что такое случайная вибрация

Виды вибраций

В зависимости от характера колебаний различаются:

детерминированная вибрация:

— изменяется по периодическому закону;

— функция х(t), описывающая ее, изменяет значения через одинаковые интервалы времени Т (период колебания) и имеет произвольную форму (рис.3.1.а)

Спектр такой вибрации (рис.3.1. б) состоит из одной частоты f = 1/T.

что такое случайная вибрация. image001. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image001. картинка что такое случайная вибрация. картинка image001. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рис.3.1. Периодическая вибрация (а); гармоническая вибрация и ее спектр частот (б); периодическая вибрация как сумма гармонических колебаний и ее спектр частот (в)

— наиболее распространена на практике;

-периодическое колебание разложением в ряд Фурье может быть представлено как сумма ряда гармонических колебаний с различными амплитудами и частотами (рис.3.1.в).

что такое случайная вибрация. image003. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image003. картинка что такое случайная вибрация. картинка image003. В зависимости от характера колебаний различаются:

— частоты всех гармоник кратны основной частоте что такое случайная вибрация. image007. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image007. картинка что такое случайная вибрация. картинка image007. В зависимости от характера колебаний различаются:периодического колебания;

— спектр является дискретным (линейчатым) и представлен на рис.3.1.в;

— ее часто относят с некоторыми искажениями к гармоническим колебаниям; степень искажения подсчитывается с помощью коэффициента гармоник

что такое случайная вибрация. image009. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image009. картинка что такое случайная вибрация. картинка image009. В зависимости от характера колебаний различаются:,

Случайная вибрация:

— не может быть описана точными математическими соотношениями;

— невозможно предсказать точно значения ее параметров в ближайший момент времени;

— можно с определенной вероятностью предсказать, что мгновенное значение x(t) вибрации попадает в произвольно выбранный интервал значений от что такое случайная вибрация. image013. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image013. картинка что такое случайная вибрация. картинка image013. В зависимости от характера колебаний различаются:до что такое случайная вибрация. image015. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image015. картинка что такое случайная вибрация. картинка image015. В зависимости от характера колебаний различаются:(рис.3.2.).

что такое случайная вибрация. image017. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image017. картинка что такое случайная вибрация. картинка image017. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рис.3.2. Случайная вибрация

Из рис.3.2. следует, что эта вероятность равна

что такое случайная вибрация. image019. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image019. картинка что такое случайная вибрация. картинка image019. В зависимости от характера колебаний различаются:,

где что такое случайная вибрация. image021. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image021. картинка что такое случайная вибрация. картинка image021. В зависимости от характера колебаний различаются:— суммарная продолжительность нахождения амплитуды вибрации в интервале что такое случайная вибрация. image015. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image015. картинка что такое случайная вибрация. картинка image015. В зависимости от характера колебаний различаются:за время наблюдения t.

Для описания непрерывной случайной величины пользуются плотностью вероятности:

— формула что такое случайная вибрация. image023. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image023. картинка что такое случайная вибрация. картинка image023. В зависимости от характера колебаний различаются:;

— вид функции распределения характеризует закон распределения случайной величины;

-случайная вибрация – сумма множества независимых и мало отличающихся мгновенных воздействий (подчиняется закону Гаусса);

— вибрацию можно характеризовать:

математическим ожиданием М[X] – среднее арифметическое мгновенных значений случайной вибрации за время наблюдения;

генеральной дисперсией что такое случайная вибрация. image025. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image025. картинка что такое случайная вибрация. картинка image025. В зависимости от характера колебаний различаются:— разброс мгновенных значений случайной вибрации относительно ее среднего значения.

— если колебательные процессы с одинаковыми M[X] и что такое случайная вибрация. image025. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image025. картинка что такое случайная вибрация. картинка image025. В зависимости от характера колебаний различаются:отличаются друг от друга за счет различной частоты, то случайный процесс описывается в частотной области (случайная вибрация есть сумма бесконечно большого числа гармонических колебаний). Здесь используется спектральная плотность мощности случайной вибрации в полосе частот

что такое случайная вибрация. image027. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image027. картинка что такое случайная вибрация. картинка image027. В зависимости от характера колебаний различаются:,

где что такое случайная вибрация. image029. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image029. картинка что такое случайная вибрация. картинка image029. В зависимости от характера колебаний различаются:— полоса частот.

Площадь под кривой зависимости спектральной плотности от частоты равна дисперсии амплитуд гармонических составляющих.

— среднее значение дисперсии случайной величины вибрации в полосе частот измеряется путем подачи этой вибрации на вход полосового фильтра с узкой полосой пропускания.

— «белый шум»: шумовой сигнал, частотный спектр которого постоянен и равномерен; его мощность постоянна в рассматриваемой полосе частот

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 3207 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Что такое случайная вибрация

ГОСТ 28222-89
(МЭК 68-2-36-73)

Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов

Испытание Fdb: Широкополосная случайная вибрация. Средняя воспроизводимость

Basic environmental testing procedures. Part 2. Tests. Test Fdb: Random vibration wide band. Reproducibility medium

ОКСТУ 6000, 6100, 6200, 6300

Дата введения 1990-03-01

1. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.08.89 N 2561 введен в действие государственный стандарт СССР ГОСТ 28222-89, в качестве которого непосредственно применен стандарт Международной Электротехнической Комиссии МЭК 68-2-36-73* с Поправкой N 1 (1983), с 01.03.90

2. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение отечественного нормативно-технического документа, на который дана ссылка

Обозначение соответствующего стандарта

Раздел, подраздел, пункт, в котором приведена ссылка

3. Замечания к внедрению ГОСТ 28222-89

Техническое содержание стандарта МЭК 68-2-36-73 «Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Fdb: Широкополосная случайная вибрация. Средняя воспроизводимость» принимают для использования и распространяют на изделия электронной техники народнохозяйственного назначения.

4. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2006 г.

1. Официальные решения или соглашения МЭК по техническим вопросам, подготовленные техническими комитетами, в которых представлены все заинтересованные национальные комитеты, выражают с возможной точностью международную согласованную точку зрения по рассматриваемым вопросам.

2. Эти решения представляют собой рекомендации для международного пользования и в этом виде принимаются национальными комитетами.

3. В целях содействия международной унификации МЭК выражает пожелание, чтобы все национальные комитеты приняли настоящий стандарт МЭК в качестве своего национального стандарта, насколько это позволяют условия каждой страны. Любое расхождение с этим стандартом МЭК должно быть по возможности четко указано в соответствующих национальных стандартах.

ВВЕДЕНИЕ

Первый проект обсуждался на совещании в Стокгольме в 1968 г.

За издание стандарта голосовали следующие страны:

_______________
* Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии.

Соединенные Штаты Америки

Федеративная Республика Германия

1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Основные требования к испытанию на воздействие широкополосной случайной вибрации представлены в МЭК 68-2-34 (ГОСТ 28220).

Кроме того, были установлены три возможные степени воспроизводимости: высокая, средняя и низкая, которые обозначаются соответственно как испытания Fda, Fdb и Fdc. Каждое из них представляет собой отдельный стандарт с рекомендуемым методом подтверждения. Все сведения, которые требуются разработчику соответствующей нормативно-технической документации (далее НТД), изложены в МЭК 68-2-34 (ГОСТ 28220). Сведения, необходимые инженеру-испытателю, изложены в МЭК 68-2-35 (ГОСТ 28221), МЭК 68-2-36 (ГОСТ 28222), МЭК 68-2-37 (ГОСТ 28223) в зависимости от того, какое испытание требуется.

МЭК 68-2-34 (ГОСТ 28220) следует использовать совместно с настоящим стандартом.

В настоящем стандарте часто упоминаются два особо важных термина из области воздействия случайной вибрации.

Определение этих терминов приводится ниже.

Спектр СПУ определяет закон изменения СПУ в пределах частотного диапазона.

2. ЦЕЛЬ

Целью испытания является определение способности элементов и аппаратуры выдерживать воздействие случайной вибрации заданной степени жесткости.

Испытания на воздействие случайной вибрации применимы к элементам и аппаратуре, которые в условиях эксплуатации могут подвергаться воздействиям вибраций, имеющим случайный характер. Целью испытания является выявление возможных механических повреждений и (или) ухудшения заданных характеристик изделия и использование этих сведений наряду с требованиями соответствующей НТД для решения вопроса о пригодности образца.

Во время проведения испытания образец подвергают воздействию случайной вибрации с заданным уровнем в пределах широкой полосы частот. Вследствие сложной механической реакции образца и его крепления это испытание требует особой тщательности при его подготовке, проведении и установлении соответствия параметров образца заданным требованиям.

3. КРЕПЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ

Образец крепят на испытательной установке в соответствии с требованиями МЭК 68-2-47 (ГОСТ 28231).

3.2. Контрольные и измерительные точки

Требования к испытаниям обуславливаются измерениями в контрольной точке и, в некоторых случаях, в измерительных точках в зависимости от точек крепления образца. Измерения в измерительных точках необходимы только в том случае, когда используется воображаемая контрольная точка.

3.2.1. Точка крепления

Точкой крепления называется часть изделия, которая находится в контакте с крепежным приспособлением или вибрационным столом и является обычно местом крепления при эксплуатации. Если изделие крепится к вибрационному столу с помощью крепежного приспособления, то точками крепления изделия считают точки крепления приспособления, а не образца.

3.2.2. Измерительная точка

Измерительной точкой является обычно точка крепления. Она должна быть расположена как можно ближе к точке крепления изделия и в любом случае должна быть жестко связана с ней.

Если задана воображаемая контрольная точка и имеется четыре или менее точек крепления, то каждая точка крепления должна рассматриваться как измерительная. Если имеется более четырех точек крепления, то в соответствующей НТД следует указать четыре характерные точки, которые должны использоваться как измерительные.

Примечание. Для больших и (или) сложных образцов измерительные точки должны быть указаны в соответствующей НТД.

3.2.3. Контрольная точка

Контрольная точка является единственной точкой, из которой получают контрольный сигнал, соответствующий требованиям испытания, и которая используется для получения информации о движении образца. Такой точкой может быть измерительная или воображаемая точка, полученная при ручной или автоматической обработке сигналов из измерительных точек.

Если используется воображаемая точка, то спектр контрольного сигнала определяется как среднее арифметическое значение величин СПУ всех измерительных точек на каждой частоте. В этом случае кумулятивное (суммарное) среднее квадратическое значение контрольного сигнала эквивалентно среднему квадратическому значению всех средних квадратических величин сигналов, полученных в измерительных точках.

В соответствующей НТД следует указывать точку, которую следует использовать как контрольную, или способ, с помощью которого она может быть выбрана. Для больших и (или) сложных образцов рекомендуется использовать воображаемую контрольную точку.

4. СНЯТИЕ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБНАРУЖЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ

Допуски, приведенные для испытания на синусоидальную вибрацию в МЭК 68-2-6 (ГОСТ 28203) должны применяться на всех стадиях снятия частотной характеристики и обнаружения резонансных частот.

4.1. Амплитуда синусоидальной вибрации

Если в соответствующей НТД не оговорено особо, амплитуда синусоидальной вибрации, которая используется для обнаружения резонансных частот и снятия частотной характеристики, определяется заданным уровнем СПУ (см. табл.1). В данном случае в контрольной точке должно поддерживаться амплитудное значение ускорения.

Источник

Испытание случайной вибрацией

что такое случайная вибрация. dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea. картинка что такое случайная вибрация. картинка dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea. В зависимости от характера колебаний различаются: что такое случайная вибрация. dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f. картинка что такое случайная вибрация. картинка dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f. В зависимости от характера колебаний различаются: что такое случайная вибрация. dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0. картинка что такое случайная вибрация. картинка dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0. В зависимости от характера колебаний различаются: что такое случайная вибрация. dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b. картинка что такое случайная вибрация. картинка dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b. В зависимости от характера колебаний различаются:

что такое случайная вибрация. caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd. картинка что такое случайная вибрация. картинка caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd. В зависимости от характера колебаний различаются:

что такое случайная вибрация. caret right.6696d877b5de329b9afe170140b9f935. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-caret right.6696d877b5de329b9afe170140b9f935. картинка что такое случайная вибрация. картинка caret right.6696d877b5de329b9afe170140b9f935. В зависимости от характера колебаний различаются:

Исследования реальных вибраций различных ЛЛ показали, что вибраций являются случайными функциями времени. Их статистические характеристики определяются в результате обработки записей реальной вибрации. Целью испытаний является воспроизведение на вибростенде вибрации с заданными статистическими характеристиками в контрольных точках испытуемого объекта. Поскольку в качестве заданных статистических характеристик используются результаты обработки натурной вибрации, испытания случайной вибрацией наиболее точно воспроизводят реальное вибрационное состояние испытуемого изделия.

При организации испытания случайной вибрацией принимают две гипотезы:

1) о нормальности закона распределения случайных вибраций;

2) о локальной стационарности случайных вибраций.

Обоснование первой гипотезы заключается в том, что вибрационное состояние изделия можно рассматривать как суперпозицию различных случайных процессов, порождаемых статистически независимыми источниками. Следует учесть также, что если вибродатчик расположен в таком месте конструкции, где проявляются ее фильтруй щие свойства, то закон распределения выходного сигнала этого датчика приближается к нормальному.

Вторая гипотеза предполагает, что статистические характеристику вибрации изменяются достаточно медленно во времени. Это позволяет считать, что некоторые усредненные характеристики, вычисленные в определенном временном интервале, дают адекватное описание вибрационного состояния на этом отрезке времени.

Свойства вибрации как стационарного централизованного нормального процесса полностью определяются в общем случае ковариационной матрицей или ее преобразованием Фурье — матрицей спектральных плотностей. В частотном (скалярном) случае процесс характеризуется корреляционной функцией или спектральной плотностью. Поскольку испытуемые конструкции являются многорезонансными динамическими системами с ярко выраженными частотно-избирательными свойствами, спектральные характеристики (собственные и взаимные спектры) наиболее наглядны и имеют определяющее значение для инженера-испытателя. Режим испытаний случайной вибрацией определяется спектральной плотностью виброускорения, контролируемого в одной точке и в одном направлении, или матрицей спектральных плотностей при анализе векторной вибрации.

Вибрационные испытания в широкой полосе охватывают обычно частотный диапазон в одну-две декады. Случайная узкополосная вибрация возбуждается и исследуется в полосе единиц или десятков герц.

Испытание широкополосной случайной вибрацией. Широкополосные случайные процессы с заданным энергетическим спектром получили широкое распространение в качестве физических моделей реальных вибропроцессов. Описание моделей реальных вибропроцессов в рамках корреляционной теории позволяет характеризовать эквивалентность воспроизводимых и реальных вибраций степенью близости их энергетических спектров. При этом тракт воспроизведения вибрации вибро испытательно го комплекса должен обеспечивать воспроизведение в контролируемой точке или в совокупности контролируемых точек исследуемого объекта механических колебаний с требуемым энергетическим спектром.

Этот метод испытаний предусматривает одновременное возбуждение всех резонансных частот объекта. Схема установки для испытания широкополосной случайной вибрацией приведена на рис. 2.24.

Правильному воспроизведению вибрации препятствует искажающее влияние средства возбуждения вибрации. Поэтому перед испытаниями необходимо скорректировать или выровнять амплитудно-; частотную характеристику вибростенда. При испытаниях в контрольных точках изделия возбуждаются стационарные случайные вибрации. Их числовые характеристики должны быть близки к заданным, которые определяют по результатам натурных испытаний.

Метод испытания широкополосной случайной вибрацией позволяет воспроизвести те числовые вибрационные характеристики условий эксплуатации, которые влияют на надежность испытуемого изделия. За критерий подобия принята спектральная плотность вибрационных ускорений, так как вероятность выхода изделия из строя или нарушения режима его работы возрастает с повышением уровня спектральной плотности вибрации.

что такое случайная вибрация. 640 1. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-640 1. картинка что такое случайная вибрация. картинка 640 1. В зависимости от характера колебаний различаются:

что такое случайная вибрация. image178. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image178. картинка что такое случайная вибрация. картинка image178. В зависимости от характера колебаний различаются:

Программу испытаний задают в виде графика зависимости спектральной плотности от полос частоты, в которых проводили эти измерения. Эта программа воспроизводится вибростендом в контрольной точке изделия с помощью формирователей энергетического спектра, которые в общем случае представляют собой источник широкополосного случайного сигнала или белого шума и набор регулируемых полосовых фильтров.

Испытание узкополосной случайной вибрацией. Режим меняющейся узкополосной случайной вибрации является промежуточным между режимом широкополосной случайной вибрации и режимом с изменяющимся синусоидальным сигналом. Метод основан на замене возбуждения широкополосной плотности малого ускорения возбуждением узкополосной плотности большого ускорения, медленно изменяющейся на некотором участке частотного диапазона.

При правильной регулировке метод обеспечивает то же число наиболее важных ускорений на заданном уровне, что и метод широкополосной вибрации. Для воспроизведения условий резонанса и нагружения испытуемого образца узкополосная вибрация должна обладать теми же характеристиками, что и широкополосная. Необходимо также, чтобы число изменений знака ускорения для любого увеличения уровня напряжения было тем же.

Этот метод имеет следующие преимущества:

1) возможность получения значительных уровней нагрузки с помощью менее мощного оборудования;

2) возможность применения более простой аппаратуры управления а, следовательно, использования менее квалифицированного персонала.

Основными задачами являются определение закона изменения средней частоты во времени и закона изменения вибрации в зависимости от частоты. При определении этих законов основываются на эквивалентности испытаний узко- и широкополосной случайной вибрацией. Такая эквивалентность, например, установлена при испытаниях на усталостную прочность, при которых требуется идентичность распределения максимумов и минимумов нагрузки при узко- и широкополосной вибрации. Идентичность имеет место в том случае, когда средняя частота f изменяется по логарифмическому закону, а среднеквадратичное значение виброускорения пропорционально квадратному корню частоты что такое случайная вибрация. image180. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image180. картинка что такое случайная вибрация. картинка image180. В зависимости от характера колебаний различаются:. Для удобства назначения режима испытаний вводят параметр γ, который называется градиентом ускорения:

что такое случайная вибрация. image182. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image182. картинка что такое случайная вибрация. картинка image182. В зависимости от характера колебаний различаются:

где σy — среднеквадратичное значение виброперегрузки (по ускорению в единицах g = 9,81 м×с 2 ) при узкополосном возбуждении. Если σy должно быть пропорционально что такое случайная вибрация. image180. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image180. картинка что такое случайная вибрация. картинка image180. В зависимости от характера колебаний различаются:, то градиент ускорения при испытаниях на узкополосную вибрацию — постоянная величина.

Время испытаний при логарифмическом изменении частоты определяется как

что такое случайная вибрация. image184. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image184. картинка что такое случайная вибрация. картинка image184. В зависимости от характера колебаний различаются:

где fy и fm — время проведения испытаний при узко- и широполос-ной вибрации; р — масштабный коэффициент; fв и fи — соответственно высшая и низшая частоты диапазона, в котором производится сканирование. Для воспроизведения условий широкополосной вибрации с равномерной спектральной плотностью S0 в полосе частот fв и Fн (рис. 2.25) градиент ускорения вычисляется по формуле

что такое случайная вибрация. image186. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image186. картинка что такое случайная вибрация. картинка image186. В зависимости от характера колебаний различаются:

где кср — средний коэффициент передачи вибросистемы;

что такое случайная вибрация. image188. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image188. картинка что такое случайная вибрация. картинка image188. В зависимости от характера колебаний различаются:

Из выражений (2.52) и (2.53) видно, что режим испытания узкополосной вибрацией определяется коэффициентами р и q. Коэффициент q может изменяться от 1.14 (при простых испытаниях) до 3,3 (при ускоренных испытаниях).

Коэффициент р изменяется соответственно в пределах 0,65 — 0,025.

На рис. 2.25,а показаны спектральные плотности узкополосных и широкополосных вибраций. Наклон штриховой линии (tgα), определяющий скорость нарастания спектральной плотности при изменении средней частоты f, равен квадрату градиента ускорения.

Важной особенностью таких испытаний является возможность автоматического регулирования уровня вибрационных нагрузок (рис. 2.25,6).

Узкополосный случайный процесс с переменной по времени центральной частотой / получается с помощью генератора белого шума и сопровождающего фильтра, центральная частота которого изменяется приводом сканирования частоты (ПСЧ). Скорость вращения ПСЧ регулируется в широких пределах. Среднеквадратичное значение узкополосных вибраций на выходе вибросистемы стабилизируется с помощь*» системы автоматической регулировки усиления (АРУ). Сигнал обратно! связи АРУ поступает с выхода виброметрической аппаратуры (ВА).

Приращению среднеквадратичного значения сигнала, пропорции нальному что такое случайная вибрация. image180. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-image180. картинка что такое случайная вибрация. картинка image180. В зависимости от характера колебаний различаются:соответствует в логарифмическом масштабе наклон 3 дБ на октаву. Поэтому на выходе ВА (перед входом АРУ) включается фильтр, имеющий затухание 3 дБ на октаву. Это и обеспечивает постоянство градиента ускорения при сканировании средней частоты.

Источник

Расчет вибропрочности конструкций

Вибрации в конструкциях и механизмах, в зависимости от характера колебаний, могут быть периодическими и случайными. Случайные вибрации представляют собой набор непериодических колебаний. Анализ случайных вибраций основывается на статистике. Примерами случайных вибраций могут служить: ветровые нагрузки на здание, вибрации в авиационной, ракетной, железнодорожной и автомобильной технике, возникающие в процессе эксплуатации.

У случайной вибрации есть ряд особенностей, которые вызывают определенные сложности при исследовании проблемы, а именно:

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 1. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 1. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 1. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 1 – Пример случайной вибрации

Периодические колебания, напротив, могут быть описаны точными математическими соотношениями и представлены как ряд Фурье. Поэтому для упрощенного описания поведения конструкции, например, в автомобилестроении, применяется данный идеализированный вариант модели описания колебаний системы.

При эксплуатации автомобиля его компоненты неизбежно испытывают вибрации (автоколебания или вынужденные колебания). При продолжительном воздействии вибрации в деталях и узлах накапливаются напряжения, что может привести к так называемой усталости металла.

Усталость металла – это процесс постепенного накопления повреждений, то есть даже при небольших деформациях в конструкции могут возникать и развиваться трещины (рисунок 2). В первую очередь в конструкции могут разрушиться наиболее нагруженные места, такие как неразъемные соединения, и, как следствие, к ним предъявляются наиболее высокие требования.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 2 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 2 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 2 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 2 – Разрушение коленчатого вала вследствие развития усталостной трещины

Особо пагубное влияние на срок службы транспортного средства оказывает явление резонанса. Как известно, резонанс возникает при совпадении частоты внешнего воздействия с частотой собственных колебаний этой системы. При резонансе происходит резкое возрастание амплитуды колебаний системы, что приводит к большим деформациям и, как следствие, к разрушению конструкции.

Таким образом, важной задачей является проведение тестов на вибрацию для определения долговечности конструкций. В настоящее время существует возможность проводить данные эксперименты виртуально, средствами численного моделирования, в частности, с помощью ПО Ansys.

Выбор инструмента моделирования

Для определения отклика конструкции на воздействие сил, меняющихся во времени, традиционно используется одна из систем анализа Ansys Mechanical: Harmonic Response (Гармонический отклик/Гармонический анализ), Random Vibration (Случайные вибрации) или Transient Analysis (Временной анализ/Анализ переходных процессов) и пр. Сфера применения данных систем для расчета различна.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 3. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 3. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 3. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 3 – Компоненты Ansys Workbench для решения задач вибрации

В данной статье подробнее остановимся на использовании инструментов Harmonic Response и Transient Analysis для моделирования вибрационных тестов. Гармонический анализ позволяет определять установившийся отклик системы на воздействие, действующее на конструкцию по гармоническому закону. Переходные колебания, происходящие в начале возбуждения, не учитываются в гармоническом анализе. Данный расчет также не учитывает нелинейность – как физическую, так и геометрическую.

Ниже представлено определяющее уравнение для гармонического анализа.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 4. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 4. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 4. В зависимости от характера колебаний различаются:Рисунок 4 – Основные положения, заложенные в гармоническом анализе

Для более полного анализа отклика конструкции используется Transient Analysis. Динамический анализ переходных процессов используется для определения динамического отклика конструкции под влиянием любых меняющихся во времени сил и воздействий. В отличие от гармонического анализа, используя данный метод, мы можем учитывать нелинейности любого типа.

В случае анализа переходных процессов мы имеем дело с более общим уравнением, отличающимся от определяющего уравнения гармонического анализа тем, что в правой части стоит произвольная (но меняющаяся во времени) нагрузка.

что такое случайная вибрация. formula dasha. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-formula dasha. картинка что такое случайная вибрация. картинка formula dasha. В зависимости от характера колебаний различаются:

Таким образом, если нагрузка, зависящая от времени, не подчиняется гармоническому закону или же необходим учет нелинейного поведения материала, больших перемещений, то выбор очевиден – Transient Analysis. Но стоит отметить, что данный тип анализа требует больших вычислительных ресурсов, и время расчета намного выше, чем при гармоническом анализе.

Постановка задачи

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 5 (1) resized 1. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 5 (1) resized 1. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 5 (1) resized 1. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 5 – Геометрия спойлера

Определим усталостную долговечность конструкции под воздействием заданной циклической нагрузки. Долговечность конструкции определяется при помощи кривой Веллера (S-N кривой), представляющей собой зависимость напряжений, при которых происходит разрушение материала, от числа этих циклов. Пример данной кривой для стали 3 представлен на рисунке 6.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 6. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 6. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 6. В зависимости от характера колебаний различаются:Рисунок 6 – Пример кривой усталости (S-N кривой) для Ст3

Определение собственных частот колебаний

Анализ конструкции под воздействием вибрации начинается с определения собственных частот и форм колебаний этой конструкции для выявления возможной близости расчетной частоты к резонансной.

Для рассматриваемой конструкции спойлера самая близкая собственная частота к расчетной – 48,32 Гц. Форма колебаний, соответствующая данной частоте, представляет собой колебания вдоль оси Y, то есть колебания перпендикулярно лезвию спойлера (рисунок 7).

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 7 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 7 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 7 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 7 – Форма колебаний на резонансной частоте

Решение задачи Harmonic Response VS Transient Structural

Для определения времени работы конструкции в данном режиме проведем гармонический анализ. Спойлер закреплен на корпусе автомобиля по основаниям стоек, ускорение вибрации направлено перпендикулярно лезвию спойлера (вдоль оси Y).

В результате расчета получаем распределение напряжений, представленное на рисунке 8. Мы видим, что максимум достигается в месте сужения стойки. Данный факт обусловлен наличием концентратора напряжений.

Вообще, при создании конструкции, которая должна работать безотказно под воздействием повторяющихся (усталостных) нагрузок, необходимо, по возможности, избавляться от концентраторов напряжений, которыми могут являться: острые углы, переходы валов на другой диаметр, сварные соединения и так далее. Для каждого из видов концентраторов напряжений применяются различные действия по уменьшению величины напряжений в них. Для острых углов – это скругления достаточного радиуса; для сварных швов – более качественное выполнение сварки с зачисткой поверхности шва.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 8 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 8 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 8 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 8 – Распределение эквивалентных напряжений, МПа

Теперь узнаем, насколько долговечен спойлер с имеющейся конструкцией стоек. Срок жизни будем определять согласно усталостной кривой Веллера для стали (рисунок 9).

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 9. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 9. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 9. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 9 – Кривая Веллера, используемая в расчете

На рисунке 10 представлена долговечность конструкции в часах. Время жизни стойки составляет чуть больше получаса, что говорит о необходимости внесения конструктивных изменений.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 10 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 10 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 10 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 10 – Долговечность стойки спойлера, часы

Для обеспечения требуемой долговечности конструкции возможно внесение одного или нескольких конструкционных изменений. Такими изменениями для расчетного объекта могут быть:

В нашем случае увеличим радиус скругления концентратора с 0.05 мм до 0.25 мм. Теперь минимальное время жизни спойлера, согласно гармоническому анализу, составляет более полутора часов (рисунок 11), что соответствует поставленным требованиям.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 11 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 11 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 11 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:Рисунок 11 – Долговечность стойки спойлера, часы

Для верификации проведем расчет измененной конструкции в Transient Structural с учетом нелинейности. На рисунке 12 представлено распределение эквивалентных напряжений. Максимальное значение напряжений возникает в начале колебательного процесса, и далее амплитуда напряжений выходит на плато.

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 12 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 12 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 12 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:

Рисунок 12 – Распределение эквивалентных напряжений, МПа

Долговечность конструкции после конструктивных изменений удовлетворяет требованиям поставленной задачи (рисунок 13).

что такое случайная вибрация. %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 13 resized. что такое случайная вибрация фото. что такое случайная вибрация-%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 13 resized. картинка что такое случайная вибрация. картинка %D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%BD%D0%BE%D0%BA 13 resized. В зависимости от характера колебаний различаются:Рисунок 13 – Долговечность конструкции, циклы

Заключение

Конструкции, на работу которых накладываются условия обеспечения усталостной долговечности, необходимо подвергать вибрационным испытаниям: первичным и после каждого конструкционного изменения. При таком подходе натурные вибрационные тесты экономически неэффективны, поэтому всё чаще их заменяют виртуальными испытаниями.

В ходе виртуального вибрационного теста с помощью ПО Ansys подобран оптимальный радиус скругления для конструкции стоек. Внесенное конструкционное изменение обеспечивает требуемую долговечность конструкции спойлера.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *