек конструкции, преобразуют создаваемые n механических колебаний в точке наблюдения конструкции в n электрических сигналов, из которых формируют с помощью аналого-цифрового преобразователя последовательность n групп цифровых отсчетов сигналов-откликов на каждый ударный импульс, ограничивают длительность каждой группы последовательности цифровых отсчетов интервалом Т, формируют зеркальные отображения двоичных символов в каждой группе цифровых отсчетов сигналов-откликов, и эту последовательность групп цифровых отсчетов подают на вход введенного и управляемого тактовыми импульсами с интервалом Т коммутатора, имеющего один вход и n выходов, с помощью которого распределяют подаваемую на вход введенного коммутатора последовательность групп цифровых отсчетов испытательных сигналов на n выходов этого коммутатора, соединенных со своими, соответствующими n сумматорами, на первые входы которых поступают последовательно группы цифровых отсчетов испытательных сигналов с соответствующих выходов коммутатора, а с выходов упомянутых n сумматоров эти сигналы поступают на входы соответствующих n линий задержки, в каждой из которых каждая цифровая группа сигналов задерживается на время, равное nT, т.е. произведению длительности каждой цифровой группы сигналов на количество упомянутых ударных импульсов n, а с выходов упомянутых линий задержки цифровые группы сигналов поступают на вторые входы своих n сумматоров, к выходам которых подключены n входов выравнивающих линий задержки с номерами входов k, где 1≤k≤n, причем, каждая из n выравнивающих линий задержки задерживает свой сигнал на время, равное (n-k)Т, и в результате этих задержек все n цифровых групп сигналов, поступающих на входы соответствующих выравнивающих линий задержки, и снимаемых с n выходов этих выравнивающих линий задержки, начинают действовать одновременно, а выходы n выравнивающих линий задержки соединены с n входами цифро-аналоговых преобразователей, которые из одновременно действующих зеркальных n цифровых групп испытательных сигналов формируют соответствующие n аналоговых испытательных сигналов, поступающих на входы соответствующих n усилителей мощности, с выходов которых снимаются периодически повторяющиеся последовательности n одновременно действующих усиленных групп испытательных сигналов соответствующей формы, которые подаются на n исполнительных механизмов, воздействующих одновременно на конструкцию, как объект динамических испытаний, в n точках его первоначального нагружения упомянутыми n ударными импульсами, а измерение результата испытаний производят в точке наблюдения сигнала-отклика системы или конструкции на групповые воздействия испытательного сигнала в n точках.The technical result is achieved by the fact that in the method of dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects, which consists in loading the test structure by applying a sequence of shock pulses and receiving response signals at any point where their digital readings are formed using an analog-to-digital converter, limit in time the sequence of these samples, form using an inverter a mirror sequence of these samples, form from the sequence and the said samples using a digital-to-analog converter, a single analog test signal is supplied to the first input of the adder, from which the signal is fed to the input of the delay line, which is delayed by a time equal to twice the signal duration, and fed to the input of the adder, to which it is connected the output of the delay line, and from the output of the adder connected to the input of the power amplifier, the signal goes to the input of the power amplifier, from the output of which a periodic sequence of test impulses is taken pulses of the required power, which are applied to the actuator acting on the structure as an object of dynamic tests at the point of loading by the aforementioned shock pulse sequence, and the measurement of the test result is made at the fixation point of the response signal of the system or structure specified by the sequence of n shock pulses, the following with an interval T, act alternately on n points of the structure, transform the generated n mechanical vibrations at the point of observation of the structure into n electric signals, from which, using an analog-to-digital converter, a sequence of n groups of digital samples of response signals per shock pulse is formed, the duration of each group of a sequence of digital samples is limited by the interval T, mirror images of binary symbols in each group of digital samples of response signals are generated, and this sequence of groups of digital samples is fed to the input of an input and controlled by clock pulses with an interval T of a switch having one input and n outputs, with the help of which the sequence of groups of digital samples of test signals supplied to the input of the input switch is distributed to n outputs of this switch connected to their own corresponding n adders, to the first inputs of which groups of digital samples of test signals from the corresponding outputs of the switch and from the outputs of the mentioned n adders these signals are fed to the inputs of the corresponding n delay lines, in each of which each digital group of signals is delayed for a time i equal to nT, i.e. the product of the duration of each digital group of signals by the number of the mentioned shock pulses n, and from the outputs of the mentioned delay lines, the digital groups of signals go to the second inputs of their n adders, the outputs of which are connected n inputs of the equalizing delay lines with input numbers k, where 1≤k≤n moreover, each of the n equalizing delay lines delays its signal for a time equal to (nk) T, and as a result of these delays, all n digital groups of signals arriving at the inputs of the corresponding equalizing delay lines are removed from the n outputs of these equalizing delay lines begin to operate simultaneously, and the outputs of the n equalizing delay lines are connected to n inputs of digital-to-analog converters, which from the simultaneously operating mirror n digital groups of test signals form the corresponding n analog test signals arriving at the inputs of the corresponding n amplifiers powers, from the outputs of which periodically repeating sequences of n simultaneously acting amplified groups of test signals are taken of the existing form, which are applied to n actuators acting simultaneously on the structure as an object of dynamic tests, at n points of its initial loading with the mentioned n shock pulses, and the measurement of the test result is carried out at the observation point of the response signal of the system or structure to the group effects of the test signal at n points.
На основании доказательства существования способа получения одновременно действующих на n точек объекта таких n испытательных сигналов, которые обеспечивают обнаружение его опасных состояний за счет получения максимально возможной реакции объекта испытаний в точке наблюдения по сравнению с результатом действия в тех же точках любой другой комбинации сигналов.Based on the evidence of the existence of a method for obtaining simultaneously n test signals acting on n points of an object such n test signals that ensure the detection of its dangerous states by obtaining the maximum possible reaction of the test object at the observation point compared to the result of the action at the same points of any other signal combination.
Рассмотрим динамическую систему как систему с n входами и одним выходом. На ее n входов подаются одновременно внешние воздействия определенной формы, а на выходе возникает ответная реакция. При таком подходе, основная задача - это поиск некоторой комбинации испытательных воздействий, обеспечивающих экстремальное реакцию системы на ее выходе, т.е. в определенном смысле - резонанс.Consider a dynamic system as a system with n inputs and one output. At its n inputs, external influences of a certain form are fed simultaneously, and a response occurs at the output. With this approach, the main task is to search for some combination of test actions that provide an extreme response of the system at its output, i.e. in a sense, resonance.
При этом резонанс рассматривается как свойство системы с внешним описанием. Это свойство альтернативно традиционному резонансу системы с внутренним описанием.In this case, resonance is considered as a property of a system with an external description. This property is alternative to the traditional resonance of a system with an internal description.
Введем обобщение, состоящее в том, что на входах такой резонансной системы могут действовать ряд сигналов со сложными формами.We introduce a generalization consisting in the fact that at the inputs of such a resonant system a number of signals with complex shapes can act.
Результатом наших исследований будет доказательство того факта, что в зависимости от формы этих сигналов только при определенном их сочетании на входе системы на ее выходе может появиться экстремальный сигнал, пиковое значение которого может существенно превышать значения выходного сигнала при любой другой комбинации сигналах нал входах.The result of our research will be a proof of the fact that, depending on the shape of these signals, only with a certain combination of them at the system input can an extreme signal appear at its output, the peak value of which can significantly exceed the value of the output signal for any other combination of signal inputs.
Практическая ценность такой задачи состоит в том, что на реальные системы действуют пространственно распределенные воздействия, которые могут быть с достаточной степенью приближения описаны конечным набором n воздействий на выделенные n точек системы. При действии на эти точки определенного сочетания внешних воздействий в системе может, как реакция системы, возникать резонанс, которого не ждут и который может привести к непредсказуемым последствиям. При этом иные сочетания автономных воздействий внешних сил на n входов системы подобного экстремального отклика на выходе системы не вызывают. При традиционном обследовании таких систем частотным методом резонансы в них не обнаруживаются. К таким системам могут относиться мостовые конструкции, отрезки железнодорожных путей с движущимися по ним составам и другие системы с ограниченной базой, находящиеся под воздействием внешних сил в разных точках.The practical value of this task is that spatially distributed effects act on real systems, which can be described with a sufficient degree of approximation by a finite set of n actions on selected n points of the system. Under the influence on these points of a certain combination of external influences in the system, as a reaction of the system, a resonance can arise that is not expected and which can lead to unpredictable consequences. Moreover, other combinations of the autonomous effects of external forces on the n inputs of the system do not cause such an extreme response at the output of the system. In the traditional examination of such systems by the frequency method, resonances are not detected in them. Such systems may include bridge structures, sections of railway tracks with trains moving along them, and other systems with a limited base that are under the influence of external forces at different points.
Поэтому, при вариации видов и параметров входных сигналов необходимо, установить в ней явление резонанса и предупредить нежелательные его последствия. Такой вид резонанса, конечно, будет резонансом формы, и мы определим его как матричный резонанс формы. При этом необходимо показать, что в случае векторной совокупности входных сигналов при определенной их параметризации на выходе системы может иметь место экстремальный отклик, величина которого в некоторый момент времени больше, чем для любой иной комбинации входных сигналов.Therefore, when varying the types and parameters of input signals, it is necessary to establish the resonance phenomenon in it and prevent its undesirable consequences. This kind of resonance, of course, will be the resonance of the form, and we will define it as the matrix resonance of the form. It is necessary to show that in the case of a vector set of input signals with a certain parameterization at the system output, an extreme response can occur, the magnitude of which at some point in time is greater than for any other combination of input signals.
Рассмотрим явление резонанса в линейной стационарной динамической системе с постоянными параметрами, в которой имеется n входов и один выход. Пусть сигнал имеет n-мерное пространство состояний и вектор пространства состояний в момент t:Consider the resonance phenomenon in a linear stationary dynamic system with constant parameters, in which there are n inputs and one output. Let the signal have an n-dimensional state space and a state space vector at time t:
Тогда модель n×1 системы в матричном виде может быть представлена уравнениями:Then the n × 1 model of the system in matrix form can be represented by the equations:
Здесь А - n×n матрица переходов состояния, удовлетворяющих условиям устойчивости, В - матрица входовHere A is an n × n matrix of state transitions satisfying stability conditions, B is a matrix of inputs
Положим для упрощения D=[d1, d2, … dn]=[0, 0, … 0],For simplicity, we put D = [d 1 , d 2 , ... d n ] = [0, 0, ... 0],
что соответствует случаю отсутствия прямого прохождения сигнала с входа на выход.which corresponds to the absence of direct signal passage from input to output.
Известно, что (2) имеет решение в плоскости комплексной переменной:It is known that (2) has a solution in the plane of a complex variable:
при нулевых начальных условиях.under zero initial conditions.
I - единичная матрица.I is the identity matrix.
Для выхода будем иметь:To exit, we will have:
Матрица размера - (1×n) с коэффициентами, зависящими от р (комплексной переменной) С(pI-А)-1⋅В=K(р) - имеет смысл матричной передаточной функции вида:The size matrix is (1 × n) with coefficients depending on p (complex variable) С (pI-А) -1 ⋅В = K (p) - it makes sense of a matrix transfer function of the form:
Реакция системы будет иметь вид:The reaction of the system will be:
где Ki(p) - передаточная функция с i входа на выход.where K i (p) is the transfer function from i input to output.
Ki(p) - представляют собой дробно-рациональные функции многочленов, стоящих в числителе и знаменателе и зависящих от коэффициентов матриц:K i (p) - are the rational fractional functions of polynomials in the numerator and denominator and depending on the coefficients of the matrices:
А, В и С. Полюса Ki(p) определяются соответствующими числами матрицы А. Если обозначить соответствующие оригиналы передаточной функции как:A, B and C. The poles K i (p) are determined by the corresponding numbers of the matrix A. If we designate the corresponding originals of the transfer function as:
то можно считать, что этот набор функций определяет матричную импульсную, характеристику системы (7), т.е.then we can assume that this set of functions determines the matrix impulse response of system (7), i.e.
Функции hn(t)i назовем импульсными характеристиками по i-входу.The functions h n (t) i will be called the impulse responses at the i-input.
Выражение (6) можно интерпретировать как декомпозицию произвольной линейной системы с постоянными параметрами, описываемую обыкновенными дифференциальными уравнениями и имеющую n - входов и один выход.Expression (6) can be interpreted as a decomposition of an arbitrary linear system with constant parameters, described by ordinary differential equations and having n inputs and one output.
Такая система может быть представлена блок-схемой матричного резонатора общего вида (фиг. 1).Such a system can be represented by a block diagram of a general-type matrix resonator (Fig. 1).
Можно обобщить эту модель на все линейные стационарные системы, в том числе описываемые не только обыкновенными дифференциальными уравнениями, поскольку для всех них также можно представить связь n входов и одного выхода через парциальные передаточные функции, образующие матричную импульсную характеристику (7). Только в этом случае Ki(p) не будут дробно - рациональными функциями переменной р.This model can be generalized to all linear stationary systems, including those described not only by ordinary differential equations, since for all of them it is also possible to represent the relationship of n inputs and one output through partial transfer functions that form a matrix impulse response (7). Only in this case K i (p) will not be rationally rational functions of the variable p.
Покажем, что когда на входах системы действуют сигналы u1(t)u2(t)…un(t), которые связаны с парциальными импульсными характеристиками соотношением:We show that when the signals u 1 (t) u 2 (t) ... u n (t) act on the inputs of the system, which are associated with partial impulse characteristics by the ratio:
то на выходе будет иметь место экстремальный отклик, т.е. будет иметь место матричный резонанс формы.then the output will have an extreme response, i.e. there will be a matrix resonance of the form.
Сначала рассмотрим выражение (8) в частотной области. Для этого применим преобразование Лапласа и учтем зеркальность по времени этой функции в правой части. При вычислении получим следующее выражение через матричную передаточную функцию системы;First, we consider expression (8) in the frequency domain. To do this, we apply the Laplace transform and take into account the time specularity of this function on the right-hand side. In the calculation, we obtain the following expression through the matrix transfer function of the system;
Это решение может рассматриваться и как решение вариационной задачи на множестве всех функций входных сигналов при фиксированной энергии каждого из них. При этом вариация должна осуществляться как формой каждого сигнала, так и числом ненулевых сигналов, добиваясь уникального сочетания сигналов на n входах, обеспечивающего появление непредсказуемого резонансного значения сигнала на выходе системы. Выражение для сигнала на выходе системы при этом будет иметь вид:This solution can also be considered as a solution to the variational problem on the set of all functions of the input signals at a fixed energy of each of them. In this case, the variation should be carried out both by the shape of each signal and by the number of nonzero signals, achieving a unique combination of signals at n inputs, ensuring the appearance of an unpredictable resonant signal value at the system output. The expression for the signal at the output of the system will look like this:
или 
где u1(t)u2(t)…un(t) - входные сигналы, а hk(t) - импульсные характеристики. Приведенное решение для многих систем может дать в качестве сигнала физически нереализуемую функцию (например, монотонно возрастающую до бесконечности). Далее мы приведем особенности решения с учетом требования финитности во времени находимого решения.where u 1 (t) u 2 (t) ... u n (t) are input signals, and h k (t) are impulse characteristics. The given solution for many systems can give a physically unrealizable function (for example, monotonically increasing to infinity) as a signal. Next, we present the features of the solution, taking into account the requirement of finiteness in time of the solution found.
Известно, что каждый из возможных входных сигналов при t≤0 ui(t)=0. При образовании импульсной характеристики из такого сигнала с помощью его «зеркального» отображения и сдвига на величину Т эта характеристика hi(t)=0 при t≥T. Эта оговорка не может заменить строго математического представления импульсной характеристики на временном интервале в бесконечных пределах. Такое представление может быть сделано с помощью «окна» вида [1(t)-1(t-T)], умноженного на функцию входного сигнала, т.еIt is known that each of the possible input signals at t≤0 u i (t) = 0. When the impulse response is formed from such a signal using its “mirror” display and shift by the value of T, this characteristic h i (t) = 0 at t≥T. This disclaimer cannot replace the strictly mathematical representation of the impulse response over a time interval in infinite limits. Such a representation can be made using a “window” of the form [1 (t) -1 (tT)] multiplied by the function of the input signal, ie
u1(t)⋅[1(t)-1(t-T)]u 1 (t) ⋅ [1 (t) -1 (tT)]
Тогда в общем случае:Then in the general case:
1. Функция сигнала и его изображение будут иметь вид:1. The signal function and its image will look like:
где K*(p) - изображение сопряженного комплекса передаточной функции системы, которая имеет вид:where K * (p) is the image of the conjugate complex of the transfer function of the system, which has the form:
2. Функция «окна» и его изображение:2. The "window" function and its image:
3. Изображение произведения функций входного сигнала и «окна» с использованием вычетов в полюсах будет иметь вид:3. The image of the product of the functions of the input signal and the “window” using residues at the poles will look like:
где 
Корни знаменателя: z1=-α1, z2=-α2, … zn=-αn, zn+1=р.The roots of the denominator: z 1 = -α 1 , z 2 = -α 2 , ... z n = -α n , z n + 1 = p.
Итак, для системы с заданной передаточной функцией изображение Лапласа для финитной функции входного сигнала в общем случае будет иметь вид:So, for a system with a given transfer function, the Laplace image for a finite function of the input signal in the general case will look like:
При этом будет выполняться 
Покажем теперь, что найденное решение для сигнала, названного резонансным, имеет экстремальное свойство. Для любой парциальной системы, т.е. для каждого входа можно записать:We show now that the solution found for the signal called resonance has an extreme property. For any partial system, i.e. for each input you can write:
где 
Этот коэффициент пропорциональности является фиксированной величиной для; линейной системы и связан с определением импульсной характеристики, размерность которой 1/сек. Когда мы говорим, что подаем на вход сигнал, равный зеркальной импульсной характеристике, то имеем в виду, что совпадают формы, а равенство существует с некоторым коэффициентом размерности (сек). Физический смысл этого, коэффициента обычно связывают с временем интегрирования в системе, те с длительностью импульсной характеристики. Этот коэффициент будет присутствовать и в равенствах содержащих ВКФ и АКФ взаимнокорреляционной функции и автокорреляционной функции).This proportionality coefficient is a fixed value for; linear system and is associated with the determination of the impulse response, the dimension of which is 1 / sec. When we say that we apply a signal equal to the mirror impulse response to the input, we mean that the shapes coincide, and the equality exists with a certain dimension coefficient (sec). The physical meaning of this coefficient is usually associated with the integration time in the system, those with the duration of the impulse response. This coefficient will also be present in the equalities of the interfacial correlation function and the autocorrelation function containing VKF and ACF).
Из выражения (18) нетрудно видеть, что максимальное значение сигнала на выходе линейной системы с одним входом и одним выходом при резонансе формы будет:From expression (18) it is easy to see that the maximum value of the signal at the output of a linear system with one input and one output at the shape resonance will be:
т.е. в том случае, когда сигнал описывается функцией, являющейся зеркальной во времени функции импульсной характеристики парциального канала. Тогда каждый парциальный выходной сигнал воспроизводит во времени сдвинутую АКФ входного сигнала, причем так, что максимум на выходе достигается в момент Т По определению АКФ сигнала конечной длительности имеет размерность энергии в точке Т и равна энергии сигнала. Это определяет максимально возможное пиковое значение на выходе парциального канала.those. in the case when the signal is described by a function that is the time-mirror function of the impulse response of the partial channel. Then each partial output signal reproduces in time the shifted ACF of the input signal, so that the maximum output is reached at time T. By definition, the ACF of a signal of finite duration has an energy dimension at point T and is equal to the signal energy. This determines the maximum possible peak value at the output of the partial channel.
Если n входных сигналов окажутся такими, что для каждого парциального канала будут выполнены условия (19) для одного и того же момента времени Т то, на выходе образуется сигнал с пиковым значением, которое будет существенно превышать значения выходного сигнала по сравнению с любыми другими сигналами на тех же n входах системы. Этому условию соответствует выражение:If n input signals turn out to be such that for each partial channel conditions (19) are satisfied for the same instant of time T, then a signal with a peak value is formed at the output, which will significantly exceed the value of the output signal compared to any other signals by the same n system inputs. This condition corresponds to the expression:
Очевидно, что большего пикового значения, чем указанное в выражении (20) на выходе данной линейной системы при фиксированной энергии входных сигналов получить невозможно.Obviously, it is impossible to obtain a larger peak value than that specified in expression (20) at the output of this linear system with a fixed energy of input signals.
Приведенные теоретические доказательства и заключение были проверены экспериментально методом моделирования матричного резонанса на диффузной линии как системы с распределенными параметрами.The above theoretical evidence and conclusion were verified experimentally by modeling the matrix resonance on a diffuse line as a system with distributed parameters.
Диффузные линии для различных систем и конструкций имеют различную физическую природу, а физические процессы, протекающие в упомянутых системах, описываются уравнениями диффузии, представляющими собой дифференциального уравнения в частных производных нестационарного и стационарного типа. Эти уравнения представляют собой частные случаи уравнений математической физики. К ним относится уравнение, описывающее распространение тепла в однородном стержне. Это уравнение имеет вид:Diffuse lines for various systems and structures have a different physical nature, and the physical processes that occur in these systems are described by diffusion equations, which are partial differential equations of a non-stationary and stationary type. These equations are particular cases of equations of mathematical physics. These include an equation describing the distribution of heat in a homogeneous rod. This equation has the form:
при начальных условиях: Q(x,0)=Q0(x) и -∞≤x≤∞,under the initial conditions: Q (x, 0) = Q 0 (x) and -∞≤x≤∞,
Здесь Q(x, t) - температура, x - расстояние от одного из концов однородного стержня, по которому распространяется тепловой поток, t - время, а - положительная константа, являющаяся аналогом коэффициента затухания, определяющая скорость распространения тепла.Here Q (x, t) is the temperature, x is the distance from one of the ends of the homogeneous rod along which the heat flux propagates, t is time, and is a positive constant, which is an analog of the attenuation coefficient, which determines the speed of heat propagation.
Совершенно очевидно, что уравнение (21) описывает систему с распределенными параметрами.It is obvious that equation (21) describes a system with distributed parameters.
Постановка задачиFormulation of the problem
1. Необходимо определить для нескольких входов системы вид одновременно действующих сигналов, вызывающих экстремальную реакцию на выходе системы.1. It is necessary to determine for several inputs of the system the form of simultaneously acting signals that cause an extreme reaction at the output of the system.
2. В качестве импульсной характеристики, соответствующей уравнению системы используется функция Грина, поскольку соответствующий ей сигнал вызовет в определенный момент времени максимальную реакцию на выбранном выходе системы.2. As the impulse response corresponding to the equation of the system, the Green function is used, since the corresponding signal will cause a maximum reaction at a certain point in time at the selected output of the system.
3. Необходимо зафиксировать координату выхода системы и, выбрав произвольно координаты ряда входных точек системы, определить для каждой из них функцию Грина по отношению к выходу системы.3. It is necessary to fix the coordinate of the output of the system and, choosing arbitrarily the coordinates of a number of input points of the system, determine for each of them the Green's function with respect to the output of the system.
4. Необходимо сформировать для всех выбранных входов соответствующие зеркально-смещенные сигналы и подать их на соответствующие входы системы.4. It is necessary to form corresponding mirror-shifted signals for all selected inputs and apply them to the corresponding system inputs.
5. Определить результирующий сигнал, т.е. отклик системы с помощью операции свертки зеркально-смещенных сигналов с соответствующими импульсными характеристиками и последующего суммирования результатов свертки.:5. Determine the resulting signal, ie the response of the system using the convolution operation of mirror-shifted signals with the corresponding impulse characteristics and the subsequent summation of the convolution results .:
6. Убедиться по характеру отклика о наличии матричного резонанса в системе.6. Verify the nature of the response of the presence of matrix resonance in the system.
Решение задачиThe solution of the problem
Для системы с распределенными параметрами функция Грина имеет вид:For a system with distributed parameters, the Green function has the form:
Это так называемая функция источника для уравнения системы с распределенными параметрами или ее импульсная характеристика.This is the so-called source function for the equation of a system with distributed parameters or its impulse response.
Вначале выберем одну точку входа ξ1 и одну точку выхода х1, т.е. точки, для которых импульсная характеристика будет иметь вид:First, we choose one entry point ξ 1 and one exit point x 1 , i.e. points for which the impulse response will be:
Очевидно, что разность между входом и выходом может быть представлена как dk=(x1-ξ1).Obviously, the difference between the input and output can be represented as d k = (x 1 -ξ 1 ).
Если произвести замену 
Если, например, произвольно выбрать 4 входа так, чтобы для них разность dm принимала значения:If, for example, you randomly select 4 inputs so that for them the difference d m takes values:
d1=0,5; d2=1; d3=1,5; d4=2, то полученная совокупность импульсных характеристик по всем входам в интервале от τ=0 до τ=10 через Δτ=0,1 и их сумма будут иметь вид, представленный на фиг. 2.d 1 = 0.5; d 2 = 1; d 3 = 1.5; d 4 = 2, then the resulting set of impulse responses for all inputs in the interval from τ = 0 to τ = 10 through Δτ = 0.1 and their sum will have the form shown in FIG. 2.
Соответственно, чем больше растояние dm, тем меньше максимум импульсной, характеристики.Accordingly, the greater the distance d m , the lower the maximum impulse response.
Для вычисления отклика системы необходимо определить вид сигнала, являющегося для каждого из входов «резонансным». В качестве такого сигнала, в частности, при импульсной характеристике (3), будет сигнал, являющийся ее смещено-зеркальным отображением вида:To calculate the response of the system, it is necessary to determine the type of signal, which is “resonant” for each of the inputs. As such a signal, in particular, with the impulse response (3), there will be a signal that is its offset-mirror image of the form:
где T - ограниченная длительность сигнала.where T is the limited duration of the signal.
Аналогичными, с учетом координаты, должны быть «резонансные» сигналы и по другим входам системы.Similar, taking into account the coordinates, there should be “resonant” signals at the other inputs of the system.
Для определения резонансного отклика системы на входные сигналы необходимо вычислить свертку каждого из этих сигналов с соответствующей импульсной характеристикой и просуммировать результаты.To determine the resonant response of the system to the input signals, it is necessary to calculate the convolution of each of these signals with the corresponding impulse response and add up the results.
Выражение для выходного сигнала системы как результата дискретной свертки входного сигнала и соответствующей импульсной характеристикой имеет вид:The expression for the output signal of the system as a result of a discrete convolution of the input signal and the corresponding impulse response has the form:
где 
Результат вычисления дискретной свертки для каждого их 4х случаев при длительности сигнала Т=n=100, Δτ=0,1 с последующим суммированием и получением максимального отклика системы представлен на фиг. 3.The result of calculating the discrete convolution for each of their 4 cases with a signal duration of T = n = 100, Δτ = 0.1, followed by summing and obtaining the maximum response of the system is shown in FIG. 3.
ЗаключениеConclusion
При одновременном воздействии сигналов на различных входах системы может наблюдаться экстремальная реакция на выходе, которая при определенных условиях может спровоцировать разрушение системы. Такой подход к испытаниям системы может оказаться полезным для установления ее запаса по устойчивости к возможным разрушениям. При этом частотный анализ может не обеспечить желаемых результатов, так как частотный резонанс в системе может отсутствовать вследствие значительных потерь в ней.With the simultaneous action of signals at various inputs of the system, an extreme reaction can be observed at the output, which under certain conditions can provoke the destruction of the system. Such an approach to testing the system may be useful for establishing its margin for resistance to possible damage. Moreover, the frequency analysis may not provide the desired results, since the frequency resonance in the system may be absent due to significant losses in it.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ получения из всех возможных видов испытательных сигналов такой совокупности n сигналов определенной формы, ограниченных во времени и действующих одновременно в n точках объекта испытаний, которая обеспечивает максимальную реакцию объекта испытаний в определенный момент времени. Такой совокупностью является набор сигналов, имеющих вид зеркальных отображений импульсных характеристик, полученных в выходной точке объекта испытаний при предварительном поочередном воздействии ударных нагрузок в n входных точках этого объекта. А это означает возможность выявления самых опасных отклонений параметров конструкции, которые не могут быть обнаружены с помощью известных способов испытаний.The essence of the invention lies in the fact that the proposed method of obtaining from all possible types of test signals of such a combination of n signals of a certain shape, limited in time and acting simultaneously at n points of the test object, which provides the maximum response of the test object at a certain point in time. Such a set is a set of signals having the form of mirror images of impulse responses obtained at the output point of the test object during the preliminary sequential impact of shock loads at n input points of this object. And this means the possibility of identifying the most dangerous deviations of design parameters that cannot be detected using known test methods.
Описание чертежа изобретения к патенту;Description of the drawing of the invention to the patent;
На фиг. 4 представлена совокупность функциональных блоков, реализующих в конечном итоге групповой испытательный сигнал, воздействующий на объект испытаний в соответствии с алгоритмом, отражающем сущность изобретения.In FIG. 4 presents a set of functional blocks that ultimately realize the group test signal acting on the test object in accordance with an algorithm that reflects the essence of the invention.
Представленная на фиг. 4 совокупность функциональных блоков включает в себя ударное устройство (блок 1), создающее в пределах одного цикла испытаний на своих n выходах последовательно с интервалом Т тактовые ударные n импульсов, воздействующие физически на объект испытаний в заданных n точках объекта испытаний (блок 2). Реакция объекта испытаний на каждый из последовательности n ударных импульсов, имеющая в точке наблюдения объекта испытаний вид различных механических колебаний, поступает на преобразователь механических колебаний в электрические аналоговые сигналы (блок 3), с выхода которого аналоговые сигналы поступают на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) - (блок 4), преобразующий аналоговые сигналы в последовательность групп цифровых отсчетов, каждая из которых ограничивается во времени интервалом Т в блоке 5. Полученная последовательность групп цифровых отсчетов поступает на вход преобразователя кодов (блок 6), в котором в каждой группе цифровых отсчетов путем перестановки двоичных символов формируется зеркальная, по отношению к исходной, последовательность групп цифровых отсчетов испытательного сигнала.Presented in FIG. 4, the set of functional blocks includes a percussion device (block 1), which creates within the same test cycle at its n outputs consecutively with an interval T clock shock n pulses that physically affect the test object at given n points of the test object (block 2). The reaction of the test object to each of the sequence of n shock pulses, which has the form of various mechanical vibrations at the point of observation of the test object, is fed to a mechanical vibration transducer into electrical analog signals (block 3), from the output of which analog signals are fed to the input of an analog-to-digital converter (ADC) ) - (block 4), converting analog signals into a sequence of groups of digital samples, each of which is limited in time by the interval T in
Группы цифровых отсчетов испытательного сигнала с выхода блока 6 подаются на вход коммутатора (блок 7), имеющего один вход и n выходов и управляемого тактовыми импульсами ударного устройства (блок 1). С n выходов коммутатора (блока 7) группы цифровых отсчетов последовательно по тактам направляются на входы n параллельных каналов, в каждом из которых соответствующая группа цифровых отсчетов поступает на первые входы своих сумматоров (блоки 8), с выхода которых через свои линий задержки (блоки 9) на время nT поступают на вторые входы своих сумматоров (блоков 8), образуя периодическую последовательность групп цифровых отсчетов. Периодическая последовательность групп цифровых отсчетов с выходов n сумматоров 8 поступает на входы своих выравнивающих линий задержки (блоков 10) с номерами входов k 1≤k≤n, причем, каждая из линий задержки задерживает свой сигнал на время, равное (n-k)Т, где Т - длительность группы цифровых отсчетов. В результате этого на выходах всех выравнивающих линий задержки все группы цифровых отсчетов появляются одновременно и действуют в одном и том же интервале времени Т.Groups of digital samples of the test signal from the output of
С выходов n выравнивающих линий задержки (блоков 10) группы цифровых отсчетов подаются на n входов цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) (блоков 11), преобразующих последовательность групп цифровых отсчетов каждого сигнала в последовательность одновременно действующих аналоговых испытательных сигналов длительностью Т. С выходов цифро-аналоговых преобразователей (блоков 11) испытательных сигналов всех параллельных каналов эти испытательные сигналы подаются на входы усилителей мощности (блоки 12), с выходов которых испытательные сигналы поступают на исполнительные механизмы (блоки 13), преобразующие аналоговые электрические испытательные сигналы в n одновременно действующих механических воздействий, приложенных в n точках объекта испытаний, а реакция объекта в точке наблюдения оценивается измерительной системой.From the outputs of n equalizing delay lines (blocks 10), groups of digital samples are fed to n inputs of digital-to-analog converters (DACs) (blocks 11), which convert a sequence of groups of digital samples of each signal into a sequence of simultaneously acting analog test signals of duration T. From the outputs of digital analog converters (blocks 11) of the test signals of all parallel channels, these test signals are fed to the inputs of the power amplifiers (blocks 12), from the outputs of which the test signals stumbles on actuators (blocks 13) for converting analog electrical test signals to n concurrent mechanical impact applied at n points of the test object, and object response at the observation point is evaluated measuring system.
Описанная блок-схема, представленная на фиг. 4, реализует предложенный способ испытаний, при котором групповые ударные воздействия испытательного сигнала в n точках конструкции или системы многократно с периодом nT повторяются после однократного действия на входе системы группы из n последовательных ударных импульсов. При этом прекращение процедуры испытаний инициируется оператором.The described block diagram shown in FIG. 4, implements the proposed test method, in which group shock effects of a test signal at n points of a structure or system are repeated many times with a period nT after a single action of a group of n consecutive shock pulses at the system input. In this case, the termination of the test procedure is initiated by the operator.
Реализация предложенного способа возможна и в однократном режиме испытаний, когда групповое воздействие испытательных сигналов в n точках конструкции или системы производится однократно. Для этого необходимо из блок-схемы, представленной на фиг. 4, исключить n сумматоров (блоков 8) и n линий задержек (блоков 9), обеспечивающих периодический процесс испытаний.Implementation of the proposed method is possible in a single test mode, when the group effect of the test signals at n points of the structure or system is performed once. For this, it is necessary from the block diagram shown in FIG. 4, exclude n adders (blocks 8) and n delay lines (blocks 9), providing a periodic test process.
На фиг. 5 представлена временная диаграмма работы системы, реализующей предложенный способ испытаний.In FIG. 5 is a timing diagram of a system that implements the proposed test method.
Последовательность периодических ударных импульсов на выходе блока 1 представлена на фиг. 5а.The sequence of periodic shock pulses at the output of
Последовательность аналоговых сигналов-реакций объекта испытаний на ударные импульсы на выходе блока 3 представлены на фиг. 5b.The sequence of analog signals-reactions of the object of shock impulse tests at the output of
Последовательность групп цифровых отсчетов соответствующих сигналов - реакций на ударные импульсы на выходе АЦП блока 4 представлены на фиг. 5с. The sequence of groups of digital samples of the corresponding signals — reactions to shock pulses at the output of the ADC of
Последовательность ограниченных интервалом Т зеркальных групп цифровых отсчетов на выходе блока 6 преобразователя кодов представлена на фиг 5d.The sequence of limited by the interval T mirror groups of digital samples at the output of
Последовательность сдвинутых на интервал Т друг от друга n зеркальных групп цифровых отсчетов на выходе коммутатора блока 7 представлена на фиг. 5е, f, g.The sequence of n mirror groups of digital samples shifted by the interval T from each other at the output of the
Одновременно действующие группы зеркальных цифровых отсчетов испытательных сигналов на выходах блоков 10 выравнивающих линий задержки представлены на фиг. 5h, i, k.Simultaneously operating groups of mirror digital samples of test signals at the outputs of
Одновременно действующие группы зеркальных аналоговых испытательных сигналов на выходах блоков цифро-аналоговых преобразователей блоков 11 представлены на фиг. 5l, m, n.At the same time, the operating groups of mirror analog test signals at the outputs of the blocks of digital-to-analog converters of the
Эти одновременно действующие аналоговые испытательные сигналы соответствующей мощности имеют место на выходах блоков усилителей мощности 12 и на входах исполнительных механизмов 13, осуществляющих одновременное испытательное воздействие в n точках объекта испытаний.These simultaneously operating analog test signals of the corresponding power take place at the outputs of the blocks of
Примечание:Note:
На фиг. 5. в интервале времени от 0 до nT представлена диаграмма первого цикла однократного режима испытаний. Второй цикл испытаний при многократном режиме начинается с момента nT.In FIG. 5. in the time interval from 0 to nT, a diagram of the first cycle of a single test mode is presented. The second test cycle in multiple mode starts from the moment nT.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107896A RU2702930C1 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107896A RU2702930C1 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2702930C1 true RU2702930C1 (en) | 2019-10-14 |
Family
ID=68280309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019107896A RU2702930C1 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2702930C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2787559C1 (en) * | 2021-10-22 | 2023-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4308796A1 (en) * | 1993-03-19 | 1994-09-22 | Seeliger Andreas Prof Dr Ing | Method and device for the monitoring and diagnosis of vibrationally excited components |
| RU2141635C1 (en) * | 1999-03-30 | 1999-11-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Центр исследований экстремальных ситуаций" | Method of dynamic tests of buildings and structures and gear for its implementation |
| DE19927693A1 (en) * | 1999-06-17 | 2000-12-21 | Ima Materialforschung Und Anwe | Method for determining structural resonances includes diagnostics based on accelerating signals from an equipment surface while looking for resonant frequencies stimulated by shock impacts. |
| RU2287794C9 (en) * | 2004-07-23 | 2007-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Method of testing impact for impact effect |
| RU2365965C2 (en) * | 2007-07-12 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Device for automatic control of loading during program endurance tests of mechanical structures |
| RU2569636C2 (en) * | 2014-03-04 | 2015-11-27 | Публичное акционерное общество "Нижегородский авиастроительный завод "Сокол" (ПАО "НАЗ "Сокол") | Method of dynamic testing of structures and systems on mechanical and electronic effects |
-
2019
- 2019-03-19 RU RU2019107896A patent/RU2702930C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4308796A1 (en) * | 1993-03-19 | 1994-09-22 | Seeliger Andreas Prof Dr Ing | Method and device for the monitoring and diagnosis of vibrationally excited components |
| RU2141635C1 (en) * | 1999-03-30 | 1999-11-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Центр исследований экстремальных ситуаций" | Method of dynamic tests of buildings and structures and gear for its implementation |
| DE19927693A1 (en) * | 1999-06-17 | 2000-12-21 | Ima Materialforschung Und Anwe | Method for determining structural resonances includes diagnostics based on accelerating signals from an equipment surface while looking for resonant frequencies stimulated by shock impacts. |
| RU2287794C9 (en) * | 2004-07-23 | 2007-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Method of testing impact for impact effect |
| RU2365965C2 (en) * | 2007-07-12 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Device for automatic control of loading during program endurance tests of mechanical structures |
| RU2569636C2 (en) * | 2014-03-04 | 2015-11-27 | Публичное акционерное общество "Нижегородский авиастроительный завод "Сокол" (ПАО "НАЗ "Сокол") | Method of dynamic testing of structures and systems on mechanical and electronic effects |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2787559C1 (en) * | 2021-10-22 | 2023-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Frandsen et al. | Detection of Solar-like oscillations in the G7 giant star ξ Hya | |
| Dehghan et al. | The use of Chebyshev cardinal functions for solution of the second‐order one‐dimensional telegraph equation | |
| Nagai | Pruning the decimation-in-time FFT algorithm with frequency shift | |
| RU2702930C1 (en) | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects | |
| Korenberg | Fast orthogonal algorithms for nonlinear system identification and time-series analysis | |
| Kusumawinahyu et al. | Linear theory for single and double flap wavemakers | |
| Kirikera et al. | A structural neural system for real-time health monitoring of composite materials | |
| Taylor et al. | Gravitational wave peak luminosity model for precessing binary black holes | |
| Kolakowski et al. | Damage identification by the dynamic virtual distortion method | |
| RU2569636C2 (en) | Method of dynamic testing of structures and systems on mechanical and electronic effects | |
| RU2718753C1 (en) | Device of the third decision circuit of accelerated search and efficient reception of broadband signals | |
| CN112684013B (en) | Design method of multi-wavelength electromagnetic ultrasonic transducer coil | |
| Giannoccaro et al. | A digital analysis of the experimental accelerometers data used for buildings dynamical identification | |
| RU2371736C2 (en) | Method for generation of current energy spectrum of receiver output signal, device for its realisation and method for distance measurement | |
| RU2787559C1 (en) | Method for dynamic testing of structures and systems for mechanical and electronic effects | |
| Ünver | Determination of stochastic model parameters of inertial sensors | |
| Jaenisch et al. | Converting data into functions for continuous wavelet analysis | |
| RU2399060C1 (en) | Method of analysing multiple frequency signals containing hidden periodicity | |
| HUONG et al. | Developing a method for determining the natural frequency of a structure using multiple combined measurements in the frequency domain | |
| Ryabov et al. | From chaotic to 1/f processes in solar mcw-bursts | |
| Park et al. | Reconstruction of mode shapes using Shannon's sampling theorem and its application to the nondestructive damage localization algorithm | |
| RU2808721C1 (en) | Device of the third decisive circuit for accelerated search and efficient reception of broadband signals | |
| RU2499268C1 (en) | Method to determine amplitude-phase frequency characteristic of dynamic object | |
| CN112487574B (en) | Combustion stability margin assessment method | |
| CN117111680A (en) | Multi-frequency sinusoidal signal generator based on peak factor minimization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210320 |