Организация испытаний. Учебное пособие

1 0 . 1 . М е х а н и ч е с к и е В В Ф

Первый класс – механические ВВФ – содержит шесть групп. Они вызывают разрушения вследствие растяжения, сжатия, изгиба, кручения, среза, вдавливания и усталости материала (рис. 10.1).

Изделия, предназначенные для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, должны быть прочными и устойчивыми при воздействии этих нагрузок. Изделия, не предназначенные для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, должны быть только прочными при воздействии этих нагрузок.

Прочность к воздействию механических факторов − это способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм после воздействия механических факторов.

Устойчивость к воздействию механических факторов − это способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм во время воздействия механических факторов.

Первая группа – колебания движения, характеризующиеся той или иной степенью повторяемости во времени. Колебания могут иметь различный источник возбуждения, отличаться степенью повторяемости и быстротой смены состояния.

Сюда относятся простые периодические прямоугольные и синусоидальные колебания, движения маятников, различных частей машин, вибрация (как частный случай колебания). Акустический шум − это случайные механические колебания звукового диапазона. Качка – колебания находящегося на воде предмета. Наклон (крен) может быть в вертикальной, продольной или поперечной плоскостях.

Вторая группа – удар – совокупность явлений, возникающих при столкновении двух тел или твердого тела с жидкостью или газом.

Механический удар – воздействие при кратковременном механическом взаимодействии твердых тел.

Гидравлический удар – удар жидкой струи о тело в результате повышения или понижения давления движущейся жидкости.

Аэродинамический удар – механическое воздействие ударной волны, образующейся при движении самолета со сверхзвуковой скоростью.

Сейсмический удар – удар, вызванный естественными причинами (землетрясением или искусственным взрывом).

61

Баллистический удар – механическое воздействие ударной волны, образующейся при движении тела по баллистической траектории при резком увеличении плотности, давления и скорости среды.

Взрывная волна – сжатая и приведенная в движение среда со сверхзвуковой скоростью (например, при взрывах).

Третья группа – постоянное ускорение. Это векторная величина АВ, характеризующая быстроту изменения с течением времени вектора скорости точки V. Причем ускорение точки должно быть постоянным и равно пределу отношения приращения V вектора скорости точки к промежутку времени t, в течение которого это приращение произошло при неограниченном уменьшении t:

Линейное ускорение точки пропорционально действующей на нее результативной силе и совпадает с ней по направлению.

Ускорение разлагается на две составляющие: направленная по касательной к траектории точки – угловое ускорение, а в сторону центра – центростремительное ускорение. Единица ускорения, м/с2.

Невесомость − состояние механической системы, при котором действующее на систему внешнее поле тяготения не вызывает взаимного давления одной части на другую и ее деформации. Например, тело на пружине.

Четвертая группа – механическое давление − величина, харак-

теризующая интенсивность сил на какую-нибудь часть поверхности тела по направлениям, перпендикулярным к этой поверхности.

Статическое давление – это давление, место применения и величина которого во времени меняется незначительно.

Динамическое давление – это давление, характеризующееся быстрым изменением во времени его величины или точки приложения.

Пятая группа – сила (момент) – векторная величина, служащая мерой взаимодействия тел. Единица силы – ньютон (Н). Момент силы – механическая величина, характеризующая внешнее воздействие на тело и определяющая изменение вращательного движения тела. Единица момента силы – ньютон на метр (Нм).

Растягивающая (сжимающая) сила характеризуется направлением вектора при взаимодействии тел: направление к телам – сжимающая, от тел – растягивающая. Изгибающая сила – воздействие внешних сил, лежащих в разных плоскостях, вызывающих изгиб, например, бруса.

62

Крутящий момент – действие сил, вызывающих деформацию кручения, выражается произведением силы на длину.

Механический срез – разрушение при сдвиге одной части материала относительно другой в результате действия силы.

Импульс силы – векторная величина, характеризующая действие, оказываемое на тело какой-либо величиной, силой за некоторый промежуток времени от t до t + t.

Шестая группа – поток жидкости, которая имеет только один вид: течение потока жидкости.

1 0 . 2 . К л и м а т и ч е с к и е В В Ф

Второй класс – климатические и другие природные ВВФ − содержит 10 групп, в которых 18 видов (рис. 10.2).

Первая группа – это параметры давления. Физическая атмосфера (атмосфера – внесистемная единица давления) равна атмосферному давлению 760 мм рт. ст. и соответствует 101,325 кПа. Меньшее давление является пониженным, большее – повышенным; перепад давления в ту или другую сторону называется изменением давления. Атмосферное давление и давление других газов при 101,325 кПа называется нормальным.

Вторая группа – температура среды − один из основных пара-

метров состояния, характеризующий тепловое состояние системы. Единица температуры – Кельвин (К). Эта группа содержит два вида: первый – повышенная или пониженная температура среды и второй –

изменение температуры.

Третья группа – влажность воздуха или других газов – содер-

жание в воздухе водяного пара; это одна из наиболее существенных характеристик.

Важнейшие величины, характеризующие влажность, следующие:

–абсолютная влажность воздуха – отношение массы водяного пара к объему воздуха (кг/м3);

–парциальное давление водяного пара, содержащегося в возду-

хе (Па);

–относительная влажность воздуха – отношение фактической массы водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимально воз-

64

можной (насыщающей) массе его в данном объеме воздуха при данной температуре (%).

Для средних широт атмосферная влажность у земной поверхности колеблется в пределах от 10 (летом) до 3 г/м3 (зимой). Наиболее благоприятные условия – относительная влажность 40−60 %. Уменьшение или увеличение приведенных величин является понижением или повышением влажности воздуха для данного периода, в данной климатической зоне, а разность величин, характеризующих влажность в период времени, является изменением влажности воздуха.

Четвертая группа – атмосферные осадки – содержит два вида:

–выпадающие осадки (дождь, град, крупа);

–конденсированные осадки (роса, иней, изморозь, гололед), т. е. осадки, образующиеся на поверхности земли и на предметах в виде воды в твердом, жидком состоянии в результате конденсации водяного пара, находящегося в воздухе.

Пятая группа – туман, который может быть городским или морским. Туман – это конденсационный аэрозоль с жидкой дисперсной фазой воды.

Шестая группа – пыль (песок), аэрозоль с твердой дисперсной фазой в виде пыли или песка имеет два вида:

–статическое состояние;

–динамическое.

Седьмая группа – солнечное излучение, которое может быть:

–интегральным;

–ультрафиолетовым.

Восьмая группа – поток воздуха (ветер), движущийся с различ-

ной скоростью, но не менее 0,6 м/c.

Девятая группа – среда с коррозионной активностью, содержит три вида:

–среда с коррозионно-активным агентом атмосферы (серни-

стый газ, хлориды), т. е. коррозия происходит при нахождении и воздействии на изделие атмосферного воздуха;

–среда с коррозионно-активным агентом морской воды: хлори-

ды, сульфаты, карбонаты, щелочи и щелочно-земные металлы и др.;

–коррозионно-активным агентом почвенно-грунтовой среды:

хлориды, нитраты, сульфаты, карбонаты, гумус и др.

Десятая группа – ледово-снежная среда, состоящая из льда и снежного покрова.

65

1 0 . 3 . Б и о л о г и ч е с к и е В В Ф

Третий класс – биологических ВВФ – состоит из трех групп

(рис. 10.3).

Первая группа – растения (бактерии, плесневые грибы, лишайники, высшие растения)

Вторая группа – беспозвоночные животные (губки, моллюски,

членистоногие, иглокожие).

Третья группа – позвоночные животные (рыбы, земноводные,

пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).

Биологические воздействия сильно влияют на надежность и работоспособность изделий, причем больше всего существует грибковых образований, относящихся к низшим растениям, не имеющим фотосинтеза. Оптимальные условия развития плесневых грибков – это относительная влажность воздуха больше 85 %, t +20 +30 С и застой воздуха. Наибольшие разрушения пластмасс, дерева, резины и кожи возникают под действием плесени. Плесень образует на поверхности материала водную пленку, которая способствует его химическому разложению и потере важнейших свойств.

Рис. 10.3. Третий класс ВВФ

Другим видом биологического воздействия являются насекомые, особенно термиты. Прожорливость делает их наиболее опасными из насекомых для оборудования. Определенную опасность для изделий, особенно для кабелей и проводов, могут представлять грызуны – крысы и мыши.

Защиту от биологических факторов воздействия осуществляют химическим и конструктивным методами.

67

1 1 . И С П Ы Т А Н И Я Н А Н А Д Е Ж Н О С Т Ь

Сертификационные испытания продукции проводятся в основном для оценки соответствия функциональных показателей условиям эксплуатации, способности к воздействию внешних факторов и критериям надежности.

Внешние воздействующие факторы определяют требования к безопасности продукции и поэтому оцениваются обычно в рамках обязательной сертификации.

Надежность как основное потребительское свойство продукции играет существенную роль в ее конкурентоспособности на рынке.

Показатели надежности часто являются предметом оценки при добровольной сертификации.

Надежность − это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Испытания на надежность проводят с целью оценки соответствия показателей надежности продукции технического применения. Для этого в испытательной лаборатории определяются количественные значения показателей надежности.

Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения определяется сочетанием таких свойств, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Качественно оценить такое свойство, как надежность нельзя, надежность можно оценить только количественно.

Что же нужно делать, чтобы продукция была надежна? В процессе создания продукции необходимо:

1)сформулировать требования к надежности будущего изделия еще на этапе разработки технического задания (ТЗ);

2)распределить требования к надежности между составными частями будущего изделия;

3)сравнить надежность различных деталей, элементов, устройств и систем;

68

4)оценить эффективность различных методов повышения надежности;

5)определить сроки службы и оценить возможные гарантии. Все это можно сделать только в том случае, если уметь оцени-

вать надежность не качественно, а количественно. Мерой количественной оценки надежности являются количественные показатели.

Эти показатели можно оценить либо по результатам эксплуатации готовой продукции, либо путем проведения специальных испытаний на надежность.

Основные свойства объекта:

1)безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Безотказность свойственна объекту не только в режиме работы объекта, но и зачастую при его хранении и транспортировании.

2)долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Объект может перейти в предельное состояние, оставаясь работоспособным, если, например, его дальнейшее применение по назначению станет недопустимым по требованиям безопасности, экономичности, эффективности и безвредности.

3)ремонтопригодность – свойство объекта сохранять и восстанавливать работоспособное состояние путем проведения технического обслуживания или ремонтов. Ремонтопригодность представляет собой сложное свойство; оно заключается в приспособленности объекта к проведению ремонтов.

4)сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение срока хранения, а также после него и транспортирования. Сохраняемость объекта характеризуется его способностью противостоять отрицательному влиянию условий и продолжительности хранения и транспортирования на его безотказность, ремонтопригодность и долговечность. Сохраняемость представляют в виде двух составляющих. Первая проявляется во время хранения, а вторая – во время применения объекта после хранения и транспортирования.

Очевидно, что продолжительное хранение для многих объектов может отрицательно влиять не только на их поведение при хранении, но и при последующем применении объекта. Вторая составляющая сохраняемости имеет особенно существенное значение.

69

Срок сохраняемости – это такая продолжительность пребывания объекта в режимах хранения и транспортирования, при которой изменения значений показателей безотказности, ремонтопригодности и долговечности объекта находятся в допускаемых пределах. Следует различать сохраняемость объекта до ввода его в эксплуатацию и в период эксплуатации (при перерывах в работе).

Основные технические состояния объекта:

1)исправность (исправное состояние) – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям НД;

2)неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований НД;

3)работоспособность – это состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям НД;

4)неработоспособность – это состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции не соответствует требованиям НД;

5)предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Эти понятия характеризуются совокупностью значений параметров, описывающих состояние объекта, и качественных признаков, для них не применяют количественной оценки.

Переход объекта из одного состояния в другое обычно происхо-

дит вследствие повреждения или отказа.

Работоспособный объект в отличие от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям НД, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Очевидно, что работоспособный объект может быть неисправным, например, не удовлетворять эстетическим требованиям, если ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению (телевизор с царапиной).

Если объект переходит в неисправное состояние, то это событие называют повреждением. Если объект переходит в неработоспособное состояние, то это событие называют отказом.

Переход объекта в предельное состояние (исчерпание ресурса) влечет за собой временное или окончательное прекращение применения объекта по назначению.

70