Метод добавочных масс

Метод служит для определения обобщенных масс. Сущность метода добавочных масс заключается в изменении инерционных свойств исходной системы при добавлении к ней нескольких небольших, заранее известных масс и в измерении собственных частот. При этом предполагается, что добавочные массы не вносят существенных изменений в собственные формы колебаний.

Пусть имеется система с л сосредоточенными массами, собственная частота г-го тона колебаний которой σ_r. Догружая систему в общем случае во всех л точках массами µ₁, µ₂, …, µ_n, получаем измененную систему, собственная частота r-го тона колебаний которой σ_r^*. Предполагая, что форма колебаний остается без изменений и используя соотношения

вытекающие непосредственно из определения собственных частот, искомую обобщенную массу можно выразить в следующем виде:

где Δm_rr — изменение обобщенной массы за счет добавочных масс:

Если частота колебаний изменяется слабо, т.е. Δσ_r=(σ_r-σ_r^*) << σ_r выражение (2.42) можно представить в более простом виде:

Таким образом, для определения обобщенных масс необходимо знать добавочные массы, собственные частоты колебаний исходной и измененной системы и, вообще говоря, формы колебаний.

Добавочные массы определяются заранее, путем взвешивания. Собственные частоты и формы колебаний могут быть определены одним из методов, рассмотренных выше.

Очевидно, что чем меньше присоединяемые массы, тем точнее выполняется предположение о неизменяемости форм колебаний. Однако с уменьшением присоединяемых масс частоты σ_r и σ_r^* сближаются, и, следовательно, ошибки при определении обобщенных масс по формулам (2.42) и (2.44) должны возрастать. Это обстоятельство обусловливает повышенные требования к точности измерения частот колебаний.

Практически при выборе добавочных масс можно придерживаться следующего правила. Если с присоединением масс в какой-нибудь точке конструкции собственная частота изменяется пропорционально их значению, то изменение формы колебаний несущественно. В этом случае присоединяемые массы следует считать малыми.

При наличии аппаратуры, позволяющей измерять собственные частоты с высокой степенью точности, обобщенные массы могут также определяться по несколько видоизмененной методике. Эта методика состоит в следующем.

К конструкции последовательно добавляют малые массы в одной точке и определяют собственную частоту колебаний системы σ_r^* в зависимости от значений присоединенных масс µⁱ. На основании полученной зависимости находят значение производной (угла наклона) при µ_i=0. Обобщенную массу вычисляют по формуле

Эту формулу нетрудно получить из выражений для собственных частот σ_r.

Методы испытаний на вибропрочность и виброустойчивость

Виброустойчивостью называется способность ЛА, его систем и аппаратуры сохранять работоспособность в условиях воздействия вибрации. Виброустойчивость определяет степень чувствительности испытуемого объекта к динамическим нагрузкам. Она характеризуется амплитудой ускорений и частотой вибрации, при которых не нарушается нормальное функционирование испытуемого объекта.

Вибропрочность — это свойство узлов, аппаратуры и ЛА в целом противостоять разрушающему действию вибрации в заданных диапазонах частот и оставаться работоспособными после воздействия вибрационных нагрузок. Она характеризуется максимальными амплитудами ускорений, собственными частотами колебаний испытуемой конструкции, демпфирующими свойствами материала конструкции и продолжительностью действия вибрационной нагрузки.

Испытания на вибропрочность и виброустойчивость могут быть реализованы следующими основными методами:

— испытание гармонической вибрацией на фиксированных частотах;

— испытание гармонической вибрацией с использованием метода качающейся частоты;

— испытание полигармонической вибрацией;

— испытание широкополосной случайной вибрацией;

— испытание узкополосной случайной вибрацией;

— испытание натурной (реальной) вибрацией.

Испытание гармонической вибрацией на фиксированных частотах

Метод заключается в последовательном воздействии на испытуемое изделие гармонической вибрации определенной частоты н амплитуды в требуемом диапазоне частот (рис. 2.21).

При испытаниях на вибропрочность (усталость) контролируют переменную и статическую силу, приложенные к испытуемому объекту и число циклов его нагружения.

В процессе испытаний на виброустойчивость контролируют амплитуду либо размах перемещения стола вибростенда. В программе испытаний изделий на вибропрочность и виброустойчивость в этом случае указывают поддиапазоны частот, время испытаний и амплитуды ускорений.

Рекомендуется выдерживать изделия на высшей частоте каждого поддиапазона. Продолжительность выдержки устанавливают в соответствии с требованиями технических условий.

Погрешность поддержания частоты не должна превышать ±10% на частотах до 200 Гц и ±5% на частотах более 200 Гц. Если за время испытаний не было обнаружено нарушений и все параметры соответствовали требованиям технических условий, то изделие признают выдержавшим испытания.

При испытании изделий и аппаратуры методом фиксированных частот особенно важно обнаружить резонансные частоты, на которых амплитуда колебаний испытуемого изделия будет в два раза и более превышать амплитуду колебаний точек крепления. В случае обнаружения резонансных частот или частот, на которых наблюдается ухудшение параметров изделия, рекомендуется дополнительная выдержка изделия при вибрации с данной частотой с целью уточнения и выявления причин несоответствия параметров техническому заданию. Иногда проводят длительные испытания на резонансных частотах для проверки ресурса работы конструкции.

Метод фиксированных частот имеет недостатки:

— сложность контроля перемещения, ускорения и частоты вибрации и их регулирования вручную из-за значительной неравномерности амплитудно-частотной характеристики тракта испытательного комплекса при испытаниях в широком диапазоне частот;

— невозможность выявления параметрических резонансов, вероятность пропусков резонансов отдельных элементов;

— последовательное возбуждение резонансов.

Однако этот метод до настоящего времени широко распространен в практике виброиспытаний. Он дешев и прост. Для него пригодны все виды вибростендов. Используется он в основном при заводских испытаниях серийно выпускаемых изделий.