4. Механические испытания и испытательное оборудование.

4.1. Испытания на виброустойчивость и вибропрочность

Механические испытания изделий авиационной техники проводятся с целью выявления наличия дефектов, определения динамических характеристик впитываемых изделий, проведения оценки влияния конструктивных факторов на параметры изделий, проверки соответствия показателей назначения изделий требованиям технических условий (ТУ).

Разработаны следующие виды механических испытаний: на об­наружение резонансных частот, на виброустойчивость, вибропрочность, на ударную прочность, на воздействие одиночных уда­ров, линейных нагрузок и акустических шумов.

Исследования различных видов механических испытаний пока­зывают, что сочетание вибрационных нагрузок и одиночных ударов оказывает решающее влияние на изделия. Остальные испытания мож­но рассматривать как дополнительные.

Число видов механических испытаний зависит от назначения изделия, условий эксплуатации, типа производства. Например, для опытных образцов в программу включаются все виды испытаний, для серийных образцов только предусмотренные стандартами и ТУ.

При разработке новых конструкций АП предварительно прово­дят испытании на обнаружение резонансных частот. Они дают воз­можность найти резонансные частоты изделий, деталей и сборочных единиц в каждом из трех возможных направлений вибраций. При совпадении резонансной частоты элемента с частотой возмущающей силы наступает явление резонанса, что характеризу­йся резким возрастанием амплитуды колебаний и изменением фазы колебаний по отношению к возмущению на 90°. Для частотного анализа конструкций наиболее важно исследовал их резонансные свойства в области низших частот, при которых возникают максимальные напряжения в элементах конструкций и следовательно, имеет место наибольшие деформации.

При определении резонансных частот аппаратуры в выключенном состоянии подвергается воздействию гармонической вибрации при пониженных ускорениях (1-5) g в диапазоне частот 0,2f_ор -1.5f_ор , где f_ор - расчетная резонансная частота изделия. Конкретный диапазон частот испытаний устанавливается программе испытаний. Поиск резонансных частот производят путем плавно­го изменения частоты при поддержании постоянной амплитуды усв­оения (1-5) g или амплитуды смещений (не более 1,5 мм).

В тех случаях, когда необходимо, совмещение этого вида испы­таний с испытанием на виброустойчивость, а также когда регистра­ция резонансных колебаний элементов конструкции невозможна, ре­зонансные частоты могут быть определены по изменению выходных параметров изделия.

По результатам проведения испытаний на определение резонан­сной частоты оцениваются механические свойства испытываемых из­делий по величине коэффициента конструктивного запаса Кз

Кз=f_н.р / f _в.в (4.1)

где f_н.р.- наименьшая резонансная частота испытуемого изделия; f _в.в - верхняя (возможная) частота рабочего диапазона, задан­ная в НТД.

Из (4.1) видно, что чем выше f_н.р. испытываемого изделия, тем больше Кз, а следовательно, выше вибропрочность при рав­ных рабочих условиях.

По результатам этих испытаний получают исходную информацию для выбора номенклатуры других видов испытаний. При этом, если f_н.р > 1000Гц, то из всех видов механических испытаний исключают испытания на ударопрочность, если f_н.р > 2000 Гц то исключают испытания на удароустойчивость, если f_н.р > 2 f _в.в, то исключают испытания и на виброустойчивость.

Испытания на виброустойчивость проводят с целью проверки способности изделий выполнять свои функции и сохранять свои па­раметры в пределах значений, указанных в ТУ, в условиях вибра­ции в заданном диапазоне частот и ускорения. Испытания проводят электрической нагрузкой, контролируя в процессе испытания пара­метры изделий. Для проверки виброустойчивости выбирают те пара­метры испытываемых изделий, по наблюдению за которыми можно су­дить о виброустойчивости, например, искажение выходного сигна­ла, уровень виброшумов и т.д.

В зависимости от степени жесткости испытания характеризуют­ся сочетанием следующих параметров: диапазона частот воздействия вибрации, амплитуды перемещения и ускорения, частоты переходов.

Продолжительность испытаний в каждом направлении воздействия определяется временем проверки работоспособности изделия. Испытания на вибропрочность проводят с целью проверки способности изделий противостоять разрушающему действию вибрации и сохранять свои параметры после воздействия в пределах значений, указанных в ТУ и программе испытаний на изделия.

Испытания на виброустойчивость и вибропрочность проводят следующими методами: фиксированных частот, плавающей частоты случайной вибрации.

Основным условием, позволяющим выбрать оптимальный в смысле результата метод испытаний, является знание резонансных частот изделия. Если резонансная частота превышает f_В.В. более чем в 1,5 раза, применяется метод испытаний на одной фиксированной частоте. Если резонансные частоты не установлены, применяется метод плавающей частоты. Если испытываемое изделие имеет не менее че­тырёх резонансов в заданном диапазоне частот, применяется метод случайной вибрации. Если есть необходимость сократить время испытаний при сох­ранении диапазона частот испытаний, применяется метод ускорен­ных испытаний, основанный на следующей закономерности влияния вибрационных нагрузок на долговечность изделия:

(4.2)

где j₀ , j_y - амплитуда вибрационного ускорения при обычном ускоренном испытаниях; Т₀ и T_y - продолжительность обычного ускоренного испытания; К - показатель степени, зависящей от особенностей конструкции и материала изделия (К- 2 - 10). Наиболее жесткому испытанию соответствует К = 2, поскольку при таком показателе степени продолжительность испытания будет максимальной (табл.4.1).