Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология испытаний технических систем. Учебное пособие.pdf
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В. Г. Цысс, М. Ю. Сергаева
ТЕХНОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Учебное пособие
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2023
УДК 620.1
ISBN 978-5-4497-1944-7 (Ай Пи Ар Медиа)
ISBN 978-5-8149-2528-2 (Издательство ОмГТУ)
ББК 34.47
Ц97
Рецензенты:
Крупников И. В. — канд. техн. наук,
генеральный директор ОАО «Сибнефтетранспроект»;
Комаров Ю. П. — канд. техн. наук,
главный конструктор комплекса № 1 ФГУП ФНПЦ «Прогресс»
Цысс, Валерий Георгиевич.
Ц97 Технология испытаний технических систем : учебное пособие / В. Г. Цысс, М. Ю. Сер-
гаева ; Омский государственный технический университет. — Москва : Ай Пи Ар Медиа,
2023. — 170 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-1944-7 (Ай Пи Ар Медиа)
ISBN 978-5-8149-2528-2 (Издательство ОмГТУ)
В учебном пособии систематизированы методы проведения и организации испытаний
образцов и элементов конструкций. Представленные материалы позволяют производить выбор режимов и обосновывать объем и продолжительность испытаний с целью оценки харак-
теристик технических свойств с требуемой точностью и надежностью.
Учебное пособие предназначено для бакалавров и магистрантов, обучающихся по направ-
лениям подготовки 21.03.01, 21.04.01 «Нефтегазовое дело», 27.03.01, 27.04.01 «Стандартизация
и метрология», изучающих вопросы испытаний технических систем, а также может быть по-
лезно для специалистов испытательных центров и лабораторий, служб качества и надежности.
Учебное электронное издание
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк «Лори»
© Цысс В. Г., Сергаева М. Ю., 2017
© Омский государственный технический университет, 2017
© Оформление. ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 5
1. ИСПЫТАНИЯ: ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЦЕЛЬ,
ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ ................................................................................... 6
2. ВИДЫ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ......................................................... 12
3. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
И НАГРУЖЕННОСТИ ИЗДЕЛИЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ ......................... 15
3.1. Классификация условий эксплуатации (испытаний) ......................... 15
3.2. Методы и средства оценки эксплуатационной
нагруженности изделий ........................................................................ 20
4. СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ................................................................. 25
4.1. Испытания на растяжение ..................................................................... 25
4.2. Испытания на сжатие ............................................................................. 30
4.3. Испытания на изгиб ............................................................................... 32
4.4. Испытания на кручение ......................................................................... 35
4.5. Испытания на длительную прочность и ползучесть .......................... 37
4.6. Испытания на твердость ........................................................................ 40
5. ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ............................................................ 49
5.1. Испытания на усталость ........................................................................ 54
5.2. Испытания на ударную прочность ....................................................... 62
5.3. Испытания на виброустойчивость и вибропрочность ....................... 76
6. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ .......................................................... 88
6.1. Основные климатические факторы ...................................................... 88
6.2. Испытания на теплоустойчивость ........................................................ 92
6.3. Испытания на холодоустойчивость ..................................................... 94
6.4. Испытания на влагоустойчивость ........................................................ 95
3
7. ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ ........................................................... 99
7.1. Сокращение объема выборки ............................................................. 100
7.2. Сокращение времени испытаний ....................................................... 102
7.2.1. Ускоренные испытания ...........................................................102
7.2.2. Форсированные испытания .................................................... 111
7.2.3. Испытания в нормальном нагрузочном режиме .................. 120
7.2.4. Испытания с форсированием нагрузочного режима ........... 123
8. ИСПЫТАНИЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ................................................... 124
9. ИСПЫТАНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ .................... 131
10. ПЛАНИРОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ ........................................................ 136
10.1. Определительные испытания ........................................................... 138
10.2. Контрольные испытания ................................................................... 145
10.2.1. Одноступенчатый метод контроля ...................................... 146
10.2.2. Последовательный метод контроля ..................................... 151
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 158
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ................................................ 159
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................... 161
Приложение 1. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ .................... 163
Приложение 2. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ..... 169
4
ВВЕДЕНИЕ
При разработке изделий самого широкого назначения существенную
роль играет проведение их испытаний. Исходя из целей и задач, которые
решаются с помощью испытаний, их подразделяют на исследовательские
и отработочные, контрольные (предварительные, приемочные) и сравнительные. По результатам проведения испытаний принимается решение
о завершении опытно-конструкторских работ, приемке и постановке на
серийное производство разработанных изделий. Экспериментальная отработка является основой достижения и подтверждения требуемого уровня
качества изделия. Поскольку любые испытания дают определенные сведения о свойствах изделия, то результаты проведенных испытаний могут
быть использованы для оценки надежности.
В пособии предпринята попытка систематизировать известные в настоящее время методы организации и проведения испытаний. Основной
целью ставилось изложение комплекса сведений, наиболее необходимых
для специалистов, которым предстоит заниматься разработкой, производством и эксплуатацией широкого класса изделий. Изложенные в пособии материалы позволяют производить выбор режимов и обосновывать объем испытаний с целью оценки характеристик механических
свойств с требуемой точностью при минимальных трудоемкости и материальных затратах.
Большое внимание уделено планированию испытаний. Приведены
методики, позволяющие в зависимости от целей испытаний производить
выбор объема испытываемых образцов с учетом планируемой точности.
Представленные методы проведения и организации испытаний могут быть
использованы практически для всех видов механических и немеханических испытаний образцов и элементов конструкций.
В приложении 1 рассмотрены примеры решения типовых задач по
представленным в учебном пособии темам.
Для подготовки студентов к аттестации в приложении 2 приведены
задачи для самостоятельного решения.
Пособие предназначено для студентов направлений подготовки
21.03.01 «Нефтегазовое дело», 27.03.01 «Стандартизация и метрология»
и магистрантов направлений подготовки 21.04.01 «Нефтегазовое дело»,
27.04.01 «Стандартизация и метрология», а также может быть полезным для специалистов испытательных центров и лабораторий, служб
качества и надежности.
5
1. ИСПЫТАНИЯ: ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ,
ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ
Согласно ГОСТ 16504–81 под испытаниями понимается эксперимен-
тальное определение качественных или количественных характеристик
продукции в результате воздействия на нее при функционировании. Испытания проводятся на образцах, макетах, моделях, способных заменить
продукцию.
Анализ процессов проектирования, изготовления и эксплуатации из-
делий показывает, что можно выделить 4 разновидности задач, которые
решаются при проведении испытаний:
1) выбор материала деталей и их комплектующих, конструктивно-
технологических параметров изделий и области их рациональной эксплуатации;
2) оптимизация и надежность технологического процесса изготовле-
ния изделий;
3) проверка соответствия изделий стандартам или техническим усло-
виям;
4) контроль качества серийно выпускаемых изделий.
При проведении испытаний должны быть предусмотрены следующие
виды работ:
а) подбор и изучение изделий-аналогов, анализ причин их отказов;
б) анализ нагруженности изделий-аналогов и установление видов
разрушения;
в) анализ функционального назначения изделия и установление фак-
торов, влияющих на работоспособность;
г) анализ условий эксплуатации изделий;
д) установление номенклатуры деталей, подлежащих испытаниям;
е) установление объектов испытаний;
ж) выбор форсируемых факторов при испытаниях;
з) выбор и изготовление испытательного оборудования и средств из-
мерений;
и) назначение режимов испытаний и выбор методов моделирования
условий эксплуатации и нагруженности;
к) статистическая обработка результатов испытаний;
6
л) оценка показателей безотказности, долговечности и сохраняемос-
ти изделия.
Испытания считаются завершенными, когда будет подтверждено, что
все показатели разрабатываемой или модернизируемой техники будут не
ниже требований нормативно-технической документации.
Виды испытаний, их объем, программа испытаний и содержание
в первую очередь зависят от целей испытаний и типа производства. При
проведении испытаний следует различать два случая:
1) испытания опытного образца;
2) испытания серийного образца.
На рис. 1.1 представлена укрупненная схема видов испытаний для
опытного и серийного образцов.
Опытные образцы подвергаются предварительным, а затем приемочным испытаниям. Предварительные испытания – это контрольные испытания опытных образцов продукции с целью определения возможности
предъявления её на приемочные испытания. Приемочные испытания – это
испытания, проводимые для контроля качества образцов продукции,
а также изделий единичного производства с целью решения вопроса о возможности постановки на производство продукции или передачи её в эксплуатацию. В процессе приемочных испытаний используемые средства
измерений и испытаний подлежат метрологической аттестации.
В зависимости от характера связей между разработчиками, потребителями и изготовителями приемочные испытания опытного образца могут
быть:
а) ведомственными;
б) межведомственными;
в) государственными.
Ведомственные испытания – испытания, проводимые комиссией, состоящей из представителей заказчика и исполнителя.
Межведомственные испытания – испытания, проводимые комисси-
ей, состоящей из представителей заказчика, исполнителя и представителя
заинтересованных ведомств, предприятий.
7
Испытания образцов
Опытный образец
Предварительные
Приемочные
Ведомственные
Межведомственные
Государственные
Серийный образец
Периодические
Параметрические
Испытания
Ускоренные
Исследовательские
Типовые испытания
Климатические
Электрические
Механические
Сравнительные
Рис. 1.1. Укрупненная схема видов испытаний
испытания
испытания
испытания
испытания
на надежность
испытания
испытания
испытания
испытания
испытания
испытания
испытания
испытания
испытания
для опытного и серийного образцов
8
Государственные испытания – испытания, проводимые комиссией
или испытательной организацией, которой предоставлено право их проведения для проверки количественных значений выходных характеристик
изделия на соответствие требованиям, установленным в стандартах или
программе испытаний для данного вида изделий. Государственные испытания обычно проводят на месте установки изделий для эксплуатации.
В зависимости от места проведения они носят название лабораторных,
полигонных, лётных, эксплуатационных испытаний.
Серийные образцы продукции, выпуск которой уже налажен, подвергают следующим видам испытаний:
Периодические испытания проводят с целью периодического контроля уровня качества выпускаемой продукции. Периодические испытания проводит отдел технического контроля (ОТК) предприятия-изготовителя в объеме и сроки, установленные нормативно-технической документацией (НТД), утвержденной руководителем предприятия-изготовителя.
Результаты периодических испытаний оформляются протоколом.
При отрицательных результатах периодических испытаний к акту
прилагается перечень дефектов с анализом их причин и указанием мер по
их устранению.
Параметрические испытания выполняют с целью установления соответствия выходных параметров изделия техническим требованиям (ТТ)
или техническим условиям (ТУ) и конструкторско-технологической документации. Эти испытания проводят в нормальных условиях:
‒ при температуре 25 ± 10 ºС;
‒ влажности 65 ± 15 %;
‒ давлении 84–106 кПа (630–800 мм рт. ст.);
‒ при отсутствии механических воздействий, радиации и других факторов.
Параметрические испытания могут входить в состав всех видов испытаний: предварительных, приемочных, приемо-сдаточных, периодических
и типовых.
Испытания на надежность проводят для определения значений показателей надежности изделия в заданных условиях. Показатели надежности оценивают по методике, разработанной в соответствии с программой
9
и методиками приемочных, периодических и типовых испытаний. Методика оценки показателей надежности должна содержать:
‒ условия, режимы и объем испытаний;
‒ перечень показателей, подлежащих определению;
‒ методику расчета точности и достоверности оценки показателей
надежности;
‒ методы обработки основной и дополнительной информации;
‒ правила принятия решения о соответствии программы испыта-
ний (ПИ) требованиям НТД.
Испытания на надежность включают в себя:
Стендовые испытания – это испытания объекта, проводимые на ис-
пытательном оборудовании, под которым понимается техническое устройство для воспроизведения условий испытаний. При стендовых испытаниях выявляются виды и характер разрушения деталей, узлов и изделия
в целом. Стендовые испытания могут проводиться путем:
а) воспроизведения одного вида разрушающих воздействий (такие испытания соответствуют испытаниям на износ, усталость, коррозию и другие процессы разрушения);
б) последовательного приложения к объекту нескольких разрушающих воздействий;
в) комплексного воспроизведения нескольких разрушающих воздействий, имитирующих реальные условия эксплуатации.
Полигонные испытания – это испытания, проводимые на испытатель-
ном полигоне.
Эксплуатационные испытания – это испытания, проводимые при
эксплуатации.
Ускоренные испытания – это испытания продукции, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема
информации в более короткий срок, чем в предусмотренных условиях
и режимах эксплуатации. Сокращение времени испытаний достигается
путем повышения уровня воздействующих факторов, в результате чего
соответственно возрастает интенсивность отказов изделия.
10