Приложение Б (справочное). Примеры выбора испытательного оборудования

Приложение Б
(справочное)

Примеры выбора испытательного оборудования

Б.1 Испытания рамной конструкции

Б.1.1 Общие сведения

Испытания для определения резонансных характеристик опорной конструкции (рамы) судового движителя проводят в натурных условиях с целью отстройки резонансной частоты конструкции от частот, возбуждаемых судовым оборудованием в диапазоне от 20 до 200 Гц. Вынуждающую силу прикладывают в заданных точках конструкции в разных направлениях возбуждения. Как это часто имеет место в условиях натурных испытаниях, доступ к точкам возбуждения затруднен.

Б.1.2 Особенности объекта испытаний

Испытуемая конструкция имеет следующие характеристики:

- масса рамы, M_fr = 17000 кг;

- общая статическая жесткость изоляторов рамы, Н/м;

- толщина фундаментной плиты, h_fr = 0,04 м;

- среднее расстояние между ребрами жесткости, l_fr = 0,6 м;

- момент инерции сечения рамы вдоль оси ее максимального размера, L_fr, м⁴;

- модуль Юнга материала рамы,  Н/м²;

- ширина рамы, В_fr = 1,95 м;

- длина рамы, L_fr = 10 м;

- плотность материала рамы кг/м³.

Известно также, что фоновая вибрация стационарна и равномерно распределена в диапазоне частот от 20 до 200 Гц со среднеквадратичным значением ускорения а_b = 0,03 м/с².

Б.1.3 Выбор вибровозбудителя

Б.1.3.1 Диапазон частот

Диапазон частот испытаний не очень широк и может быть обеспечен всеми типами вибровозбудителей, рассмотренными в разделе 5.

Б.1.3.2 Сопряженнее испытуемой конструкцией

Условия испытаний исключают применение вибровозбудителей механического и гидравлического типов вследствие их больших размеров, а также сложностей быстрого соединения исполнительного устройства с испытуемой конструкцией, особенно в условиях ограниченного пространства.

Б.1.3.3 Требования к создаваемому перемещению

При среднеквадратичном значении ускорения а_b = 0,03 м/с² фоновой вибрации в диапазоне частот от 20 до 200 Гц и разрешении по частоте  = 1 Гц уровень (среднеквадратичное значение) каждой спектральной составляющей фоновой вибрации составит м/с². Чтобы превысить уровень фоновой вибрации на нижней границе диапазона частот в десять раз, необходимо развить ускорение a_rms = 0,02236 м/с². Это соответствует перемещению около 1,4 мкм, что исключает применение вибровозбудителей пьезоэлектрического типа, для которых уровень создаваемого перемещения, как правило, ниже. Кроме того, для эффективной работы пьезоэлектрического вибровозбудителя требуется жесткий упор, что также трудно реализовать в условиях натурных испытаний.

Б.1.3.4 Требования к вынуждающей силе

Как следует из В.1.3.3, вибровозбудитель должен обеспечивать ускорение a_rms = 0,02236 м/с² во всем диапазоне частот испытаний. По формулам (А.11)-(А.13) раздела А.4 могут быть определены частоты перехода:

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо "В.1.3.3" следует читать "Б.1.3.3"

;

, (где  = 2,76, см. рисунок А.7);

.

Поскольку верхняя граница диапазона частот испытаний (200 Гц) превышает 0,7f₁, этот диапазон включает в себя область антирезонанса, где входной импеданс может достигать пикового значения Z_{fr max} (см. рисунок А.6). Подставляя частоту антирезонанса f₁ в формулу (А.14), получаем

.

Таким образом, выбранный вибровозбудитель должен обладать способностью производить силу

.

Б.1.3.5 Заключение

Требуемые силы могут развивать вибровозбудители электродинамического и пьезомагнитного типов. Их применение позволяет без затруднений провести подготовку к испытаниям и их выполнение.

Если уровень помех в измерительном канале составляет 10 мкВ, то сигнал на выходе акселерометра должен превышать 0,1 мВ. С учетом требования к вибровозбудителю создавать ускорение a_rms = 0,02236 м/с², коэффициент преобразования акселерометра должен быть не меньше

.

Б.2 Испытания резино-металлической опоры

Б.2.1 Общие сведения

Испытания проводят в условиях лаборатории для определения входного и переходного механических импедансов холостого хода резинометаллического амортизатора в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц одним из методов, рассмотренных в [1], [2] или [4]. Возбуждение подают на входной фланец амортизатора. Ускорение вибрации измеряют на входном и выходном фланцах.

Б.2.2 Особенности объекта испытаний

Испытуемая конструкция и измерительная цепь имеют следующие характеристики:

- статическая жесткость (предварительная оценка), Н/м;

- электрический шум в канале измерения достигает 10 мкВ;

- коэффициент преобразования акселерометра, .

Также известно, что резинометаллический изолятор сохраняет линейное поведение в широком диапазоне амплитуд, и его динамические свойства слабо зависят от приложенной нагрузки. Фоновую вибрацию в условиях лабораторных испытаний можно считать пренебрежимо малой. Это позволяет проводить испытания без предварительного статического нагружения, возбуждая вибрацию относительно низкого уровня. Однако лабораторные испытания, как правило, налагают жесткие ограничения на колебания в направлении, поперечном оси возбуждения.

Б.2.3 Выбор вибровозбудителя

Б.2.3.1 Диапазон частот

Возбуждение в заданном диапазоне частот может быть обеспечено электродинамическим или пьезоэлектрическим вибровозбудителем, а также с помощью измерительного молотка.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

Б.1.3.2 Дополнительные ограничения

Измерительный молоток не удовлетворяет жестким требованиям к направленности и месту приложения возбуждения, что исключает его из дальнейшего рассмотрения.

Б.2.3.3 Требования к вынуждающей силе

Оценка требуемой силы может быть получена из ускорения на входе измерительной цепи, которое должно превышать шум в цепи в десять раз. При заданном коэффициенте преобразования акселерометра , выходной сигнал акселерометра должен составлять 0,1 мВ, что соответствует входному ускорению 0,1 м/с². Это, в свою очередь, соответствует перемещению около 10^-4 м на нижней границе диапазона частот испытаний (5 Гц). При заданной статической жесткости Н/м для создания такого перемещения потребуется сила около 500 Н.

Б.2.3.4 Заключение

Испытания могут быть выполнены с применением следующего испытательного оборудования:

- электродинамического вибровозбудителя, способного развивать силу 500 Н, с мягкой мембраной, подвешиваемого на упругом подвесе над испытуемым изолятором. Такой подвес позволит контролировать поперечные и крутильные колебания подвижного элемента виброизолятора в заданном широком диапазоне частот;

- пьезоэлектрического вибровозбудителя, помещенного последовательно с испытуемым изолятором между двумя неподвижными ограничивающими поверхностями.