Приложение Е (справочное). Продолжительность испытания и число циклов

Приложение Е
(справочное)

Продолжительность испытания и число циклов

Только одного такого фактора, как продолжительность воздействия, может быть недостаточно для уверенности в адекватности отклика оборудования, свидетельствующего о малоцикловой усталости. При увеличении диапазона деформаций конструктивных элементов вдвое эффект усталости возрастает многократно, приблизительно в шесть раз. Диапазон деформаций, имеющий значение для оценки малоцикловой усталости, содержит сбой, имеющий место приблизительно в течение 100 циклов или менее. В связи с этим сейсмическое испытание следует проводить в консервативном режиме, придерживаясь при этом адекватной продолжительности и соблюдая требование о том, чтобы входной возбуждающий сигнал вызывал достаточное число циклов ответных сильных колебаний оборудования. Согласно 9.6.5 входной возбуждающий сигнал должен генерировать отклик в любой точке оборудования, достаточный, чтобы вызвать общую усталость, как минимум эквивалентную той, которую обеспечивает входное сейсмическое воздействие в опорной плите оборудования. Число циклов сильных колебаний в отфильтрованном (зданием, полом, шкафом, трубопроводом) отклике, отображенном в виде функции времени, зависит от нескольких факторов, таких как усиление за счет резонанса (фунта, здания, оборудования), демпфирование и место расположения оборудования в здании.

Как правило, отфильтрованный отклик должен включать один или более циклов пиковых значений параметра плюс набор циклов пиков, обусловленных изменяющейся амплитудой данного параметра (циклы пиков фракционной амплитуды, фракционные циклы пиков). Фракционные циклы пиков могут быть преобразованы в эквивалентные циклы пиковых значений параметра с использованием графика на рисунке Е.1, в основе которого лежит усталостная кривая (отношение напряжения и числа циклов, S/N) в степени 2,5. Данную кривую выражают уравнением

.

(Е.1)

Рисунок Е.1 - Фракционные циклы для получения одного цикла пиковых значений параметра отклика оборудования

Общую форму этого уравнения для определения эквивалентных циклов пиковых значений () для конструкционной стали выражают формулой

.

(Е.2)

На рисунке Е.1 (показывающем число фракционных циклов, требуемых для получения одного цикла пиковых значений параметра колебаний оборудования) приведен график зависимости числа фракционных циклов от процента циклов пиковых значений. Допускается использовать любую комбинацию числа и амплитуды фракционных циклов. Например, для получения пяти эквивалентных циклов пиковых значений пригодна любая из следующих комбинаций:

a) 15 фракционных циклов при 65 % циклов пиковых значений;

b) 10 фракционных циклов при 75 % циклов пиковых значений;

c) четыре фракционных цикла при 70 % плюс 10 фракционных циклов при 65 % циклов пиковых значений.

Таким образом, определив распределение пиковых амплитуд в заданном отфильтрованном волновом отклике и используя рисунок Е.1, можно установить общее число эквивалентных циклов пиковых значений. Следует отметить, что показатель степени 2,5 характерен для обычных конструкционных сталей. Для внедрения данного метода оценки малоцикловой усталости на другие материалы следует изменить показатель степени.

Типичный фильтрованный отклик на сильные сейсмические колебания может быть получен из узкополосного спектра случайной вибрации, для которой вероятностное распределение пиковой амплитуды представлено распределением Релея. Это свойство, наряду с центральной частотой и продолжительностью фильтрованных колебаний, позволяет установить число эквивалентных циклов пиковых напряжений с помощью рисунка Е.1. Вытекающее отсюда соотношение между числом эквивалентных циклов пиковых значений и центральной частотой фильтрованных колебаний при воздействии устойчивой случайной вибрации показано на рисунках Е.2 и Е.3 для трех разных продолжительностей сильных колебаний. На рисунке Е.2 представлены центральные частоты до 100 Гц, а на рисунке Е.3 - низкие частоты до 20 Гц для большего разрешения. Таким образом, любой отклик оборудования, возникающий в результате воздействия устойчивой случайной вибрации, должен сблизить эти результаты.

Рисунок Е.2 - Число эквивалентных циклов пиковых напряжений, вызванных устойчивой случайной вибрацией

Рисунок Е.3 - Число эквивалентных циклов пиковых напряжений, вызванных устойчивой случайной вибрацией частотой до 20 Гц

При моделировании возбуждения на уровне поверхности земли необходимо включать многочастотную составляющую вплоть до предельной частоты. Эквивалентное число циклов усталости для любых резонансных колебаний оборудования вплоть до предельной частоты можно определить непосредственно по рисункам Е.2 или Е.3. Для оборудования, возбуждаемого колебаниями несущих перекрытий, следует рассматривать только резонансные колебания с частотами из преобладающего диапазона частот здания, поскольку отклик здания вне этого диапазона пренебрежимо мал. В случае, когда преобладающая частота здания составляет 5 Гц, следует применять среднее значение при числе эквивалентных циклов, по крайней мере, 10 и продолжительностью 15 с.

Для некоторых форм входных колебаний, таких как синусоидальный прорыв или синусоидальный импульс, распределение пиков в получаемом фильтрованном отклике конструкции такое же, как в самом входном сигнале. В связи с этим потенциальный цикл пиковых напряжений может быть установлен непосредственно по форме входного волнового сигнала, который в соответствии с 11.5 должен включать как минимум 10 эквивалентных циклов пиков. Для испытаний с воздействием одночастотным синусоидальным импульсом общее число циклов при испытании на любой частоте определяется в 9.6.2.4 числом импульсов и циклов колебаний внутри импульса. Это должно обеспечить по крайней мере пять циклов максимальных пиков (УНП) и несколько циклов других фракционных пиков (менее чем УНП) для испытания на любой частоте. Фракционные циклы могут быть разделены на меньшее число эквивалентных циклов пиковых значений с использованием рисунка Е.1. Например, полные фракционные циклы из пяти синусоидальных импульсов с 10 циклами и из пяти циклов колебаний на один импульс эквивалентны приблизительно 17 и шести циклам пиковых значений соответственно.

Таким образом, для указанных колебаний получают общее число эквивалентных циклов пиковых значений, равное 22 и 11 соответственно. Для других типов возбуждающих колебаний, у которых формы волнового отклика аналогичны форме сигнала возбуждения, выполняют такие же вычисления эквивалентных циклов пиковых значений, используя рисунок Е.1.

Известно, что для узкополосных волновых откликов, сформированных при воздействии синтезированной практически устойчивой случайной вибрации, распределение пиковых амплитуд соответствует распределению Релея. В связи с этим рисунки Е.2 или Е.3 могут быть использованы непосредственно для определения числа эквивалентных циклов пикового напряжения при конкретной фильтрованной частоте и продолжительности. Однако при таком типе возбуждающего сигнала гарантирована вероятностная усталость при условии обеспечения постоянства сигнала. В таком случае устанавливать число эквивалентных циклов пиковых напряжений не обязательно, если показано, что соответствующее постоянство сигнала существует. Несмотря на это, процедуру подсчета эквивалентных циклов пикового напряжения допускается использовать в качестве способа контроля постоянства волновых колебаний.