RU2766845C1

RU2766845C1 - Method of determining state of objects during vibration diagnostics

Info

Publication number: RU2766845C1
Application number: RU2021102025A
Authority: RU
Inventors: Тамара Ивановна Соловьева; Василий Николаевич Наговицин; Александр Николаевич Акимов
Original assignee: Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва»
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-03-16

Abstract

FIELD: test.

SUBSTANCE: invention relates to test equipment, in particular to a method of determining the state of objects during tests of aerospace or other equipment for vibration strength, and can be used to determine damages of load-bearing structures. When implementing the method, the structure is subjected to vibration in a given frequency range; at that, the structure is initially stabilized by the effect of broadband random vibration of a low level. After that, sinusoidal vibration tests are carried out at a low loading level. Then, standard mechanical loads are performed and sinusoidal vibration tests are repeated at low load level. For each load level, responses of the investigated structure are obtained in a given frequency range, in the form of dependence of vibration accelerations on frequency. According to the results of comparison of values of these parameters at two low levels of vibration loading, the state of integrity of the structure is determined.

EFFECT: improvement of reliability and validity of vibration diagnostics.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, в частности, к способу определения состояния объектов при проведении испытаний аэрокосмической или иной техники на вибропрочность и может быть использовано для определения повреждений силовых конструкций.The invention relates to testing equipment, in particular, to a method for determining the state of objects when testing aerospace or other equipment for vibration strength and can be used to determine damage to load-bearing structures.

В настоящее время в вибродиагностике используют в основном метод спектрального анализа, поскольку он является базой для всех методов, использующих частотный состав сигналов (Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./ Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.).- М.: Машиностроение, 1981, – Т. 5. Измерения и испытания. – Под ред. М.Д. Генкина.1981. – 496с., сс. 270, 401). Анализ проводится на базе спектрального разложения и различных показателей спектра (амплитуды спектральных компонент, дисперсия, среднеквадратичное отклонение и т.п.).Currently, in vibration diagnostics, the spectral analysis method is mainly used, since it is the basis for all methods that use the frequency composition of signals (Vibrations in Engineering: A Handbook. In 6 volumes / Editorial advice: V.N. Chelomey (prev. ).- M.: Mashinostroenie, 1981, - V. 5. Measurements and tests. - Under the editorship of M.D. Genkin. 1981. - 496 pp., pp. 270, 401). The analysis is carried out on the basis of spectral decomposition and various spectrum indicators (amplitudes of spectral components, dispersion, standard deviation, etc.).

Известен способ вибрационного контроля по изменению первоначальных, определяемых до начала эксплуатации, значения частот, квадратурных и синфазных составляющих форм резонансных колебаний испытываемой конструкции при выбранном уровне возбуждения. Местоположение дефектов типа трещин и ослабление связей определяется с использованием математического аппарата теории чувствительности на основе разработанной динамической модели (Технические средства диагностирования: Справочник/ В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общей ред. В.В. Клюева.- М.: Машиностроение, 1989.-672с., с.134).A known method of vibration control to change the initial, determined before the start of operation, the frequency values, quadrature and in-phase components of the forms of resonant oscillations of the tested structure at the selected level of excitation. The location of defects such as cracks and the weakening of bonds is determined using the mathematical apparatus of the sensitivity theory based on the developed dynamic model (Technical diagnostic tools: Handbook / V.V. Klyuev, P.P. Parkhomenko, V.E. Abramchuk and others; Under the general editorship V.V. Klyueva.- M.: Mashinostroenie, 1989.-672s., p.134).

Недостатком данного способа является значительная трудоемкость и низкая достоверность из-за большой погрешности измерения форм колебаний, сопоставимой по величине с измерениями, вызванными появлением повреждений.The disadvantage of this method is the significant complexity and low reliability due to the large measurement error of the vibration modes, comparable in magnitude with the measurements caused by the appearance of damage.

Наиболее близким к заявленному является способ определения состояния объекта при вибродиагностике по патенту RU 2187086, включающий получение вибродиагностических параметров в виде вибросигнала (перемещение, скорость, ускорение и т.д. исследуемого объекта) во временной области, их последующую обработку, при этом сигнал не переводится в частотную область, а строится фазовое пространство - пространство состояний по перемещению и (или) его производным количеством n (n=2,3,4,...), по выбранным подпространствам которого определяют тип дефекта и его количественную характеристику на фоне общего технического состояния.Closest to the claimed is a method for determining the state of an object during vibration diagnostics according to patent RU 2187086, including obtaining vibration diagnostic parameters in the form of a vibration signal (displacement, speed, acceleration, etc. of the object under study) in the time domain, their subsequent processing, while the signal is not translated into the frequency domain, and a phase space is constructed - the space of states by displacement and (or) its derivative number n (n = 2,3,4, ...), the selected subspaces of which determine the type of defect and its quantitative characteristics against the background of a general technical states.

Недостатком указанного способа является дополнительные связи, которые накладываются на конструкцию, и увеличение числа информативных диагностических признаков, что приводит к нежелательному снижению достоверности результатов результатов контроля.The disadvantage of this method is the additional connections that are superimposed on the design, and an increase in the number of informative diagnostic features, which leads to an undesirable decrease in the reliability of the results of the control results.

Проблема, решаемая изобретением – повышение достоверности результатов контроля целостности конструкции. The problem solved by the invention is to increase the reliability of the results of monitoring the integrity of the structure.

Указанная проблема решается за счет того, что в способе определения состояния объектов при вибродиагностике конструкцию подвергают воздействию вибрации в заданном частотном диапазоне, при этом первоначально проводят стабилизацию конструкции воздействием широкополосной случайной вибрации низкого уровня, после чего проводят синусоидальные виброиспытания на низком уровне нагружения, затем проводят нормативные механические нагружения и повторяют синусоидальные виброиспытания на низком уровне нагружения; для каждого уровня нагружения получают отклики исследуемой конструкции в заданном частотном диапазоне, например, в виде зависимости виброускорений от частоты; по результатам сравнения значений этих параметров на двух низких уровнях вибрационного нагружения судят о состоянии целостности конструкции. This problem is solved due to the fact that in the method for determining the state of objects during vibration diagnostics, the structure is subjected to vibration in a given frequency range, while the structure is initially stabilized by the action of a low-level broadband random vibration, after which sinusoidal vibration tests are carried out at a low level of loading, then normative mechanical loading and repeat sinusoidal vibration tests at a low level of loading; for each level of loading, the responses of the structure under study are obtained in a given frequency range, for example, in the form of a dependence of vibration accelerations on frequency; according to the results of comparing the values of these parameters at two low levels of vibration loading, the state of the integrity of the structure is judged.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема проведения виброиспытаний на электродинамическом стенде. Место повреждения определяется путем сравнения откликов конструкции на двух низких уровнях нагружения. На фиг. 2 представлены графики сравнения откликов конструкции одного из акселерометров на низких уровнях нагружения. The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a diagram of vibration tests on an electrodynamic stand. The location of the damage is determined by comparing the responses of the structure at two low loading levels. In FIG. Figure 2 shows graphs comparing the design responses of one of the accelerometers at low loading levels.

Испытание проводят на электродинамическом стенде 1, при этом контроль вибронагружения объекта испытания 2 осуществляют с помощью акселерометров 3 через многоканальную цифровую систему управления виброиспытаниями.The test is carried out on an electrodynamic stand 1, while the control of the vibration loading of the test object 2 is carried out using accelerometers 3 through a multichannel digital vibration test control system.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

До начала виброиспытаний в конструкции снимают внутренние напряжения путем воздействия на нее широкополосной случайной вибрацией низкого уровня. Prior to vibration testing, internal stresses are removed in the structure by exposing it to low-level broadband random vibration.

Далее проводят виброиспытания (синусоидальные или случайные) в три этапа, за одну установку на испытательную оснастку:Next, vibration tests (sinusoidal or random) are carried out in three stages, for one installation on a test fixture:

1) Низкий синусоидальный уровень нагружения. На низком уровне нагружения для каждого акселерометра 3, установленного в интерфейсах оборудования и на конструкции, получают зависимости виброускорения от частоты. Низкий уровень нагружения выбирают таким образом, чтобы избежать вырезаний (снижение уровня воздействия, от англ. "notching") на основных частотах, но достаточно высоким, чтобы исключить влияние шума в полученных акселерометрами сигналах.1) Low sinusoidal load level. At a low level of loading, for each accelerometer 3 installed in the equipment interfaces and on the structure, vibration acceleration versus frequency is obtained. A low loading level is chosen in such a way as to avoid cuts (reducing the impact level, from the English "notching") at the fundamental frequencies, but high enough to exclude the influence of noise in the signals received by the accelerometers.

2) Высокий испытательный или нормативный уровень нагружения, определяемый нормативной документацией, для отработки конструкции. На высоком уровне нагружения для каждого акселерометра, установленного на конструкции, получают отклики виброускорений, достигнутые при воздействии, определяемом нормативной документацией. 2) High test or normative level of loading, determined by normative documentation, for design development. At a high level of loading, for each accelerometer installed on the structure, vibration acceleration responses are obtained, achieved under the impact determined by the regulatory documentation.

3) Повтор испытаний на низком синусоидальном уровне нагружения.3) Repeat the test at a low sinusoidal load level.

Для каждого уровня нагружения получают отклики исследуемой конструкции в заданном частотном диапазоне, например, в виде зависимости виброускорений от частоты, а по результатам сравнения значений этих параметров на двух низких уровнях вибрационного нагружения судят о состоянии целостности конструкции. For each loading level, the responses of the structure under study are obtained in a given frequency range, for example, in the form of a dependence of vibration accelerations on frequency, and based on the results of comparing the values of these parameters at two low levels of vibration loading, the state of the integrity of the structure is judged.

Как видно из графиков, имеет место смещение резонансов (Δf), что свидетельствует о возможном изменении целостности конструкции.As can be seen from the graphs, there is a shift of resonances (Δf), which indicates a possible change in the integrity of the structure.

Данный способ диагностирования целостности конструкции объектов аэрокосмической техники позволяет производить оценку состояния объекта и выявлять возможные дефекты, способные проявиться во время его эксплуатации.This method of diagnosing the integrity of the structure of aerospace engineering objects makes it possible to assess the state of the object and identify possible defects that can appear during its operation.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и достоверность вибродиагностики за счет:The technical result of the invention is to increase the reliability and reliability of vibration diagnostics due to:

- снижения внутренних напряжений (предварительной стабилизации) конструкции путем проведения широкополосной случайной вибрации низкого уровня; - reducing internal stresses (preliminary stabilization) of the structure by conducting a low-level broadband random vibration;

- этапности проведения виброиспытаний, гарантирующих (позволяющих квалифицировать) возможность отрабатывать конструкцию объекта космической техники без повреждений. - phasing of vibration testing, which guarantees (allows to qualify) the ability to work out the design of a space technology object without damage.

Claims

A method for determining the state of objects in vibrodiagnostics, in which the structure is subjected to vibration in a given frequency range, vibrodiagnostic parameters are obtained in the form of vibration signals, which are processed and the presence of damage is determined by changing the responses of the structure, characterized in that the structure is initially stabilized by exposure to broadband random low-level vibration , after which sinusoidal vibration tests are carried out at a low level of loading, then normative mechanical loads are carried out and sinusoidal vibration tests are repeated at a low level of loading, for each level of loading, responses of the structure under study are obtained in a given frequency range, in the form of a dependence of vibration accelerations on frequency, based on the results of comparing the values of these parameters at two low levels of vibration loading judge the state of structural integrity.