Что такое шсв вибрация
Что такое шсв вибрация
Современный подход к вибрационным испытаниям: переход от абстракций к реальным данным.
Как известно, от многих современных видов техники требуется высокая устойчивость к воздействиям окружающей среды, которыми являются температура, влажность и вибрации. Соответственно, в ходе производства и разработки изделия необходимо тестировать на воздействие этих факторов.
Проверка продукции на воздействие вибраций производится с помощью вибрационных установок, общая структура которых показана на рисунке 1.
Установка состоит из:
После запуска испытания СУВ подает на стенд сигнал малого уровня, чтобы не повредить стенд в случае неисправности усилителя, затем постепенно его повышает до уровня, заданного пользователем. В ходе испытания СУВ изменяет сигнал, подаваемый через усилитель на объект, таким образом, чтобы сигнал с акселерометра соответствовал заданию пользователя. Также она следит за правильностью хода испытания – проверяет, не превысили ли значения ускорения на стенде допустимые пределы.
В настоящее время существует множество типов испытаний изделий на вибростойкость, однако все из них можно разделить на три типа:
Рассмотрим данные испытания и способы оценки их воспроизводимости на примере двух СУВ – ВС-207 и ВС-301. ВС-207 и ВС-301 выбраны для примера потому, что они реализуют все существующие типы испытаний, кроме того, программное обеспечение Visprobe 2.0 и Visprobe SL предоставляет наиболее полные возможности для оценки качества воспроизведения испытаний.
Первым из перечисленных методов является испытание синусоидальным сигналом. В этом случае воздействие на объект имеет форму синусоиды. Амплитуда сигнала является функцией частоты синусоиды и может задаваться в единицах ускорения, скорости или перемещения.
Частота может быть как фиксированной, так и плавно изменяющейся во времени. Например, функция амплитуды может иметь следующий вид:
Оценить воспроизводимость испытания синусоидальной вибрацией можно построив график, на оси абсцисс которого расположена частота синуса, генерируемого СУВ, а по оси ординат – относительная погрешность отклика, рассчитываемая по формуле:
Atask— амплитуда задания,
Ares— амплитуда отклика.
В качестве значений амплитуд задания и отклика могут быть взяты как амплитудные, вычисленные, например, с помощью адаптивного фильтра, так и среднеквадратические значения (СКЗ).
С помощью испытаний синусоидальной вибрацией можно подвергнуть объект нагрузкам, которые сравнимы с реальными, но не полностью воспроизвести реальные условия эксплуатации, так как в природе практически не существует идеальных синусоидальных волн.
Следующим типом испытаний, который «закрывает» основной недостаток синусоидальной вибрации – наличие в сигнале только одной гармоники – являются испытания широкополосной случайной вибрацией.
В данном случае изделие подвергается воздействию случайным сигналом, который содержит все частоты из заданного диапазона. Мгновенные значения ускорения этого сигнала должны быть распределены по закону, близкому к гауссовому. При этом частотные составляющие сигнала имеют случайную фазу и амплитуду, что позволяет более точно воспроизвести условия эксплуатации.
Основной способ описания ШСВ – задание спектральной плотности мощности (т.е. фактически распределения энергии сигнала по частотам). Чаще всего такое распределение имеет вид кусочно-аналитической функции от частоты. Однако при проведении испытания мгновенная спектральная плотность мощности за счет природы случайного сигнала отличается от задания. При этом, чтобы доказать воспроизводимость испытания и оценить погрешность приходится использовать различные методы статистического анализа. Например, использовать осреднение спектра – т.е. вычисление среднего значения каждого спектрального бина за определенный промежуток времени. В программном обеспечении ВС-207 и ВС-301 реализованы два вида такого осреднения: линейное, вычисляемое по формуле:
где PSDavgi— результат осреднения i-го бина,
PSDinsti(k)- мгновенное значение i-го бина в момент времени k,
N – общее количество измерений,
и экспоненциальное, вычисляемое по формуле
α- некоторый коэффициент осреднения, 0 o к оси OX.
Две ошибки введены для более корректной оценки качества воспроизведения: с одной стороны, оценка по формуле, приведенной выше, использует достаточно фундаментальную характеристику сигнала (СКЗ), однако в данной оценке не учитывается форма сигнала (например, для задания, представляющего собой синус амплитуды 1g как ШСВ с СКЗ 0.707 g, так и собственно синус амплитуды 1g дадут одинаковые значения критерия). С другой стороны, поточенное сравнение сигналов корректно учитывает форму сигналов, но дает неоправданно большие ошибки в случае превышения уровня шумов над уровнем задания, кроме того, поточечное сравнение подвержено влиянию случайных шумов, особенно на низких уровнях задания.
Таким образом в статье было рассмотрено развитие типов вибрационных испытаний – от простых математических моделей – синуса, ШСВ и классического удара – до воспроизведения акселерограмм, которые не могут быть описаны ни одной из моделей или их совокупностью. Приведены примеры, когда испытания с воспроизведением акселерограммы имеют преимущество перед другими типами испытаний. Также рассмотрены способы оценки воспроизведения испытаний.
© «Висом» 2009 — 2021. Все права на содержание опубликованных на сайте www.visom.ru текстов и изображений защищены в соответствии с российским и международным законодательством об авторском праве и смежных правах. Любое использование материалов сайта допускается только с письменного согласия правообладателя.
214510, Смоленская обл., Смоленский район, деревня Туринщина, АО «Висом»
Аттестация вибростендов
режим воспроизведения широкополосной случайной вибрации
При испытаниях изделия на воздействие широкополосной случайной вибрации условия реальной эксплуатации воспроизводятся более точно, поэтому воспроизведение вибростендом этого типа вибрации является важнейшим элементом испытаний изделия на виброустойчивость и вибропрочность. В статье приводятся основные положения ОСТ 1 02705-90, определяющего порядок аттестации вибростендов в режиме воспроизведения широкополосной случайной вибрации, включая требования по ее периодичности и последовательности выполняемых операций, включая их описание.
Одним из основных требований, выдвигаемых при проектировании, создании и эксплуатации современных видов техники, является высокая устойчивость к внешним воздействиям, одним из которых является вибрация. Большинство вибрационных воздействий на изделие описывается базовой математической моделью, предусматривающей использование синусоидальной вибрации, широкополосной случайной вибрации (ШСВ) и классического удара.
Воздействие этих факторов на изделие проверяется на специальных установках, в состав которых в общих случаях входят вибростенд с закрепленными датчиками (акселерометрами), усилитель, система управления вибрацией и компьютер, обеспечивающий управление испытаниями, регистрацию, анализ и отображение их результатов в заданном виде.
Испытания на воздействие ШСВ проводятся с целью нейтрализовать основной недостаток синусоидальной вибрации, когда в сигнале присутствует только одна гармоника с заданным периодом (частотой) и амплитудой. Кроме того, в природе практически не существует идеальных синусоидальных волн.
Реальная вибрация состоит из произвольных кратковременных ударных колебаний, распространяющихся в широких областях спектра; в случае ШСВ на изделие воздействует случайный сигнал, содержащий все частоты заданного диапазона, что дает возможность наиболее точного воспроизведения условий эксплуатации изделия, когда частотные составляющие сигнала характеризуются случайной фазой и амплитудой.
Поэтому воспроизведение вибростендом широкополосной случайной вибрации является важнейшим элементом испытаний изделия на виброустойчивость и вибропрочность.
Аттестация вибростендов в режиме воспроизведения ШСВ выполняется в соответствии с требованиями ОСТ 1 02705-90 «Установки испытательные вибрационные. Порядок проведения аттестации в режиме воспроизведения широкополосной случайной вибрации».
Цель аттестации заключается в подтверждении их возможности воспроизводить условия испытаний в пределах допустимых отклонений, а также в установлении пригодности вибростендов к применению в соответствии с их назначением.
Периодичность аттестации определяется в зависимости от условий эксплуатации установки и ее интенсивности, а также от стабильности точностных характеристик. Если аттестация вибростенда в гармоническом режиме проведена, и ее результаты вместе с данными контрольной проверки аппаратуры управления ШСВ подтверждают предыдущие, периодическую аттестацию в режиме ШСВ можно не проводить.
При проведении аттестации испытательных вибрационных установок, оборудованных аппаратурой управления ШСВ, в соответствии с требованиями ОСТ 1 02705-90 выполняются следующие операции:
Перечисленные выше операции являются обязательными как при проведении первичной аттестации, так и периодической либо внеочередной. Исключение составляет только операция по п. 6.5, которая при проведении периодической либо внеочередной проверки не выполняется.
Результаты аттестации оформляются протоколом в соответствии с требованиями ОСТ 1 00422-2005.
Значения параметров, полученные при аттестации, сравниваются с допустимыми значениями, установленными нормативно-технической документацией на вибростенд. При соответствии полученных при испытаниях результатов установленным требованиям метрологической службой оформляется аттестат, оформленный в соответствии с требованиями ОСТ 00422. При этом значения подлежащих периодическому контролю эксплуатационных параметров копируются из протокола в формуляр вибростенда, оформленный в соответствии с ГОСТ 2.601-2013 «Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы».
При отрицательных результатах аттестации аттестат не выдается и в протокол испытаний заносится запись о недопустимости эксплуатации вибростенда.
Что такое шсв вибрация
ГОСТ 28223-89
(МЭК 68-2-37-73)
Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов
Испытание Fdc: Широкополосная случайная вибрация
Basic environmental testing procedures. Part 2. Tests. Test Fdc: Random vibration, wide band. Reproducibility low
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 28223-89, в качестве которого непосредственно применен стандарт Международной Электротехнической Комиссии МЭК 68-2-37-73 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 28223-89
Техническое содержание стандарта МЭК 68-2-37-73* «Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Fdc. Широкополосная случайная вибрация. Низкая воспроизводимость» принимают для использования и распространяют на изделия электронной техники народнохозяйственного назначения.
4. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 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 Германии
1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
В настоящем стандарте часто упоминаются два особо важных термина из области воздействия случайной вибрации.
Определения этих терминов приводятся ниже.
Спектр СПУ определяет закон изменения СПУ в пределах частотного диапазона.
2. ЦЕЛЬ
Испытания на воздействие случайной вибрации применимы к элементам и аппаратуре, которые в условиях эксплуатации могут подвергаться воздействиям вибраций, имеющих случайный характер. Целью испытания является также выявление возможных механических повреждений и (или) ухудшения заданных характеристик изделия, а также использование указанных данных 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 обусловливаются 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 образца, которая находится в контакте с крепежным приспособлением или вибрационным столом и является обычно местом крепления при эксплуатации. Если образец крепят к вибрационному столу с помощью крепежного приспособления, то точками крепления образца считают точки крепления крепежного 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 имеются четыре или менее точек крепления, то каждая точка крепления должна рассматриваться как измерительная точка. 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 важно, чтобы измерительные точки были 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 точка или воображаемая точка, полученная при ручной или автоматической обработке сигналов и измерительных точек.
Если используется воображаемая точка, то спектр контрольного сигнала определяется как среднеарифметическое значений СПУ всех измерительных точек на каждой частоте. В этом случае кумулятивное (суммарное) среднее квадратическое значение контрольного сигнала эквивалентно среднему квадратическому значению всех средних квадратических значений сигналов, полученных в измерительных точках.
В соответствующей НТД должна быть указана точка, которую следует использовать как контрольную, или способ, с помощью которого она может быть выбрана. Рекомендуется использовать воображаемую контрольную точку для больших и (или) сложных образцов.
4. ОБНАРУЖЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ
Если в соответствующей НТД предусматривается обнаружение резонанса, то допуски, указанные для испытания на синусоидальную вибрацию в МЭК 68-2-6 (ГОСТ 28202), следует применять на всех стадиях обнаружения резонансных частот.
4.1. Амплитуда синусоидальной вибрации
Если в соответствующей НТД не указано особо, амплитуда синусоидальной вибрации, которая используется для обнаружения резонанса, определяется заданным уровнем СПУ (табл.1). В данном случае в контрольной точке следует поддерживать амплитудное значение ускорения.
ШСВ — широкополосная случайная вибрация
Для испытаний изделий на устойчивость к воздействию случайной вибрации по ГОСТ 28220-89 «Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Fd: Широкополосная случайная вибрация» и по ГОСТ Р 51502-99 «Испытания на воздействие случайной широкополосной вибрации с использованием цифровой системы управления испытаниями» используется программа СУВ — ШСВ, входящая в состав системы управления вибростендами ZET 017-U.
Описание программы «Генератор с ОС (ШСВ)»
Основную часть программы СУВ — ШСВ занимает поле графиков: профиля испытаний (график «Задано»), допусков (графики «Допуск(-)» и «Допуск(+)»), «Эквилизация» и, собственно, спектры по всем контрольным, наблюдательным и измерительным каналам (если контрольных каналов больше одно, то отображается ещё общий контрольный спектр).
На индикаторах процесса в правой части программы отображаются параметры испытаний:
Ниже находится поле Счётчик перегрузок, которое содержит индикаторы «Максимальные пиковые знач. (g)» и «Кол-во пиковых значений (ост)». Поскольку генерируемый шумовой сигнал является случайным сигналом с распределением плотности вероятности по нормальному закону, то вероятность случайного всплеска с пиковым значением ускорения, превышающим скз в 5 раз, ничтожно мала. Но в ходе реальных испытаний такие всплески могут возникать гораздо чаще и именно они чаще всего являются причиной поломки испытуемого образца. Для включения контроля по счётчику перегрузок необходимо задать на индикаторе «Максимальное пиковое значение (g)» максимальное пиковое значение в 5 раз большее скз, а на счётчике ниже задать допустимое количество пиков. Во время испытаний раз в секунду будет осуществляться проверка превышение допустимого уровня, при обнаружении подобного пика число на индикаторе «Кол-во пиковых значений (ост)» будет уменьшено на единицу, когда число достигнет нуля испытания будут прерваны. Если контроль по счётчику перегрузок не нужен, необходимо установить «Кол-во пиковых значений (ост)» равным нулю.
Следом идёт поле Коэффициент передачи (g/В). Индикатор «Коэффициент передачи» отображает текущее среднее отношение контрольного спектра к спектру генератора. Над ним и под ним находятся индикаторы «Максимальный коэффициент передачи» и «Минимальный коэффициент передачи», задающие диапазон изменений передаточного коэффициента, при выходе за который испытания останавливаются. Для отключения контроля по коэффициенту передачи необходимо в главном меню программы выбрать «Вид->Передаточная характеристика», поле «Коэффициент передачи (g/В)» пропадёт вместе со своими индикаторами.
Над управляющими кнопками расположены индикаторы времени. Индикатор «Общее время» показывает общую длительность испытаний. Индикатор «Текущее время» показывает время, прошедшее с выхода программы на установленный режим.
В нижней части программы находится окно с сообщениями для оператора.
Проведение испытаний
Для начала виброиспытаний необходимо нажать кнопку «СТАРТ» в правом нижнем углу программы. Для остановки испытаний в произвольный момент времени необходимо нажать большую красную кнопку «СТОП». Для временной остановки испытаний необходимо нажать кнопку «ПАУЗА», для возобновления испытаний необходимо нажать её второй раз.
После нажатия на кнопку «СТАРТ» программы будет постепенно выводить испытательную систему на заданный режим. При достижении текущего скз ускорения 95% от требуемого программа начнёт проводить виброиспытания, о чём будет сообщено в логе.
При непредвиденной остановке виброиспытаний (выход за допустимые пределы, превышение максимальных параметров вибростенда и прочих) появится диалоговое окно «Виброиспытания приостановлены. Возобновить? Да/Нет». Для возобновления виброиспытаний с момента остановки необходимо выбрать ответ «Да». Да прекращения виброиспытаний необходимо выбрать ответ «Нет».
Отчёт об иcпытаниях
Во время проведения испытаний или после них можно создать отчёт о виброиспытаниях. Для этого в левом нижнем углу программы находятся кнопки «Отчёт» и «Самописец сигналов».
При нажатии на кнопку «Отчёт» появится окно «Отчёт по проекту» с названием файла профиля. В правом верхнем углу окна перечислены названия каналов, по которым можно посмотреть спектр. Цвет графика можно изменить нажатием на цветную кнопку перед названием графика. В правом нижнем углу находится справочная информация о виброиспытаниях: тип и номер прибора, название вибростенда, тип испытаний, диапазон частот и амплитуд, прошедшее с начала испытаний время и суммарное время испытаний, текущую дату и время. В самом верху справа находится флаг «Расчёт относительно контрольного канала». При установке этого флага по всем каналам будет произведён расчёт отношения к контрольному каналу или к общему контрольному каналу.
Отчет о виброиспытаниях
Для сохранения отчёта необходимо нажать кнопку «Сохранить отчёт». При нажатии на неё появится диалоговое окно с предложением сохранить выбранные графики вибродатчиков в файл «dtu» или в файл «rtf». Просмотреть файлы с расширением «dtu» можно с помощью программы Галерея сигналов и при желании распечатать на принтере.
Для сохранения информации о временной реализации сигнала необходимо нажать кнопку «Самописец сигналов». В открывшемся окне «Самописец сигналов» будет представлена информация о ходе виброиспытаний в течении прошедшего времени. В правом верхнем углу перечислены названия каналов, по которым можно посмотреть графики. Цвет графика можно изменить, кликнув указателем мыши по цветному прямоугольнику. «Самописец сигналов» может отображать графики сигналов за последние 100 секунд или за всё прошедшее время. Для выбора соответствующего режима необходимо нажать кнопку «100 секунд» или «Полностью» соответственно. Для переключения между отображением времени необходимо установить или снять галочку «Относительные координаты». Если эта галочка установлена, то ось X будет отображать секунды прошедшие с момента старта виброиспытаний. Если галочка снята, то ось X будет отображать системное время. Для сохранения на диск показаний самописца необходимо нажать на кнопку «Сохранить отчёт». Отчёт сохраняется в формате «dtu», который можно просмотреть потом программой Просмотре результатов или в формате «rtf», который можно посмотреть в текстовом редакторе. В отчёт сохраняются только отмеченные галочками каналы.
Окно самописца сигналов
На рисунке ниже представлено расписание испытаний, временная реализация которых приведена выше.
Расписание испытаний с переходами по уровню
Примечание: после запуска виброиспытаний или включения генератора сигналов запускать какие-либо другие программы из состава ZETLAB нельзя, так как это может привести к удару на вибростенде.
Подробнее о проведении виброиспытаний
Дополнительная информация по проведению виброиспытаний, выбору вибростенда и системы управления, настройке оборудования, возможностях программного обеспечения ZETLAB VIBRO и ответы на вопросы, заданные нашим специалистам, представлены в разделе Интеграция — СУВ.
В разделе видео-уроки вы найдете подробные инструкции по проведению виброиспытаний и подготовке к ним. Увидеть всё в режиме реального времени и задать интересующие вас вопросы вы можете, подав заявку на участие в наших вебинарах.
Дополнительная комплектация
СУВ ZET 017-U4
система управления вибростендами (СУВ) 4 измерительных канала
СУВ ZET 017-U8
система управления вибростендами (СУВ) 8 измерительных канала