Способ испытаний объектов на виброударные нагрузки

Авторы патента:

Байрак Виктор Владимирович (RU)

Шарков Максим Владимирович (RU)

Шакиров Ринат Назифович (RU)

G01M7/00 - Испытание конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки (G01M 9/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2775377:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области механических испытаний изделий, а именно к испытаниям изделий на стойкость к воздействию высокоинтенсивных виброударных нагрузок с заранее заданными характеристиками во временной и частотных областях. Способ включает последовательное воздействие на объект испытания (ОИ) заданной ударной и вибрационной нагрузки. Сначала на ОИ на вибрационном стенде воздействуют ударной нагрузкой полусинусоидальной формы с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки длительностью, равной половине периода колебаний, имеющих среднюю частоту для заданной полосы частот с максимальным уровнем спектральной характеристики; если при воздействии на ОИ ударной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется ударная нагрузка с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки, воздействие на ОИ ударной нагрузки с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки, проводят на ударном стенде, затем на вибрационном стенде на ОИ воздействуют вибрационной нагрузкой с длительностью и уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот без воспроизведения максимального уровня виброускорения для заданной виброударной нагрузки, реализованного на этапе ударного нагружения; если при воздействии вибрационной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется вибронагрузка с длительностью и уровнями спектральных характеристик в полосах частот для заданной виброударной нагрузки, вибрационное воздействие на ОИ проводят последовательно для каждой полосы частот с длительностью и уровнем спектральной характеристики для заданной виброударной нагрузки. Технический результат заключается в обеспечении испытаний объектов с широким диапазоном габаритно-массовых характеристик на высокоинтенсивное виброударное нагружение, эквивалентное натурному воздействию. 2 ил.

Изобретение относится к области механических испытании изделии, а именно к испытаниям изделий на стойкость к воздействию высокоинтенсивных виброударных нагрузок с заранее заданными характеристиками во временной и частотных областях со следующими основными параметрами:

- уровни спектральных характеристик (например, спектральная плотность мощности виброускорений) в заданных полосах частот (S):

- максимальное виброускорение (А_m);

- время действия виброударной нагрузки (Т).

Известен «Способ испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования» (Патент RU№2262679. МПК С01М 7/08. G01N 3/313(2000.01), опубликованный 20.10.2005, Бюл. №29). Способ включает ударное нагружение объекта испытания (ОИ), создаваемое с помощью пиротехнических устройств с заранее заданным ударным спектром ускорений, который перекрывает требуемый ударный спектр ускорений. Затем определяют расстояние от пиротехнического устройства до объекта испытаний, на котором зарегистрированный ударный спектр ускорений не меньше требуемого. После этого определяют количество точек приложения ударных воздействий. Далее создают ударное воздействие в определенных выше точках. Сравнивают полученные ударные спектры ускорений во всех точках контроля с требуемым ударным спектром ускорений и при необходимости корректируют количество и места установки пиротехнических устройств. Процедуру продолжают до обеспечения требуемого ударного спектра ускорений во всех контрольных точках.

Недостатки указанного способа испытаний на ударные нагрузки заключаются в большой трудоемкости и сложности подбора ударного воздействия с требуемыми уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот, а также невозможностью регулировки длительности воздействия виброударной нагрузки и отсутствие возможности испытаний крупногабаритных объектов с большой массой.

Известен способ испытаний объектов на виброударные нагрузки, описанный в патенте «Устройство для испытаний изделий на виброударные нагрузки» (Патент RU №2348021, МПК G01М 7/00(2006.01), опубликованный 27.02.2009. Бюл. №6).

Устройство для испытаний содержит упругопластичные тела, на одном из которых установлено испытуемое изделие. Упругосвязанные тела выполнены в виде концентрических колец, соединенных между собой упругими элементами в виде двойных мембран, пространство между которыми заполнено демпфирующим материалом. Наружное кольцо установлено с возможностью ударного взаимодействия с опорой, а испытуемое изделие установлено на верхнем основании внутреннего кольца.

Для возбуждения колебаний в конструкции устройства необходимо внешнее возбуждение, которое может быть осуществлено, например, путем свободного падения с определенной высоты данной конструкции на жесткую поверхность с последующим удержанием внешнего кольца в неподвижном состоянии. При соударении нижнего основания наружного кольца с опорой подвижные кольца получают возможность свободных колебаний, причем каждое на своей резонансной частоте. Верхнее основание кольца вместе с установленным на нем испытуемым изделием приобретает полигармонические колебания, диапазон частот и соотношение амплитуд которых определяются массово-жесткостными параметрами резонансных элементов устройства (мембран и подвижных колец), а интенсивность виброударного нагружения регулируется силой удара и характеристиками демпфирующего материала. Способ, реализуемый при работе «Устройства для испытаний изделий на виброударные нагрузки», выбран в качестве прототипа.

Недостатки указанного способа заключаются в том, что испытания возможно проводить для изделий с небольшой массой (до 5 кг), для каждого типа испытуемого изделия необходимо проводить трудоемкие подготовительные работы по предварительному проведению расчетов и подготовки нового устройства, позволяющего реализовать заданные спектральные характеристики виброускорений в требуемых полосах частот, длительность виброударного вибронагружения.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных ОИ на высокоинтенсивные виброударные нагрузки с применением серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования без проведения трудоемких подготовительных работ по созданию специальных виброударных устройств.

Технический результат - обеспечение испытаний объектов с широким диапазоном габаритно-массовых характеристик на высокоинтенсивное виброударное нагружение, эквивалентное натурному воздействию. с применением серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования без проведения трудоемких подготовительных работ по созданию специальных виброударных ycтройств.

Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе испытаний объектов (ОИ) на виброударные нагрузки, включающем воздействие на ОИ заданной ударной и вибрационной нагрузки, в отличие от прототипа, сначала на ОИ на вибрационном стенде воздействуют ударной нагрузкой полусинусоидальной формы с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки длительностью, равной половине периода колебаний, имеющих среднюю частоту для заданной полосы частот с максимальным уровнем спектральной характеристики, при этом, если при воздействии на ОИ ударной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется ударная нагрузка с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки, воздействие на ОИ ударной нагрузки с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки проводят на ударном стенде, затем на вибрационном стенде на ОИ воздействуют вибрационной нагрузкой длительностью и уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот без воспроизведения максимального значения виброускорення для заданной виброударной нагрузки, воспроизведенного на ОИ при воздействии ударной нагрузки на ударном стенде, при этом, если при воздействии вибрационной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется вибронагрузка с длительностью и уровнями спектральных характеристик в полосах частот для заданной виброударной нагрузки, вибрационное воздействие на ОИ проводят последовательно для каждой полосы частот с длительностью и уровнем спектральной характеристики для заданной виброударной нагрузки.

Согласно принципу Палмгрена-Майнера последовательность нагрузок не важна и общее повреждение ОИ является суммой всех повреждений от всех нагружений (В.Ф. Гладкий. Вероятностные методы проектирования конструкции летательного аппарата. Москва «Наука», 1982; B.C. Гудрамович. Н.С. Переверзнев. Несущая способность и долговечность элементов конструкций. Киев «Наукова думка». 1981).

Использование всей совокупности признаков формулы изобретения позволяет согласно принципу Палмгрена-Майнера осуществить последовательное нагружение ОИ отдельными составляющими виброударного процесса: ударным и кратковременным случайным вибрационным нагружением, которое обеспечивает накопление повреждения в ОИ, эквивалентное заданному виброударному воздействию, с применением серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования без проведения трудоемких подготовительных работ по созданию специальных виброударных устройств.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 изображены временные и частотные параметры заданной виброударной нагрузки. На фиг. 2 изображены временные параметры заданной ударной нагрузки.

Заявляемый способ испытаний объектов (ОИ) па виброударные нагрузки осуществляется следующим образом.

На основе анализа исходных данных для заданной виброударной нагрузки, габаритно-массовых характеристик испытуемого ОИ выбирают оборудование для проведения испытании из серийного изготавливаемого ударного и вибрационного оборудования.

Сначала на ОН (изделие или габаритно-массовую модель изделия) на вибрационном стенде типа ES (производитель - фирма Donging Technologies со. ltd. КНР) или типа SIT DН (производитель - фирма Suzhou Sushi Testing Instrument. КНР), имеющем в своем составе систему управления и измерения модели типа LMS (производитель - компания LMS International. Бельгия) или модели СКУВ (производитель - ООО «НТП Измерительные Технологии», Россия) воздействуют ударной нагрузкой полусинусоидальной формы с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению А_m заданной виброударной нагрузки и длительностью T_y, равной половине периода колебаний, имеющих среднюю частоту f_c для заданной полосы частот с максимальным уровнем спектральной характеристики S_n для заданной виброударной на грузки.

Воздействие высокоинтенсивной ударной нагрузки, находящейся в спектре натурного процесса (ВУП), может привести к нарушению прочности отдельных элементов ОИ из-за действия возникающих в них напряжений выше временного предела прочности материала этих элементов. Действие подобной нагрузки может также привести и к нарушению устойчивости ОИ, критичного к интенсивным ударным нагрузкам (Э.Н. Кузьмин. Обеспечение виброударостойкости оборудования и аппаратуры. Снежинск «РФЯЦ-ВНИИТФ». 2003).

Если при проведении ударных испытаний на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется ударная нагрузка с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению А_m заданной виброударной нагрузки, испытания на воздействие ударной нагрузки с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению А_m заданной виброударной нагрузки проводят на ударном стенде, например типа ВСТС (производитель - ООО «Вибросервис», Россия).

Затем па вибрационном стенде на ОИ воздействуют вибрационной нагрузкой с длительностью и уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот без воспроизведения виброускорения с максимальным уровнем А_m для заданной виброударной нагрузки, воспроизведенного на этапе ударного нагружения, при этом, если при воздействии вибрационной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется вибронагрузка с длительностью и уровнями спектральных характеристик (S) в полосах частот для заданной виброударной нагрузки. вибрационное воздействие на ОИ проводят последовательно для каждой полосы частот с длительностью и уровнями спектральных характеристик для заданной виброударной нагрузки.

Воздействие кратковременной случайной вибрации, несмотря на малое количество циклов может вызвать малоцикловые усталостные явления в конструкции OИ (Э.Н. Кузьмин. Обеспечение виброударостойкости оборудования и аппаратуры. Снежинск «РФЯЦ-ВНИИТФ». 2003).

Полому эквивалентность заданной виброударной нагрузки и лабораторного виброударного нагружения обеспечивается последовательными нагружениями ОИ ударной и вибрационной нагрузкой.

В результате использования всей совокупности признаков заявляемого способа обеспечивается проведение виброударных испытаний с заданными параметрами виброударной нагрузки ОИ до нескольких сотен килограммов с линейными и поперечными размерами до нескольких метров на серийно выпускаемом ударном и вибрационном оборудовании с максимальным у скорением при ударном нагруженпи до 10000 м/сек² и ускорением 100…500 м/сек² при вибрационном нагружении с требуемыми уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот.

Способ испытаний объектов (ОИ) на виброударные нагрузки, включающий последовательное воздействие на ОИ заданной ударной и вибрационной нагрузки, отличающийся тем, что сначала на ОИ на вибрационном стенде воздействуют ударной нагрузкой полусинусоидальной формы с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки длительностью, равной половине периода колебаний, имеющих среднюю частоту для заданной полосы частот с максимальным уровнем спектральной характеристики, при этом, если при воздействии на ОИ ударной нагрузкой на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется ударная нагрузка с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки, воздействие на ОИ ударной нагрузки с пиковым ускорением, равным максимальному виброускорению заданной виброударной нагрузки, производят на ударном стенде, затем на вибрационном стенде на ОИ воздействуют вибрационной нагрузкой длительностью и уровнями спектральных характеристик в заданных полосах частот без воспроизведения максимального значения виброускорения для заданной виброударной нагрузки, воспроизведенного на ОИ при воздействии ударной нагрузки на ударном стенде, при этом, если при воздействии вибрационной нагрузки на вибрационном стенде из-за ограниченных энергетических характеристик применяемого вибростенда не реализуется вибрационная нагрузка с длительностью и уровнями спектральных характеристик в полосах частот для заданной виброударной нагрузки, вибрационное воздействие на ОИ проводят последовательно для каждой полосы частот с длительностью и уровнем спектральной характеристики для заданной виброударной нагрузки.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля несущей способности строительных конструкций, в частности к способам контроля несущей способности пролетных строений автодорожных мостов. Cпособ заключается в том, что первоначально пробную нагрузку располагают за пролетным строением моста, после чего датчиками сейсмических колебаний в средней части пролетного строения измеряют частоту собственных колебаний, после этого начинают циклы измерения, в каждом из которых передвигают пробную нагрузку вдоль пролетного строения от одной опоры со скоростью, исключающей динамические колебания пролетного строения.

Платформа вибростенда // 2769895

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к платформам трехосных вибростендов для крепления объектов, подлежащих вибрационным испытаниям. Платформа вибростенда выполнена в виде параллелепипеда для крепления объекта, подлежащего трехкоординатным вибрационным испытаниям.

Способ оценки устойчивости грунтового гидротехнического сооружения к динамическим воздействиям от проходящего железнодорожного транспорта // 2769846

Изобретение относится к области обеспечения безопасности эксплуатируемых грунтовых гидротехнических сооружений и может быть использовано для определения и оценки их устойчивости к динамическим воздействиям от проходящего железнодорожного транспорта. В результате движения железнодорожного транспорта по грунтовым гидротехническим сооружениям (ГТС) возникают дополнительные динамические нагрузки на элементы ГТС, на которых расположены железнодорожные полотна, что негативно сказывается на состоянии сооружений.

Способ компоновки бурильной колонны для вторичного вскрытия продуктивного пласта // 2764966

Изобретение к области бурения скважин и может быть использовано при их капитальном ремонте методом глубокой перфорации разветвленными каналами со сверхмалыми диаметрами и радиусами кривизны в резкоизменяющихся геологических условиях. Способ включает сборку рабочих элементов с различными собственными частотами, размещенных в динамически возмущенном участке нагруженной части бурильной колонны.

Универсальный имитатор транспортно-пускового контейнера для поведения вибродинамических испытаний спутников стандарта cubesat // 2758161

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, применяемым при наземном тестировании. Универсальный имитатор транспортно-пускового контейнера состоит из корпуса с основанием в виде плиты, верхней горизонтальной крышки, вертикальных боковых стенок с окнами и с угловыми направляющими, толкателя и его пружин.

Стол жидкостного охлаждения // 2757978

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано при испытаниях на комплексное термомеханическое воздействие и вибрации. Стол содержит плиту нижнюю, отдельные герметичные камеры охлаждения, соединенные через штуцеры с системой подачи, слива и охлаждения воды.

Установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов // 2757974

Изобретение относится к испытательной технике. Предлагается установка для вибрационных испытаний быстровращающихся роторов, включающая станину, электродвигатель, опорные узлы, в которых установлен испытуемый вал с нагрузочным диском радиальной вибрации, датчики измерения вибрации, аналого-цифровой преобразователь с выводом информации на ЭВМ, отличающаяся тем, что в установку дополнительно введены приводной ротор с диском, в котором выполнены окна, сильфонная муфта, установленная на валу приводного ротора, взаимодействующая с приводным электродвигателем, сопловые аппараты, установленные на статоре приводного ротора и связанные с внешним источником сжатого воздуха, внешний источник сжатого воздуха выполнен с возможностью создания бегущей волны, воздействующей на лопатки нагрузочного диска испытуемого вала через сопловые аппараты и вращающиеся окна приводного ротора, испытуемый вал выполнен с возможностью вращения и нагружения его продольной и крутильной вибрационной нагрузкой, параметры которой определяются углом сдвига окон диска , где m - число окон в диске; n - порядковый номер окна, а число сопловых аппаратов равно числу окон, скоростью вращения приводного ротора, параметрами струи сжатого воздуха и геометрическими характеристиками лопаток нагрузочного диска испытуемого вала, сигналы от датчиков осевой, крутильной и радиальной вибрации ротора поступают в аналого-цифровой преобразователь, связанный с ЭВМ, с помощью которой анализируют взаимное влияние вибраций различных типов с выводом результатов анализа на печать.

Система и способ оптико-акустического контроля // 2757338

Способ измерения состояния множества пространственно разнесенных машинных частей, подверженных износу и испускающих акустические сигнатуры, включает следующие шаги: (а) оптическое обнаружение акустических свойств множества машинных частей, подверженных износу, и получение из них обнаруженных сигналов; (b) разделение обнаруженных сигналов на первую последовательность соответствующих пространственных сегментов вдоль пространственно разнесенных машинных частей и, для каждого пространственного сегмента, разделение обнаруженного сигнала на временной сегмент с записью акустических свойств пространственного сегмента за протяженный временной период; (с) разделение каждого временного сегмента на последовательность субсегментов и преобразование субсегментов в частотную область в соответствующие частотные субсегменты; (d) комбинирование частотных субсегментов в пределах пространственного сегмента с получением соответствующего комбинированного частотного субсегмента с пониженным уровнем шумов; и (е) определение основной частоты испускаемых акустических сигнатур, присутствующих в комбинированном частотном субсегменте, и ее гармоник.

Стол переходной охлаждаемый // 2754242

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано при испытаниях на комплексное термомеханическое воздействие. Стол содержит верхнюю и нижнюю опорные плиты из жаропрочной стали, жестко соединенные между собой заглубленными в них вертикальными несущими ребрами и горизонтальными пластинами, образующими вдоль нижней опорной плиты замкнутые герметичные полости.

Маятниковый калибровочный вибростенд // 2749702

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров векторных объектов в низкочастотном диапазоне, и может быть применено в геофизике для исследования таких параметров, как чувствительность, характеристика направленности и коэффициент деления характеристики направленности каналов ускорения, в частности, векторных приемников типа и их элементов, а также для использования в технологических циклах изготовления акселерометров для отбора датчиков по чувствительности.

Способ мониторинга технического состояния мостовых опор в процессе их эксплуатации // 2778277

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для диагностики размывов опор мостов. Способ включает установку на оголовке опоры в горизонтальной плоскости вибродатчиков, регистрацию колебаний опоры в поперечном и продольном направлениях под действием микродинамического фона естественного и техногенного происхождения, обработку полученных сигналов, в результате которой определяют фактические частоты собственных колебаний опоры в нагруженном состоянии, вычисление частот собственных колебаний объекта в нагруженном состоянии при различных вариациях глубины и ширины размыва с помощью математического моделирования, сравнение фактических частот с расчетными, полученными при моделировании, для выявления возможных вариантов размыва опоры и его локализации и определения степени снижения или потери несущей способности. При этом истинный уровень размыва опоры и его локализацию определяют с учетом угловых перемещений верха опоры вдоль и поперек оси моста под действием подвижной нагрузки посредством датчиков-инклинометров, установленных на оголовке опоры, а при вычислении динамических характеристик объекта производят определение первой изгибной поперечной и продольной частоты собственных колебаний путем фиксации пиковых значений первичного сигнала вибродатчика. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности мостов за счет своевременного обнаружения размывов опор по результатам мониторинга. 1 пр., 2 табл., 5 ил.