RU2783820C1 - Test stand for high-intensity shock impact testing of instruments and equipment - Google Patents

Test stand for high-intensity shock impact testing of instruments and equipment Download PDF

Info

Publication number
RU2783820C1
RU2783820C1 RU2021139528A RU2021139528A RU2783820C1 RU 2783820 C1 RU2783820 C1 RU 2783820C1 RU 2021139528 A RU2021139528 A RU 2021139528A RU 2021139528 A RU2021139528 A RU 2021139528A RU 2783820 C1 RU2783820 C1 RU 2783820C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
box
anvil
test object
sensors
testing
Prior art date
Application number
RU2021139528A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Орлов
Александр Сергеевич Орлов
Original Assignee
Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" filed Critical Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Application granted granted Critical
Publication of RU2783820C1 publication Critical patent/RU2783820C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing.
SUBSTANCE: invention relates to stands for high-intensity shock impact testing of instruments and equipment and can be used in testing aircraft, rocket and space instruments and equipment for shock impact. A stand consisting of a hammer, a hammer suspension, a rotary traverse, a frame, a securing apparatus, vibration-insulating liners, recording sensors, and an anvil is used for testing. Said anvil is made in the form of a box consisting of rigidly interconnected rectangular metal panels with slots and a replaceable bottom with the test object installed on the inner surface thereof, fastened with the box. The replaceable vibration-insulating liners are installed between the box and the bottom, as well as between the box and the power floor, and crashers are installed at different points on the outer surface of the bottom, wherein the anvil in the form of a box with a bottom and the test object is secured to the power floor by means of screw clamps. The recording sensors are installed on the bottom at minimum distance from the points of attachment of the test object, as defined by the technical settings of installation of the recording sensors, both on the inside and on the outside of the bottom, wherein the sensors monitoring the load at the same point of attachment are installed on a single line perpendicular to the bottom.
EFFECT: possibility of more accurate reproduction of shock load.
1 cl, 9 dwg

Description

Данное изобретение относится к устройствам для испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования. This invention relates to impact testing devices and can be used in impact testing of various instruments and equipment.

Существует достаточно много различных стендов для испытаний на ударные воздействия. Испытания проводят с помощью вибрационных электродинамических стендов, стендов с падающими столами, пиротехнических, пневматических и т.д. (Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. М.: Машиностроение т.5 Измерения и испытания под ред. М.Д. Генкина 1981г. стр. 476-477). Или маятниковый копер, состоящий из молота, станины, наковальни, на которую устанавливается испытуемое оборудование, поворотной траверсы, обеспечивающей необходимую высоту подъема молота, что обеспечивает нужную скорость соударения молота с наковальней, пневмодемпфера, тормозящего наковальню после соударения с молотом (Г.С. Батуев, Ю.В. Голубков и др. Инженерные методы исследования ударных процессов М. Машиностроение, 1977г, стр.24-25) (аналоги). There are quite a few different impact test benches available. Tests are carried out using vibration electrodynamic stands, stands with falling tables, pyrotechnic, pneumatic, etc. (Vibrations in engineering: A reference book in 6 volumes. M.: Mashinostroenie v.5 Measurements and tests, edited by M.D. Genkin, 1981, pp. 476-477). Or a pendulum pile driver, consisting of a hammer, a bed, an anvil on which the equipment under test is installed, a rotary traverse that provides the necessary lifting height of the hammer, which ensures the desired speed of impact of the hammer with the anvil, a pneumatic damper that slows down the anvil after impact with the hammer (G.S. Batuev , YV Golubkov and other Engineering methods for studying shock processes M. Mashinostroenie, 1977, pp. 24-25) (analogues).

Использование конкретных типов стендов в каждом случае испытаний зависит, от типа воспроизводимой нагрузки. В настоящее время наибольшее применение при испытаниях аппаратуры и оборудования находят системы на базе механических (копровых) стендов (баллистических, с падающими столами и т.д.).The use of specific bench types in each test case depends on the type of load to be reproduced. Currently, systems based on mechanical (copra) stands (ballistic, with falling tables, etc.) find the greatest application in testing apparatus and equipment.

Наиболее близким (прототипом) для испытаний на ударные воздействия высокой интенсивности (до тысяч “g”) является решение - патент РФ №2628450 «Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования». Стенд состоит из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, выполненной в виде прямоугольной сменной металлической панели с вырезами, виброизолирующих прокладок, регистрирующих датчиков.The closest (prototype ) for high intensity impact testing (up to thousands of “g”) is the solution - RF patent No. 2628450 “Test bench for high intensity impact instruments and equipment”. The stand consists of a hammer, a hammer suspension, a rotary traverse, a frame, a fixing device, an anvil for mounting equipment, made in the form of a rectangular replaceable metal panel with cutouts, vibration isolating pads, and recording sensors.

Однако данный стенд имеет ряд существенных недостатков при использовании его для испытаний, когда необходимо создавать ударные воздействия как в плоскости крепления объекта испытаний, так и перпендикулярно к ней. Обычно для таких испытаний (перпендикулярно плоскости крепления) используется специальная оснастка (и к ней крепится объект испытаний), которая устанавливается на наковальню. Оснастка используется только для крепления объекта испытаний, причем к ней предъявляются высокие требования по жесткости, массе и т.д. Такая схема испытаний усложняет формирование необходимого режима нагружения, т.к. оснастка вносит искажения испытательного режима за счет собственных резонансов. Кроме того, фактическое увеличение массы объекта испытаний (за счет массы оснастки) требует существенного увеличения самого ударного воздействия, что вводит дополнительные ограничения на воспроизводимые режимы нагружения.However, this stand has a number of significant drawbacks when used for testing, when it is necessary to create shock effects both in the plane of attachment of the test object and perpendicular to it. Usually, for such tests (perpendicular to the mounting plane), a special tool is used (and the test object is attached to it), which is installed on the anvil. The tooling is used only for fastening the test object, and high requirements are imposed on it in terms of rigidity, weight, etc. Such a test scheme complicates the formation of the required loading regime, since the equipment introduces distortions of the test mode due to its own resonances. In addition, the actual increase in the mass of the test object (due to the mass of the tooling) requires a significant increase in the impact itself, which introduces additional restrictions on reproducible loading modes.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: стенд для испытаний на ударные воздействия приборов и оборудования, состоящий из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, выполненной в виде прямоугольной сменной металлической панели с вырезами, виброизолирующих прокладок, регистрирующих датчиков.For the claimed invention, the following essential features in common with the prototype have been identified: a test stand for impact testing of instruments and equipment, consisting of a hammer, a hammer suspension, a rotary traverse, a bed, a fixing device, an anvil for mounting equipment, made in the form of a rectangular replaceable metal panel with cutouts , anti-vibration pads, recording sensors.

Технической проблемой, решаемой данным изобретением является частичное устранение указанных недостатков для более качественного проведения испытаний приборов и оборудования на ударные воздействия.The technical problem solved by this invention is the partial elimination of these shortcomings for better testing of instruments and equipment for impact.

Техническим результатом данного изобретения является возможность более точного воспроизведения ударной нагрузки. The technical result of this invention is the possibility of a more accurate reproduction of the shock load.

Указанный результат достигается тем, что наковальня выполнена в виде короба, состоящего из прямоугольных металлических панелей с вырезами, жестко соединенных между собой и сменного днища, с установленным на его внутренней поверхности объектом испытаний и скрепленного с коробом болтами, причем между коробом и днищем, а также между коробом и силовым полом установлены сменные виброизолирующие прокладки, а крешеры установлены на внешней поверхности днища в разных местах, при этом наковальня в виде короба с днищем и объектом испытаний закреплена к силовому полу струбцинами, причем регистрирующие датчики установлены на днище на минимальном расстоянии от точек крепления объекта испытаний, определяемым техническими условиями установки регистрирующих датчиков, как с внутренней, так и с внешней стороны днища, при этом датчики, контролирующие нагружение в одной и той же точке крепления, установлены на одной линии перпендикулярной днищу. This result is achieved by the fact that the anvil is made in the form of a box, consisting of rectangular metal panels with cutouts, rigidly connected to each other and a replaceable bottom, with a test object installed on its inner surface and fastened to the box with bolts, moreover, between the box and the bottom, as well as replaceable vibration isolating pads are installed between the box and the power floor, and the crashers are installed on the outer surface of the bottom in different places, while the anvil in the form of a box with the bottom and the test object is fixed to the power floor with clamps, and the recording sensors are installed on the bottom at a minimum distance from the attachment points of the test object, determined by the technical conditions for the installation of recording sensors, both on the inside and on the outside of the bottom, while the sensors that control the loading at the same attachment point are installed on the same line perpendicular to the bottom.

Суть заявленного решения поясняется чертежами, где на фиг.1-4 показан стенд для проведения ударных испытаний. Стенд (фиг.1) состоит из рамы 1 для крепления подвески с молотом 2, наковальни в виде короба, состоящего из прямоугольных металлических панелей 5 с вырезами 8 и ребрами между вырезами 9, сменного днища 3, виброизолирующих прокладок 4, объекта испытаний 7, установленного на внутреннюю поверхность днища 3. На внутренней поверхности днища 3 на минимальном расстоянии от точек крепления объекта испытаний, определяемым техническими условиями установки регистрирующих датчиков, устанавливают контрольные датчики 6. Минимальное расстояние от объекта испытаний определяется габаритами датчиков, типом применяемых разъемов и кабелей. Наковальню в виде короба из прямоугольных металлических панелей 5 и днища 3 через изолирующие прокладки 11 с помощью струбцины, состоящей из поджимающей пластины 10 и крепежного элемента 18, крепится к силовому полу 16. The essence of the claimed solution is illustrated by drawings, where figure 1-4 shows a stand for impact testing. The stand (figure 1) consists of a frame 1 for mounting the suspension with a hammer 2, an anvil in the form of a box, consisting of rectangular metal panels 5 with cutouts 8 and ribs between the cutouts 9, replaceable bottom 3, anti-vibration pads 4, test object 7, installed on the inner surface of the bottom 3. On the inner surface of the bottom 3 at a minimum distance from the attachment points of the test object, determined by the technical conditions for installing the recording sensors, control sensors 6 are installed. The minimum distance from the test object is determined by the dimensions of the sensors, the type of connectors and cables used. The anvil in the form of a box of rectangular metal panels 5 and the bottom 3 is attached to the power floor 16 through insulating gaskets 11 using a clamp consisting of a pressing plate 10 and a fastener 18.

На фиг.2 показан вид днища 3 наковальни с внешней стороны. На фиг.2 показаны точки крепления днища к прямоугольным металлическим панелям с помощью болтов 12, места установки контрольных датчиков с внешней стороны днища 13. При этом датчики 6 и 13, контролирующие нагружение в одной и той же точке крепления, устанавливают на одной линии перпендикулярной днищу. Набор крешеров 14 показывает места приложения ударных воздействий для подбора наилучшего результата и выбор положения крешера для испытаний 15. Виброизолирующая прокладка 11 отделяет наковальню от силового пола 16. Пунктирными линиями показано положение объекта испытаний 7 на внутренней поверхности днища. На фиг.3, 4 показано более подробно крепление наковальни к силовому полу 16 с помощью струбцины, состоящей из поджимающей пластины 10 и крепежного элемента 18, устанавливаемого в паз 17 силового пола 16. Figure 2 shows a view of the bottom 3 of the anvil from the outside. Figure 2 shows the attachment points of the bottom to rectangular metal panels using bolts 12, the installation location of the control sensors on the outside of the bottom 13. In this case, the sensors 6 and 13, which control the loading at the same attachment point, are installed on the same line perpendicular to the bottom . A set of crashers 14 shows the places where impacts are applied to select the best result and the choice of the position of the crasher for testing 15. The vibration isolating pad 11 separates the anvil from the force floor 16. The dotted lines show the position of the test object 7 on the inner surface of the bottom. Figure 3, 4 shows in more detail the fastening of the anvil to the power floor 16 using a clamp, consisting of a preload plate 10 and a fastener 18, installed in the groove 17 of the power floor 16.

Стенд функционирует следующим образом.The stand functions as follows.

При необходимости создания ударного воздействия в форме ударного спектра ускорений (УСУ) по трем взаимно перпендикулярным направлениям принимается методика испытаний и разрабатывается оснастка для расположения объекта испытаний (например, плита с вырезами, которая и обеспечивает необходимую форму УСУ, в первую очередь точку перегиба спектра и равномерность воспроизводимого ударного спектра). При этом скорость соударения молота и плитой обеспечивает нужную амплитуду ускорений, а свободная поверхность днища со стороны маятника позволяет выполнять удар в любую точку днища. В таблице 1 в качестве примера приведен один из таких ударных спектров ускорений. Создание необходимого УСУ в плоскости крепления объекта испытаний проще, т.к. объект испытаний крепится непосредственно к плите и дополнительная оснастка не требуется. При ударных воздействиях перпендикулярно плоскости крепления объекта испытаний необходимость применения дополнительной оснастки приводит к существенному искажению создаваемого УСУ.If it is necessary to create a shock effect in the form of a shock acceleration spectrum (SCA) in three mutually perpendicular directions, a test method is adopted and equipment is developed to locate the test object (for example, a plate with cutouts, which provides the necessary shape of the SCA, primarily the inflection point of the spectrum and uniformity reproducible shock spectrum). At the same time, the impact speed of the hammer and the plate provides the desired amplitude of accelerations, and the free surface of the bottom from the side of the pendulum allows you to strike at any point of the bottom. Table 1 shows one of such acceleration shock spectra as an example. The creation of the necessary USU in the plane of attachment of the test object is easier, because the test object is attached directly to the plate and no additional equipment is required. With impacts perpendicular to the plane of attachment of the test object, the need to use additional equipment leads to a significant distortion of the generated USU.

Таблица 1 Уровни ударных нагрузокTable 1 Impact levels

ОсьAxis Поддиапазон частот, Гц Frequency subrange, Hz Ударное ускорение, g (при Q=10)Impact acceleration, g (at Q=10) X, Y, ZX, Y, Z 20 – 100020 - 1000 50-100050-1000 1000 – 10 0001000 - 10,000 10001000

Короб наковальни (фиг.1) состоит из панелей 5, каждая из которых обеспечивает нужную частоту перехода (например, близкую 1000Гц), за счет собственных резонансов панелей. В результате на днище 3, через виброизолирующие прокладки 4, передается отклик на ударное воздействие, создаваемое молотом 2. В зависимости от толщины и материала виброизолирующих прокладок 4 регулируют величину воздействия со стороны панелей 5 на днище 3. При необходимости минимизировать/усилить передачу волновых составляющих от короба к днищу (к объекту испытаний) виброизолирующие прокладки изготавливают из различных материалов. При установке виброизолирующей прокладки 4, например, из мягкой резины отфильтровываются высокочастотные составляющие воздействия, но сохраняется возможность передачи низкочастотных составляющих, а при выполнении виброизолирующей прокладки 4 из материалов с более высоким акустическим импедансом, чем материал днища 3 и панели 5 короба наковальни высокочастотные ударные воздействия передаются к объекту испытаний. Крепление наковальни непосредственно к силовому полу позволяет максимально исключить влияние элементов искажающих формируемый режим нагружения в типовых стендах, включая прототип (станину, оснастку и т.д.). Виброизолирующие прокладки 11 между наковальней и силовым полом 16 должны изготавливаться из изолирующего материала (например, мягкой резины), что позволяет изолировать наковальню от воздействий, передающихся через силовой пол, и обеспечить возникающие после ударного воздействия продольные, поперечные и крутильные колебания наковальни. Виброизолирующая прокладка (например, из резины) 11 исключает соударение плиты 5 с силовым полом 16, позволяя при этом совершать коробу из плит 5 с днищем 3 (наковальне) пространственные колебания. Это обеспечивает наполнение низкочастотного спектра (до 300-500 Гц), а поперечные колебания днища 3, продольные, поперечные колебания панелей 5, а также крутильные колебания короба (жестко соединенных панелей 5) наполняют высокочастотные составляющие в ударном спектре. Крепление наковальни к силовому полу 16 с помощью струбцины 18 (фиг.3, 4), удерживая наковальню, позволяет ей совершать пространственные колебания.The anvil box (Fig.1) consists of panels 5, each of which provides the desired transition frequency (for example, close to 1000 Hz), due to the own resonances of the panels. As a result, on the bottom 3, through the anti-vibration pads 4, a response is transmitted to the impact force created by the hammer 2. Depending on the thickness and material of the anti-vibration pads 4, the amount of impact from the panels 5 on the bottom 3 is adjusted. boxes to the bottom (to the test object) vibration-isolating pads are made of various materials. When installing a vibration isolating pad 4, for example, from soft rubber, high-frequency components of the impact are filtered out, but the possibility of transmitting low-frequency components remains, and when the vibration isolating pad 4 is made of materials with a higher acoustic impedance than the material of the bottom 3 and panel 5 of the anvil box, high-frequency shock effects are transmitted to the test object. Attaching the anvil directly to the power floor makes it possible to exclude as much as possible the influence of elements that distort the formed loading mode in standard stands, including the prototype (frame, tooling, etc.). Vibration-isolating pads 11 between the anvil and force floor 16 must be made of an insulating material (for example, soft rubber), which allows isolating the anvil from impacts transmitted through the force field and providing longitudinal, transverse and torsional vibrations of the anvil that occur after impact. Anti-vibration pad (for example, made of rubber) 11 eliminates the collision of the plate 5 with the power floor 16, while allowing the box of plates 5 with the bottom 3 (anvil) to perform spatial vibrations. This ensures the filling of the low-frequency spectrum (up to 300-500 Hz), and the transverse vibrations of the bottom 3, the longitudinal, transverse vibrations of the panels 5, as well as the torsional vibrations of the box (rigidly connected panels 5) fill the high-frequency components in the shock spectrum. Fastening the anvil to the power floor 16 with clamp 18 (figure 3, 4), holding the anvil, allows it to perform spatial oscillations.

Размеры и материал молота, его скорость соударения с днищем создают необходимую длительность воздействия для возбуждения собственных колебаний днища и панелей наковальни. воспроизводить крутильные колебанияThe dimensions and material of the hammer, its speed of impact with the bottom create the necessary duration of exposure to excite natural oscillations of the bottom and anvil panels. reproduce torsional vibrations

На фиг. 2 показано расположение крешеров 14,15. Приложение ударного воздействия через крешеры (при отработке режимов испытаний на динамическом макете) в различных точках днища позволяет возбуждать различные формы колебаний днища для формирования требуемого ударного спектра ускорений, и выбрать точку приложения ударного воздействия, обеспечивающую наилучшее формирование необходимого УСУ. Регистрирующие датчики устанавливают как с внутренней 6, так и с внешней стороны днища 13, что позволяет контролировать нагружение во всех точках крепления объекта испытаний. При проведении испытаний установка регистрирующих датчиков рядом со всеми точками крепления не всегда возможна. Причем датчики, контролирующие нагружение одной и той же точки крепления объекта испытаний, устанавливают на одной линии перпендикулярной днищу, как с внутренней, так и с внешней стороны днища. Это позволяет делать заключение об идентичности нагружения объекта испытаний при регистрации датчиками, как с внутренней, так и с внешней стороны днища по датчикам расположенным только на внешней стороне днища. В результате многократных отражений от границ плиты и вырезов, а также за счет продольных и поперечных колебаний днища в месте установки объекта испытаний 7 возникает затухающая нестационарная вибрация. Ускорения, возникающие в плите, измеряются регистрирующими датчиками 6,13 (по результатам измерения ускорений строятся УСУ).In FIG. 2 shows the location of the crashers 14,15. The application of impact through crashers (when working out test modes on a dynamic mock-up) at various points of the bottom allows you to excite various forms of bottom oscillations to form the required shock spectrum of accelerations, and to select the point of impact application that provides the best formation of the required USU. Recording sensors are installed both on the inner 6 and on the outer side of the bottom 13, which makes it possible to control the loading at all attachment points of the test object. When testing, it is not always possible to install recording sensors close to all fixing points. Moreover, the sensors that control the loading of the same attachment point of the test object are installed on the same line perpendicular to the bottom, both from the inside and from the outside of the bottom. This allows making a conclusion about the identity of the loading of the test object during registration by sensors, both from the inside and from the outside of the bottom, according to the sensors located only on the outside of the bottom. As a result of multiple reflections from the boundaries of the plate and cutouts, as well as due to the longitudinal and transverse vibrations of the bottom, a damped non-stationary vibration occurs at the installation site of the test object 7. Accelerations occurring in the plate are measured by registering sensors 6,13 (acceleration measurement results are used to build USS).

Расчет необходимых параметров короба, днища и скорости соударения молота с днищем проводился с использованием метода конечных элементов в пакете ANSYS Workbench. На фиг.5-8 показаны результаты численного эксперимента для подготовки наковальни (подбор панелей 5, днища 3 и т.д.). На фиг.5 показана конечно-элементная модель наковальни (короб с днищем), устанавливаемым на силовой пол для обеспечения параметров УСУ, приведенных в таблице 1. Модель (фиг.5) состоит из 232302 узлов и 94226 элементов. При расчетах использовалась нелинейная модель демпфирования. В процессе выполнения численных экспериментов определялись необходимые параметры панелей короба, толщины днища, размеры и местоположение вырезов. Расчеты были выполнены для различных конфигураций панелей: сплошной плиты (без вырезов), с различными типами размерами вырезов и толщинами панелей, что позволило определить необходимые размеры плиты стенда для испытаний прибора.The calculation of the required parameters of the box, the bottom and the speed of impact of the hammer with the bottom was carried out using the finite element method in the ANSYS Workbench package. Figures 5-8 show the results of a numerical experiment for the preparation of the anvil (selection of panels 5, bottom 3, etc.). Figure 5 shows a finite element model of the anvil (a box with a bottom) installed on the force field to provide the USU parameters given in table 1. The model (figure 5) consists of 232302 nodes and 94226 elements. The calculations used a nonlinear damping model. In the process of performing numerical experiments, the necessary parameters of the duct panels, bottom thickness, dimensions and location of cutouts were determined. Calculations were performed for various panel configurations: solid slab (without cutouts), with various types of cutout sizes and panel thicknesses, which made it possible to determine the required dimensions of the test bench plate.

В результате расчетов получены следующие размеры короба и днища для прибора массой 8,9 кг с 4 точками крепления объекта испытаний к днищу 3 при ударном воздействии согласно таблице 1. Панели короба и днище алюминиевые. Панели 530х340 мм, толщиной 20мм, днище 530х530 мм, толщина 15мм. Размеры вырезов на панели 70х55мм, расстояния между вырезами 40 мм, расстояния от выреза до торца панели 10мм, масса объекта испытаний 8,9 кг, размеры 180х200 мм, четыре точки крепления, толщина резиновых прокладок 4 между днищем и коробом 5 мм, а между коробом и силовым полом 10 мм. As a result of the calculations, the following dimensions of the box and the bottom were obtained for a device weighing 8.9 kg with 4 points of attachment of the test object to the bottom 3 under impact according to Table 1. The box panels and the bottom are aluminum. Panels 530x340 mm, thickness 20mm, bottom 530x530 mm, thickness 15mm. The dimensions of the cutouts on the panel are 70x55mm, the distance between the cutouts is 40mm, the distance from the cutout to the end of the panel is 10mm, the weight of the test object is 8.9 kg, the dimensions are 180x200mm, four attachment points, the thickness of the rubber gaskets 4 between the bottom and the box is 5mm, and between the box and power floor 10 mm.

В таблице 2 приведены частоты колебаний, имеющие максимальную эффективную массу (т.е. эти частоты и определяют основные тона колебаний панели с объектом испытаний). Следует отметить, что частота 292 Гц (фиг.6), определяет основную поперечную форму колебаний днища целиком, 787 Гц (фиг.7) – форма поперечных колебаний пластин в области вырезов, частота 1986 Гц (фиг.8) определяет совместные колебания пластин короба, днища и объекта испытаний, а частота 3762 Гц определяет вращательную форму колебаний вокруг оси Х. Молот выполнен из стали со сферическим бойком из бронзы, крешеры из мягкого алюминиевого сплава МА2, что обеспечило создание ударного импульса близкого к полусинусоидальной форме длительностью ~ 0,2 мс, а отклик днища с объектом испытаний в контрольной точке получают в виде нестационарной вибрации.Table 2 shows the vibration frequencies that have the maximum effective mass (i.e., these frequencies determine the main vibration tones of the panel with the test object). It should be noted that the frequency of 292 Hz (Fig.6) determines the main transverse form of oscillations of the bottom as a whole, 787 Hz (Fig.7) - the form of transverse oscillations of the plates in the cutouts, the frequency of 1986 Hz (Fig.8) determines the joint oscillations of the box plates , the bottom and the test object, and the frequency of 3762 Hz determines the rotational form of vibrations around the X axis. The hammer is made of steel with a spherical bronze striker, the crushers are made of soft aluminum alloy MA2, which ensured the creation of a shock pulse close to a half-sinusoidal shape with a duration of ~ 0.2 ms , and the response of the bottom with the test object at the control point is obtained in the form of non-stationary vibration.

Таблица 2 . Частоты с максимальными эффективными массамиTable 2 . Frequencies with maximum effective masses

Номер формыForm number ЧастотаFrequency Эффективные массыEffective masses 14fourteen 292Гц292Hz 16,6%16.6% 4646 787Гц787Hz 9,5%9.5% 6060 1986Гц1986Hz 2,7%2.7% 175175 3762Гц3762Hz 1,43%1.43%

Возникновение резонансов на этих частотах связано, в первую очередь, с длительностью воздействия, определяемой размером и формой молота (длительность ударного импульса примерно равна удвоенной длине молота поделенной на скорость звука в материале молота). The occurrence of resonances at these frequencies is associated, first of all, with the duration of impact, determined by the size and shape of the hammer (the duration of the impact pulse is approximately equal to twice the length of the hammer divided by the speed of sound in the hammer material).

В таблице 3 приведены допустимые погрешности при воспроизведении ударных спектров ускорений.Table 3 shows the permissible errors in the reproduction of shock acceleration spectra.

Таблица 3. Допустимые погрешности при проведении испытанийTable 3. Permissible errors during testing

по методу ударных спектров ускорений.by the method of shock acceleration spectra.

1. Не менее 50 % ударного спектра ускорений должны находиться
между -3 дБ и +3 дБ от номинальных технических требований по испытаниям
1. At least 50% of the shock acceleration spectrum must be
between -3 dB and +3 dB from nominal test specification
2. Не менее 80 % ударного спектра ускорений должны находиться
между -3 дБ и +6 дБ от номинальных технических требований по испытаниям
2. At least 80% of the shock acceleration spectrum must be
between -3 dB and +6 dB from nominal test specification
3. Все 100 % ударного спектра ускорений должны находиться
между -6 дБ и +9 дБ от номинальных технических требований по испытаниям.
3. All 100% of the shock acceleration spectrum must be
between -6dB and +9dB of nominal test specification.

Процедура подбора оптимальных размеров днища, панелей, количества вырезов и их размеров, формы и массы молота относится к «ноу-хау» изобретения, и в представленных материалах не рассматривается.The procedure for selecting the optimal dimensions of the bottom, panels, the number of cutouts and their dimensions, the shape and weight of the hammer refers to the "know-how" of the invention, and is not considered in the submitted materials.

Пример практического исполнения Example of practical implementation

Рассматриваемый стенд использовался при квалификационных ударных испытаниях блока управления (БУ) одного из космических аппаратов АО «ИСС». The stand under consideration was used during qualification shock tests of the control unit (CU) of one of the spacecraft of ISS JSC.

Испытания на воздействия удара проводились по методу ударного спектра ускорений в соответствии с требованиями, приведенными в таблице 1, последовательно вдоль каждой из трех взаимно перпендикулярных осей. В качестве примера рассмотрим ударные испытания БУ в направлении оси “X-X” (перпендикулярно плоскости крепления блока).Impact tests were carried out according to the shock acceleration spectrum method in accordance with the requirements given in Table 1, sequentially along each of the three mutually perpendicular axes. As an example, let's consider impact tests of the CU in the direction of the “X-X” axis (perpendicular to the plane of the block attachment).

Предварительно была принята схема испытаний, показанная на фиг.3. Расчетным путем получены необходимые размеры и толщины панелей короба и днища. В результате расчетов получены следующие размеры короба и днища для прибора массой 8,9 кг при ударном воздействии согласно таблице 1. Панели короба и днище алюминиевые. Панели размером 530х340 мм, толщиной 20 мм, днище 530х530 мм, толщина 15 мм. Размеры вырезов на панелях 70х55 мм, расстояния между вырезами 40мм, расстояния от выреза до торца панели 10 мм, масса объекта испытаний 8,9кг, размеры посадочной поверхности 180х200мм, четыре точки крепления, толщина резиновых прокладок 10 мм. Previously, the test scheme shown in Fig.3 was adopted. The necessary dimensions and thicknesses of the box and bottom panels were obtained by calculation. As a result of the calculations, the following dimensions of the box and the bottom for the device weighing 8.9 kg were obtained under impact according to Table 1. The box panels and the bottom are aluminum. Panels 530x340 mm in size, 20 mm thick, bottom 530x530 mm, 15 mm thick. The cutout dimensions on the panels are 70x55 mm, the distance between the cutouts is 40mm, the distance from the cutout to the end of the panel is 10 mm, the mass of the test object is 8.9 kg, the dimensions of the seating surface are 180x200 mm, four attachment points, the thickness of the rubber gaskets is 10 mm.

Молот имеет длину 360 мм, диаметр 120 мм, материал сталь. Сменный сферический боек из бронзы с помощью резьбы устанавливают в молот. Крешеры из МА2. Для регистрации ускорений используют ударные акселерометры фирмы «GlobalTest» AP1020. Вначале на днище устанавливался имитатор БУ, на котором уточнялась скорость соударения молота и днища. При испытаниях подтверждалась эквивалентность ударных воздействий между датчиками, установленными на внутренней и внешней поверхностях днища. Также определялась точка приложения ударного воздействия. Отличия в показаниях датчиков по точкам 6 и 13 не превышали 5-7% (при допустимой погрешности в 15%). Точкой приложения ударного воздействия выбран крешер 15 (фиг.2). Скорость соударения бойка с крешером ~ 1.7 м/с. После чего на стенд устанавливали штатный прибор, и проводили ударные испытания прибора, при этом датчики, устанавливаемые на панели с внутренней стороны, убирались (эквивалентность их показаний с датчиками на внешней поверхности была продемонстрирована при испытаниях макета).The hammer has a length of 360 mm, a diameter of 120 mm, the material is steel. A replaceable spherical bronze head is threaded into the hammer. Crashers from MA2. Accelerations are recorded using impact accelerometers from GlobalTest AP1020. At first, a simulator of the BU was installed on the bottom, on which the speed of the impact of the hammer and the bottom was specified. During the tests, the equivalence of impact actions between the sensors installed on the inner and outer surfaces of the bottom was confirmed. The point of impact application was also determined. Differences in the readings of the sensors at points 6 and 13 did not exceed 5-7% (with an allowable error of 15%). Crasher 15 is selected as the point of impact application (figure 2). Impact speed of striker with crasher ~ 1.7 m/s. After that, a standard device was installed on the stand, and impact testing of the device was carried out, while the sensors installed on the panel from the inside were removed (the equivalence of their readings with the sensors on the outer surface was demonstrated during mock-up testing).

На фиг.9 показаны графики: “a“ – это требуемый УСУ “в“ – положительный УСУ, “с“- отрицательный УСУ, “d” – суммарный УСУ, “e” допустимый диапазон погрешностей (±3 дБ). Графики представлены для точки 13 (5), показанной на фиг.2. Figure 9 shows the graphs: “a” is the required USA, “in” is a positive USA, “c” is a negative USA, “d” is the total USA, “e” is the allowable error range (±3 dB). Graphs are presented for point 13 (5) shown in Fig.2.

Вычисление ударных спектров ускорений проводили при добротности Q=10 с использованием алгоритма Смолвуда.The calculation of the impact acceleration spectra was carried out at a quality factor Q=10 using the Smallwood algorithm.

Как видно из фиг.9 на графиках УСУ можно выделить частоты, близкие к приведенным в таблице 2. Это, частоты до ~ 300Гц обеспечивающие наполнение низкочастотного спектра, частоты 700-800Гц, обеспечивающие частоту перехода в 1000Гц, частоты выше 2500Гц, обеспечивающие высокочастотные составляющие спектра. Кроме того, положительные, отрицательные, а также суммарный УСУ соответствуют минимальной допустимой погрешности по УСУ в ±3 дБ (таблица3). Создание ударного воздействия в виде нестационарной вибрации в месте расположения прибора с симметричными положительными и отрицательными УСУ позволяет уменьшить необходимое количество ударов вдвое по оси “X-X”, создавать воздействия, более близкие к реальным, по сравнению с воздействием на прибор одиночных импульсов ускорений. То есть стенд дает возможность более точного воспроизведения реальной ударной нагрузки. As can be seen from Fig.9 on the USU graphs, frequencies close to those shown in Table 2 can be distinguished. These are frequencies up to ~ 300 Hz providing filling of the low-frequency spectrum, frequencies 700-800 Hz, providing a transition frequency of 1000 Hz, frequencies above 2500 Hz, providing high-frequency components of the spectrum . In addition, positive, negative, as well as the total USA correspond to the minimum allowable error in the USA of ±3 dB (Table 3). The creation of a shock effect in the form of non-stationary vibration at the location of the device with symmetrical positive and negative USUs makes it possible to halve the required number of shocks along the “X-X” axis, to create impacts that are closer to real ones, compared to the impact on the device of single acceleration pulses. That is, the stand makes it possible to more accurately reproduce the real shock load.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.From the sources of information and patent materials known to the authors, no set of features similar to the set of features of the claimed objects is known.

Claims (1)

Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования, состоящий из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, выполненной в виде прямоугольной сменной металлической панели с вырезами, виброизолирующих прокладок, регистрирующих датчиков, отличающийся тем, что наковальня выполнена в виде короба, состоящего из прямоугольных металлических панелей с вырезами, жестко соединенных между собой, и сменного днища с установленным на его внутренней поверхности объектом испытаний и скрепленного с коробом болтами, причем между коробом и днищем, а также между коробом и силовым полом установлены сменные виброизолирующие прокладки, а крешеры установлены на внешней поверхности днища в разных местах, при этом наковальня в виде короба с днищем и объектом испытаний закреплена к силовому полу струбцинами, причем регистрирующие датчики установлены на днище на минимальном расстоянии от точек крепления объекта испытаний, определяемом техническими условиями установки регистрирующих датчиков, как с внутренней, так и с внешней стороны днища, при этом датчики, контролирующие нагружение в одной и той же точке крепления, установлены на одной линии, перпендикулярной днищу. Stand for testing high-intensity impacts of instruments and equipment, consisting of a hammer, a hammer suspension, a rotary traverse, a bed, a fixing device, an anvil for mounting equipment, made in the form of a rectangular replaceable metal panel With cutouts, vibration isolating pads, recording sensors, characterized in that the anvil is made in the form of a box, consisting of rectangular metal panels with cutouts, rigidly connected to each other, and a replaceable bottom with a test object installed on its inner surface and fastened to the box with bolts, and between the box and the bottom, as well as between the box and the power floor, there are replaceable vibration isolating pads, and the crashers are installed on the outer surface of the bottom in different places, while the anvil in the form of a box with the bottom and the test object is fixed to the power floor with clamps, and the recording sensors are installed on the bottom at the minimum distance from the attachment points of the test object, determined by the technical conditions for the installation of recording sensors, both on the inside and on the outside of the bottom, while the sensors that control the loading at the same attachment point are installed on the same line perpendicular to the bottom.
RU2021139528A 2021-12-29 Test stand for high-intensity shock impact testing of instruments and equipment RU2783820C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783820C1 true RU2783820C1 (en) 2022-11-18

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5400640A (en) * 1993-10-29 1995-03-28 International Business Machines Corporation Pyrotechnic shock machine
RU142004U1 (en) * 2013-03-04 2014-06-20 Закрытое акционерное общество "ЕТР" IMPACT STAND
RU160840U1 (en) * 2015-07-22 2016-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") SHOCK TEST STAND
RU168472U1 (en) * 2016-09-29 2017-02-06 Аркадий Николаевич Попов SHOCK TEST STAND
RU2628450C1 (en) * 2016-02-24 2017-08-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "ОПЫТНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ФАКЕЛ" ОКБ "ФАКЕЛ" Stand for tests on high-intensity shock effects of devices and equipment

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5400640A (en) * 1993-10-29 1995-03-28 International Business Machines Corporation Pyrotechnic shock machine
RU142004U1 (en) * 2013-03-04 2014-06-20 Закрытое акционерное общество "ЕТР" IMPACT STAND
RU160840U1 (en) * 2015-07-22 2016-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") SHOCK TEST STAND
RU2628450C1 (en) * 2016-02-24 2017-08-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "ОПЫТНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ФАКЕЛ" ОКБ "ФАКЕЛ" Stand for tests on high-intensity shock effects of devices and equipment
RU168472U1 (en) * 2016-09-29 2017-02-06 Аркадий Николаевич Попов SHOCK TEST STAND

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Инженерные методы исследования ударных процессов Г.С.Батуев, Ю.В.Голубков и др. М., Машиностроение, 1977 г., стр. 24-25. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thompson et al. Developments of the indirect method for measuring the high frequency dynamic stiffness of resilient elements
Horiuchi et al. Real‐time hybrid experimental system with actuator delay compensation and its application to a piping system with energy absorber
RU2595322C2 (en) System and method for simulating high-intensity pyrotechnic shock
RU2625639C1 (en) Stand for impact testing
RU2783820C1 (en) Test stand for high-intensity shock impact testing of instruments and equipment
Neild et al. A discrete model of a vibrating beam using a time-stepping approach
CN107063611B (en) Anti-seismic evaluation method for electrical equipment made of pillar composite material
RU2628450C1 (en) Stand for tests on high-intensity shock effects of devices and equipment
CN210626397U (en) Damping testing device
RU2262679C1 (en) Method of testing devices and equipment for high-intensive shock
RU2813247C1 (en) High-intensity impact test method
Padois et al. Comparison of the reception plate method and the inverse force method for assessing the power of a dummy vibratory source
RU2745342C1 (en) Method of testing for high-intensity shock effects of devices and equipment
Blake The need to control the output impedance of vibration and shock machines
RU2794872C1 (en) Method for testing tools and equipment for high-intensity shocks
Cuschieri et al. On the prediction of impact noise, IV: Estimation of noise energy radiated by impact excitation of a structure
Larsen Analysis of the Shock Response Spectrum and Resonant Plate Testing Methods
RU2762782C1 (en) Method for impact testing of objects
Hideblad Equipment for Accelerated Vibration Testing
Hamed et al. Frequency Response Function (FRF) Technique for the Diagnosis of Suspension System
Miguez et al. Application of dynamic substructuring and in situ blocked force method for structure borne noise prediction in industrial machinery
RU2809217C1 (en) Pyrotechnic device for creating impact effects
RU2775360C1 (en) Method for determining the dynamic characteristics of flexible extended structures by experiment
RU2787813C1 (en) Method for testing for high-intensity impact of instruments and equipment
Watzl et al. High frequency model describing the noise transfer behaviour of automotive hydraulic engine mounts