5. Испытания изделий на воздействие вибрационных нагрузок.

5.1. Действие вибрации на технические объекты.

Одной из наиболее существенных причин отказов технических объектов в процессе их эксплуатации является действие знакопеременных нагрузок и вибрации.

Термин вибрация (от лат. vibratio — колебания) практически является аналогом понятий «механические колебания», «колебания механических систем». Существуют другие виды колебаний, которые не принято называть вибрация - электромагнитные, электрические, колебания микроструктур и т.д. Вибрацией принято называть механические колебания, имеющие относительно небольшие амплитуды и не слишком низкие частоты. Например, колебания маятника или корабля на волнах не называют вибрацией, а колебания того же корабля от работы двигателя или вращения винтов называют «ходовая вибрация». Терминология по вибрации содержится в ГОСТ 24346-80.

Вибрационные нагрузки действуют на объекты при их транспортировании, при работе рядом с ними агрегатов и механизмов большой мощности.

Вибрация возникает в машинах при ускорении неуравновешенных масс, действии последовательности толчков и ударов, из-за больших различий жесткости различных элементов конструкции, наличия люфтов и зазоров. Вибрация может быть вызвана внешними периодическими факторами - атмосферной турбулентностью, шумом обтекания, шумом струи реактивного двигателя. Возможна вибрация от автоколебаний (флаттер, бафтинг), связанных с неустойчивостью движения элементов конструкций при их обтекании жидкостью или газом. Практически всякое движение механических систем вызывает вибрацию различного уровня и спектрального состава.

Около 70—80% отказов изделий машиностроения вызвано действием вибрации (усталостное разрушение, износ, ослабление и разрушение соединений, нарушение герметичности и т.д.).

Наибольшую опасность представляют резонансные режимы вибрации, когда частоты возбуждения близки к собственным частотам колебаний технических объектов. Резонансные колебания (вибрация) соответствуют одному из максимумов амплитудно-частотной характеристики (зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты гармонического возбуждения с постоянной амплитудой). Для объектов, имеющих большое количество собственных частот, уменьшение влияния резонансов является сложной проблемой.

Наиболее чувствительными к вибрации являются различные приборы и электронная аппаратура. Ресурс аппаратуры, установленной на объектах, подверженных вибрации, может уменьшаться в несколько раз. Причем увеличение влияния вибрации происходит при включенной аппаратуре.

Помимо отказов, связанных с механическими повреждениями и разрушениями, возможны отказы в форме недопустимых отклонений характеристик от номинальных значений (изменения сопротивления, индуктивности, емкости, появления микрофонного эффекта, виброшумов в элементах схем и т.д.).

Для уменьшения влияния вибрации используются различные средства и методы виброзащиты: виброизоляция и демпфирование.

Виброизоляция состоит в использовании устройств, помещаемых между источником возбуждения и защищаемым объектом, которые частично поглощают энергию, изменяют амплитуду и частотный состав вибраций. Демпфирование вибрации выполняется путем включения в конструкцию объекта устройств и материалов, рассеивающих механическую энергию.

Средствами виброзащиты являются различного рода амортизаторы, виброизолирующие соединительные элементы, вибропоглощающие основания и покрытия, материалы с повышенным вибропоглощением (пластмассы, резина, композиционные и гибридные материалы).

Примерами виброзащиты являются вибропоглощающие и плавающие основания аппаратуры, машин и оборудования, антисейсмические основания сооружений, вибропоглощающее (резиновое) покрытие подводных лодок.