Основные цели и особенности проведения вибрационных испытаний

Влияние вибрации исключить или существенно уменьшить возможно далеко не всегда. Поэтому существует проблема оценки влияния вибрации на прочность и устойчивость нормальной работы изделий, а также проблема определения предельных (граничных) режимов вибрации.

Свойство «прочность» состоит в способности объекта выдерживать заданные нагрузки без механических повреждений и разрушений, а «устойчивость» - в способности выполнять свои функции и сохранять в пределах установленных норм значения параметров при заданных нагрузках. Способность сохранять работоспособное состояние при действии, и после действия заданных режимов вибрации по условиям прочности и устойчивости называется соответственно вибропрочностью и виброустойчивостью.

Основными целями виброиспытаний является получение экспериментальных или расчетно-экспериментальных оценок характеристик и границ вибропрочности и виброустойчивости. Вибрационные испытания являются составной частью испытаний на надежность, при которых определяются те или иные характеристики надежности (вероятность безотказной работы, средний ресурс, плотность вероятности отказов и др.). В соответствии с этими основными целями, основными видами виброиспытаний являются испытания на вибропрочность на виброустойчивость.

Вибрационные испытания проводятся в основном в лабораторных условиях на вибростендах. Относительно редко используют полунатурные или натурные испытания, которые связаны с транспортированием (воздушным, морским, наземным - железнодорожным или автомобильным) и называются «натурные возки». Натурные испытания позволяют достоверно воспроизводить реальные условия нагружения, но в то же время дают относительно малый объем информации, имеют более высокую сложность ее передачи (с помощью телеметрии или бортовых систем обработки и регистрации). В целом они являются более дорогостоящими по сравнению с лабораторными испытаниями из-за необходимости использования натурных средств транспортирования, отдаленности от базы, сложности обеспечения безопасности.

Поскольку в лабораторных условиях практически невозможно точное воспроизведение реального нагружения, то при таких испытаниях используются нормативные (обобщенные) характеристики вибрации. Это позволяет с удовлетворительной вероятностью обеспечить максимально возможные в эксплуатации уровни нагружения.

Лабораторные стендовые виброиспытания проводятся в следующем порядке:

1) определяются резонансные частоты объекта в заданном диапазоне (построение АЧХ). Резонансные испытания аппаратуры проводятся в выключенном состоянии;

2) проводятся испытания на виброустойчивость и далее - на вибропрочность с использованием стандартных или ускоренных методов. При необходимости по результатам испытаний проводится доработка объекта и повторные испытания.

Испытания на виброустойнивость аппаратуры проводятся во включенном состоянии, поэтому к ней подключаются измерительные приборы, которые контролируют работоспособность и изменение рабочих параметров (уровня виброшумов, искажение формы выходного сигнала и т.д.).

Испытания не проводят, если первая резонансная частота изделия более чем в два раза превышает верхнюю частоту диапазона испытаний или виброустойчивость изделий обеспечивается их конструкцией.

Испытаниям на вибропрочность подвергают те же образцы изделий, которые были испытаны на виброустойчивость. Общее время испытаний разделяют на равные промежутки, в течение которых проводят испытания на каждой частоте. Во время испытаний проводится периодическая проверка изделия и его элементов на отсутствие механических повреждений. Аппаратура испытывается на прочность в выключенном состоянии.

Испытания на виброустойчивость и вибропрочность не рекомендуется проводить на резонансных режимах, за исключением специальных случаев (для ускорения испытаний, резонансные режимы являются рабочими, резонанс является слабо выраженным, т.е. коэффициент усиления по амплитуде менее двух и т.д.).

Режимы испытаний (амплитуды ускорения и продолжительность действия вибрации в каждой полосе частот) характеризуются степенью жесткости. Они устанавливаются в соответствии с техническими требованиями и стандартами на изделие. Параметры режима устанавливают и поддерживают в заданных пределах по показаниям рабочих средств измерений в контрольной точке. Контрольную точку выбирают в одном из следующих мест:

· на платформе стенда рядом с одной из точек крепления изделия;

· на крепежном приспособлении, если изделие закреплено на приспособлении;

· рядом с точкой крепления амортизатора, если изделие закреплено на собственных амортизаторах.

При испытаниях изделий, имеющих достаточно большую массу и жесткость, допускается выбирать контрольную точку непосредственно на изделии. Ее расположение указывают в стандартах и технических условиях на изделие, программах испытаний.

Испытания проводятся в диапазоне частот до 2000 Гц, за исключением испытаний миниатюрных изделий с массой не более 20 г, которые проводятся в диапазоне частот до 5000 Гц.

Испытания проводятся при воздействии вибрации одновременно или последовательно в трех взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к изделию. Исключением являются технически обоснованные случаи (условия эксплуатации, наличие поперечных составляющих вследствие нелинейных эффектов и т.д.). Допускается испытания вибрацией по одному, наиболее опасному, направлению, если оно известно.

При вибрационных испытаниях задание, контроль и измерение вибрации проводится либо на фиксированных частотах, либо в полосах частот.

Частотный диапазон принято разделять на декадные, октавные, 1/2-октавные или 1/3-октавные полосы частот. Каждая полоса частот характеризуется следующими частотами: нижней – f_н,i, верхней – f_в,i, и средней геометрической – f_ср,i.

f_н,i = f_в,i-1, f_в,i = f_н,i+1, f_ср,i = (f_н,i, f_н,i)^0,5 (5.1)

Октавные полосы, в свою очередь, часто разделяют на более узкие - 1/3-октавные полосы, в которых отношение (f_в,i/f_н,i)³ = 2. Октавная полоса частот состоит из трех 1/3-октавных. Декадные и 1/2-октавные полосы частот имеют соответственно значения отношений f_в,i /f_н,i =10 и f_в,i /f_н,i =2^0,5 .