Способ определения характеристик виброизоляции многоканальной динамической системы

 

Использование: техника виброиспытаний динамических систем. Сущность: исследуемую систему возбу. чдают одновременно по всем входам вибровоздействиями, соответствующими натурным, и измеряют вибровоздейсгвия Xn(t)n реакцию системы Y(t). Определяют функции множественной когерентности между реакцией и всеми входными вибровоздействиями, а также между реакцией и входными вибровоздействиями Xnj(t) по всем входам, кроме j-ro, и между вибровоздействием Xj(t) по каждому входу с остальными вибровоздействиями. По указанным функциям и энергетическим спектрам Wyy и Wxjxj реакции системы и входных вибровоздействий рассчитывают полную характеристику виброизоляции. Изобретение позволяет повысить точность за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий . 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 M 7/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 4

О

О

00 (2 1) 4825909/28 (22) 14.05,90 (46) 07,12.92. Бюл. № 45 (71) Летно-исследовательский институт .им.

М.М.Громова (72) В.И.Конычев и В.Б.Митенков (56) Авторское свидетельство СССР № 1067383, кл. G 01 М 7/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1540456, кл. 6 01 M 7/02, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРОИЗОЛЯЦИИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (57) Использование: техника виброиспытаний динамических систем. Сущность: исследуемую систему возбу .дают одновременно по всем входам вибровоздействиями, соотИзобретение относится к приборной и агрегатостроительной промышленности, устанавливает способ экспериментального определения, прежде всего, в эксплуатационных условиях, характеристик виброизоляции многоканальных динамических систем, подверженных случайным вибрационным нагрузкам, приложенным в опорных узлах упругого крепления.

Динамическая система рассматривается как сложная пространственно ориентированная механическая конструкция, состоящая из упругодемпфирующих элементов, а входная вибрационная нагрузка— как многомерный колебательный процесс, обладающий в частотной области попарной и групповой когерентными связями.

„„5U,, 1779968 А1 ветствующими натурным, и измеряют вибровоздействия Хп(т) и реакцию системы Y(t).

Определяют функции множественной когерентности между реакцией и всеми входны-. ми вибровоздействиями, а также между реакцией и входными вибровоздействиями

Хл)(т) по всем входам, кроме j-го, и между вибровоздействием Xj(t) по каждому входу с остальными вибровоздействиями. По указанным функциям и энергетическим спектрам У/уу и М/х)х) реакции системы и входных

- вибровоздействий рассчитывают полную характеристику виброизоляции. Изобретение позволяет повысить точность за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий. 5 ил.

Известен способ,в котором амплитудночастотная характеристика виброизоляции представляется в форме интервальной оценки с предельными границами. При этом верхняя граница находится путем отношения энергетического спектра на выходе к энергетическому спектру на входе, функция когерентности которого максимальна с выходной реакцией. Нижняя граница формируется как отношение энергетического спектра на выходе к среднему энергетическому спектру, образованному их спектров входных вибровоздействий.

Рассматриваемый способ обладает ограниченнойобластью применения: в основу заложены требования к тому, что входные вибровоздействия попарно некогерентны, 1779968

Тогда принимается решение по аналогу

35 выхода и входов, а затем па сумме этих отношений формируют квадрат полной характеристики виброизоляции динамической системы.

Техническое решение по прототипу пригодно в тех задачах, когда выявлены по

45 физическим соображениям независимые источники вибровозбуждений. В тех случаях, когда вибронагрузки многомерного входного процесса обладают попарной и групповой когерентностью, описываемый метод может привести к несостоятельным выводам о точности определения характеристики виброизоляции из-за того, что способ не учитывает взаимовлияние входных вибровоздействий.

Целью изобретения является повышение точности определения характеристики виброизоляции за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий.

Способ может быть использован преимущественно для определения резонансК=! и, или т.е. являются независимыми случайными процессами; при натурных испытаниях эти условия не выполняются, поэтому применение этого метода обусловлено рамками только лабораторных испытаний; структура нижней границы интервальной оценки относится к такой конструкции динамической системы, когда по отношению к выходу она обладает практически мало встречающейся механической симметрией.

Действительно, в аналоге принято решение

INyy (m) = Q IHv. Q. та)1 Ю/ьх (тв), к= где W (в) — энергетический спектр на выходе;

Wkk (со)- энергетические спектры входных вибровоздействий;

I Ík (J, в) I — частные характеристики виброизоляции системы между К-ой точкой входа и точкой выхода, где регистрируется сигнал т (т).

B силу механической симметрии системы считается!

Нкo.а)! =!Н,(j,а)!; К =1 и. й7тт (и) = (и 7 н 0, и)7я) х — Wkk (х )) = n Ho (J, to} I W(p}

Верхняя граница интервальной оценки создается из принятого условия независимых вибровоздействий

Nlyy (N) coh2), (и) = Нk (j, ж} I Wkk (со) Пол на я характеристика в ибро и зол яции, как известно, равная у2) = E H„(i) J 2 принимает вид

2 Г СО ту» (Св ) 1

»po7 = wyzI 7 (. )

Кв! КК 2 17 УУ Г °

Я ГиУ)=

)д on07р Г )

Опорный спектр 0/,)р приобретает

И) минимальное значение при оговоренном в

25 аналоге максимальном уровне функции когерентности, а отношение

М/)т )/7а7еяая СтаНОВИтСя ОрвдвяЬНОй ВЕРХней границей интервальной оценки виброизоляции. Возможность такой трактовки допускается только при условии, когда уровень W«(cu) является минимальным из всегонабора К=1 и.

Таким образом, решение по аналогу является настолько ограниченным, что оно практически пригодно только для лабораторных испытаний симметричных конструкций многоканальных динамических систем.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение, в котором многодвигательная силовая установка рассматривается как сложная многоканальная динамическая система с независимыми в статистическом смысле источниками вибровозбуждений, возникающих в конструкциях двигателей (в подшипниковых опорах вращающихся элементов, агрегатов). Реаг,ция системы измеряется в точках фюзеляжа, в частности, в местах крепления упругой подвески. Решение задачи сводится к нахождению полной характеристики виброизоляции системы по формуле и

2 )д/уу(Ю) СОт7у» (тт11

Я (е7.) =

К= l И7кк ". т.е, определяют входные автономные энергетические спектры Икк(в) силовых вибронагружений, когерентные энергетические спектры И/уу(а) соЬук (в), К = 1 йна выходе, строят отношения указанных спектров

1779968

Ф у), (ж) = wyy (â) с ных свойств динамической системы в любой доступной точке внутриблочной конструкции и, таким образом — для выявления резонансных вибронагружений на комплектующие изделия, в том числе на на- 5 иболее уязвимые к механическим воздействиям, Этим обеспечивается надежное прогнозирование усталостной безотказности системы в ожидаемых условиях вибронагружения при эксплуатации на объекте. 10

Сущность способа состоит в том, что для определения характеристик виброизоляций многоканальной динамической системы, возбуждают систему одновременно по всем входам вибровоздействиями, соот- 15 ветствующими натурным, измеряют входные вибровоздействия. реакцию системы, определяют функцию множественной когерентности вибровоздействий Xn(t) по всем и входам с реакцией Y(t), возникающей в лю- 20 бой точке внутриблочной конструкции системы, обеспечивают определение полной характеристики виброизоляции суммированием отношений когерентных энергетических спектров реакции системы Y(t) к 25 когерентным энергетическим спектрам входных вибровоздействий Xn(t). При этом поставленная цель достигается тем, что до;полнительно определяют частотные функции множественной кбгерентности 30 вибровоздействий Хп)(т) по всем входам, кроме К-ro, с реакцией и вибровоздействия

Х) (т) по k-му входу, а полную характеристику виброизоляции для многоканальной динамической системы определяют как 35

В этой связи сущность изобретения и его отличительные от прототипа признаки заключаются в следующем: выявляется спектральная динамика сложной упругой системы с многомерным вибровоздействием на входе путем определения полной частотной характеристики виброизоляции конструкции с учетом когерентных связей входных вибронагрузок и когерентных связей реакции на выходе с MHolомерными вибронагрузками на входе; выделения входных вибронагрузок по каналам, очищенных от влияния смежных входных вибропроцессов, действующих по остальным каналам системы; фильтрации выходной реакции от неучтенных возмущений и разделения ее на составляющие, обусловленные только входными вибровоздействиями, очищенными от посторонних вибропроцессов на входе.

Полная характеристика виброизоляции

Ж (м) слагается из отношений по каждому из каналов системы когерентного энергетического спектра выхода Фу„),(в) к когерентному энергетическому спектру входа

Е„„„„(в).

Когерентный спектр выхода, соответствующего К-му каналу системы, К = 1 и, строится с учетом когерентных связей выходной реакции Y(t) с многомерными вибропроцессами на входе Xn(t) и XnK(t). т.е.

co hQ+ „(o)) co h у < (и)) Когерентный спектр входа. соответствующий К-му каналу системы (К = 1 n), строится с учетом когерентных связей К-ой вибронагрузки Хк(т) с остальными вибровоздействиями XnK(t), т.е, 2

F g,„(в) = „„„„(и) () — coP, „„, (а>)) Затем находят полную характеристику виброизоляции для многоканальной динамической системы по формуле:

<„,).(<д) „,„ )- co yyq (») с" Ф,г- ) Г

Функция когерентности coh ó, „(o)), ус-. танавливающая полную когерентную связь между реакцией Y(t) и многомерным входом

Хп(т), является в предложенном способе количественной мерой для оценивания и контроля качества выбранной колебательной модели, имитирующей динамическую систему с точки зрения полноты ее охвата входными канальными вибронагрузками.

На фиг.1 представлена модель многоканальной динамической системы прототипа; на фиг.2 — условная схема упругодеформирующих связей в виде сплошных и пунктирных линий предлагаемого способа; на фиг.3, 4 — экспериментальные графики полной амплитудно-частотной характеристики вибро1779968

Wyy(Ф ) = Wyy; х(х(, (o) ) Wy((, (()) ) = Wya, ЧЧ(к(())) = W(((: i, K = 1 n; i < K.

Определяются с привлечением средств вычислительной техники функции множественной когерентности

coh9p (г()), соЫ „„(и)), соП хьюг„„(в) с применением алгоритмов

Wyn

W(y И»

WÄy Wn(W,n соЬ () = f

Ж(( (» ° ° (к

1(к (° ° (((/к к

Mn(.. 9lnl

Wïï

Wy((Win

И„)(Wy

W(y » (ку к(WyK

И(к

1(««п

WK«

WK Ы., W((y И(((cob>, <(,))= f—

x„„

Wpy

Ы(к .. W(n

W« оп (W„

Мч(Ип( ((и п

Won

14«к (пИ ° (к

Мкк (4пк °

Мп

W«n

4nn

cobÄ («

««/((М(« (((и

Ыкк и(«и

W (« Ann

W(( и(к( ((п( ((кк изоляции Я. (C()) для первой и второй точек, выбранных на модели У1 и Уг; на фиг.5— график полной функции когерентности для точки Y.

Предлагаемый способ содержи следующие операции, На входах динамической системы с помощью бортовой многоканальной виброизмерительной аппаратуры одновременно регистрируются вибронагрузки x)(t), xQ(t), ...

x(((t), На выходе системы в темпе времени с входными вибропроцессами регистрируется вибронагруэка Y(t), приложенная к комплектующему элементу или конструктивному узлу системы.

С помощью спектроанализаторов находятся автономные и взаимные энергетические спектры входных и выходных виб рона грузок

Формируются когерентные энергетические спектры выхода по каждому иэ К-ых каналов

Ф у(((())) =

= Wyy (o)) coho@„(o)) со Рф (i (cu)

10 Формируются когерентные энергетиче. ские спектры вибровоздействий по каждому из входных каналов (() )

<„) (((,) ) (1 - c ok ((K /х и к

15 Г«„С,о) = "XKXK

Строятся частные отношения для каждого из каналов

20 Н ((с)) 2 = (((); К= 1 и, Комплектуется полная характеристика виброизоляции для динамической системы

25 как

К=(Контролируется по функции

cohyô„(â) полнота принятой модели динамической системы с точки зрения учета входных вибровоэдействий, Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Летным испытаниям подвергалась серия крупногабаритных и большегрузных динамических систем, предназначенных для

40 виброиэоляции блоков бортового оборудования осуществляющего аэрофотосъемку местности, Одна из этих систем была установлена на четырех упругих опорах из штатных амортизаторов. В момент

45 вибровозбуждений одновременно регистрировали входные вибровоздействия на 4-х точках в местах крепления амортизаторов и реакцию системы в точках 1, 2 (в местах, где узлы крепления наиболее уязвимы к механическим нагрузкам элементов), фиг,2, Затем определяют функции множественной когерентности на входе и выходе системы для каждого канала по всем четыре(л входам согласно представленным формулам

coh y4< (())), cohyg„(, (o)). соЬ,ьф„„((()) для У1 и Уг выхода и Хф), Xg(t), Xg(t), X4(t) входов, где cohg+„((()) — полная функция когерентности выхода ко всем входам, а когерентность со yp„„((») — усеченная фун1779968 кция когерентности выхода ко входам без

К-ro канала.

Определяют когерентные спектры отмеченных входов и выходов по формулам

Фуу < (fi)) M Е к к (о)) .

Определяют г;олную характеристику виброизоляции Ж (й )отдельно для точек У1 и Уг суммированием отношений когерентного энергетического спектра реакции системы

\ЯУУ(со и У,Х (ii>) — cohQg„< ) к М/кк(1—

coh x>Ä< (и) ) — когерентному спектру вхог да, где и = 4, а К = 1,4; с помощью « (Ф оцениваются виброзащитные свойства системы, в особенности, на ее резонансных частотах.

Контроль качества динамических свойств системы на резонансных частотах проводится с помощью полной функции когерентности, а именно: стремление функции когерентности к единице на резонансных частотах свидетельствует о достоверности динамической характеристики на резонансных частотах. На фиг.З, 4 представлены экспериментальные графики полных амплитудно-частотных характеристик виброизоляции М) для первой и второй точек У1 и Уг. На фиг.5 представлен графиК полной функции когерентности для точки

Ус. В районе 25-30 Гц составляющих резонанс системы, как видно на фиг.5, эта функция приближается к единице, что и свидетельствует о дос оверности системы.

Выявление резонансных частот необходимо для прогнозирования механического износа оборудования при воздействии вибрации, На остальных частотах антирезонансный износ не играет роли в образовании вибрационного ресурса изделия, и поэтому поведение полной функцией когерентности на этих частотах может не приниматься во внимание.

Формула изобретения

Способ определения характеристик виброизоляции многоканальной динамической системы. по которому возбуждают систему одновременно по всем входам вибровоздействиями, соответствующими

15 натурным, измеряют входные вибровоздействия, реакцию системы, определяют функцию множественной когерентности вибровоздействий Хп(с) по всем и входам с реакцией Y(). и полную характеристику виброизоляции суммированием отношений энергетического спектра реакции системы

Wvv к энергетическим спектрам входных вибровоздействий Wxjzj, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности определения характеристики виброизоляции за счет учета взаимовлияния входных вибровоздействий, дополнительно определяют функции множественной когерентности вибровоздействий Хп1(с) по всем входам, 30 кроме j ãî, с реакцией и вибровоздейотвия

Х;(с) по каждому входу с остальными вибровоздействиями Х 1(с), а полную характеристику виброизоляции определяют как

5 н «>= í„.(г)

1 и 1" ь/ууРФ ь lx„(F)- ñî4 Ix„(f)) -," " -; „„; (А(1 - cot> x; ti„; уц

1779968

УФ

pV82 Гд

75 ф

O ГО 00 Ж7 Ю A7d 120 МУ Ed 1Ю

Vmmomu I2C/

4Ы.7

Г,Х

f5

1Р

ЮХ

0 80 40 H Ю 100 120 140 f80 МР

9uemump / 4)

4Ьг4

; дЯ 03 07 g И

0Х Щ и gg Р2

Ь

40 60 80 100 110 ФО 1Е0 1Ю

Частопт(Гц

РагХ

Составитель В.Конычев

Редактор С.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор 3, Салко

Заказ 4431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101