Способ вибрационных испытаний сложной конструкции и устройство для его осуществления

Номер патента: 739976

Авторы: Язвин, Смыслов, Грузов, Жаров

Скачать ZIP архив.

Текст

(22) Заявлеио 090276 (21) 2322874/25-28 (51) М. )д,з присоедииеиием заявки Йо С 01 С 01 сд.) "-с дч 7,/о 7осударстееннмй комнте СССР по делам нзобретннй н открцтнй23) Приоритет пуб оваио 15,1 а ата опубликооаиия Бюллетень М 3исакия 1510.81 2) Авторыизобретеии 14 Язвин и Ю А 3," р Р. Т 4 сЫТАНИИТВО ДЛЕНИЯ Изобретение относится к технике механических испытаний, а именно к способам и устройствам для вибрационных испытаний сложных конструкций, например летательных аппаратов,служащим для определения параметров резонансов и форм собственных колебаний испытуемой конструкции, и может найти применение в авиастроении.Поведение конструкции при вибрациях зависит содной стороны, от внешних условий (приложенные силы, частоты, точки приложения сил), а с другой - от собственных параметров конструкции. Если в какой-либо точке 15 конструкции приложить возмущающую силу произвольной формы, то реакция на нее (после разложения в ряд Фурье) будет являться суммой некоторого ряда синусоидальных форм колебаний, анализ 2 О "которой представляет значительные трудности. Поэтому обычно используют возмущающую силу гармонической синусоидальной форьи, реакция на которую также имеет синусоидальный характер и достигает максимума, когда сила приложена в точке, где амплитуда наибольшая,и будет равна нулю, если она приложена в узловой точке. Однако выбор места приложения з-,ой 30 единственной возмущающей силы и ан лиз полученнои формй очень сложны.Известен способ вибрационных ис- пытаний, по которому производят возбуждение гармонических колебаний конструкции двумя симметрично расположенными возмущающими силами. Такой способ позволяет йезавйсимо йсст 1 едо- вать симметричные и несимметричные формы и особенно пригоден для конструкций, имеющих плоскость симметрии Ц .С помощью двухточечного возбуждения можно исследовать большинство сложных механических конструкций.Однако, если частоты собственных резонансов испытуемой кочструкции находятся в узком диапазоне частот или в высокочастотной области, такого возбуждения недостаточно для получения достоверных сведений о параметрах зтихрезонансов. В зтом случае для выделения только одной формы при исключении остальных используют многоточечное возбуждение. Идеальное возбуждение было бы достигнуто при наличии бесконечного множества равномерно распределенных и рационально подобранных но величине сил, однако на практике ограничиваются конечнымопределенным количеством сил, размещенных в наиболее характерных точкахиспытуемой сложной конструкции.Наиболее блиэким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ вибрационных испытаний сложной конструк-цйй, например летательного аппарата,по которому производятмноготочечноевозбуждение гармонических колебанийконструкции с помощью питаемых от одного управляемого синусоидальнбго генератора силовоэбудителей и,осуществляют резонансную настройку для выделения искомой формы колебаний, длячего управляют уровнем возбужденияотдельных силовоэбудителей и частотой возбуждения, формируя сигналыуправления с помощью виброизмерительных преобразователей, которые устанавливают в точках возбуждения конст - рукции. 2 ОПри этом предварительно устанавли-,вают общий уровень возбуждения,достаточно малый, чтобы избежать перегрузки конструкции, выбирают опорную точку возбуждения, в которой вычисленноепроизведение массы на амйлитуду колебаний максимально для исследуемойФормы колебаний, подают сигнал насиловазбудитель, присоединенный вопорной точке конструкции и по сиг Оналу виброизмерительного преобразователя в этой точке регулируют частотувозбуждения до момента достижениярезонанса, затем последовательнавключают силовазбудители в остальныхточках, управляя уровнем возбужденияотдельных силовазбудителей и частотойвозбуждения до тех пор, пока во всехточках не будет достигнут резонанс.Критерием резонанса служит определенный (в зависимости от измеряемого па Ораметра вибрации) угол сдвига фазмежду возмущающей силовой и виброскоростью (виброперемещением, виброускарением) в тачке возбуждения. В автоматическом режиме сигнал управленияформируется путем сравнения фазысигнала вибраизмерительного преобразователя с фазой опорногосигнала.Устройства для осуществления этого способа содержйт последовательновключенные управляемый синусоидальный генератор, блок регулировки общего уровня возбуждения, параллельныеканалы возбужденияс регуляторомуровня и силовозбудителем в каждомканале, вибраизмерительные преобразователи по числу каналов- иподключенные к преобразователям цепи формирования сигналов управления, вкоторыевключены фаэовые детекторы 2,Использование фазового критерия 60резонанса не всегда приводит к желаемому результату. Эта обьясняется"тем,чта колебаНие точки, в которойкайтролируется упомянутый ранеесдвиг фаз, не всегда характеризует , 65Ф колебания всей конструкции. В техслучаях, когда амплитуда колебанийзаметно влияет на частоту, процессрегулировки возбуждающих сил искажается влиянием нелинейности конструкции, т,е. полученное удовлетворительное распределение сил для одного уровня колебаний может быть непригодным для другого уровня, Подстройкачастоты по сдвигу фаз только вопорной точке не всегда определяетправильность подбора уровня и фазы возбуждающих сил в других точках возбуждения, так как требуемый сдвигфаз в опорной точке мажет быть получен при некотором случайном, не характеризующем данную форму колебанийраспределении уровней и фаз вазбуждающих сил,Цель изобретения - .повыщение точности испытаний.Это достигается тем, что сигналыуправления формируют в виде синфазной и квадратурной составляющих суммы приведенных к одному знаку сигналов вибраизмерительных преобразователей и в виде суммы квадратов квад-ратурных или синфазных составляющихсигналов вибраизмерительных преобразователей, с помощью первых двухсигналов управляют общим уровнем ичастотой возбуждения так, чтобы синфаэная составляющая была постоянной,а квадратурная равна О, или наоборот,а уровнем возбуждения отдельных силовозбудителей управляют до обеспечения минимизации суммы квадратов квадратурных или синфазных составляющих сигналов виброизмерительных преобразователей, и достижение минимизации принимают за критерий окончания резонансной настройки,Устройство для осуществления спосаба имеет две цепи формирования сигналов управления, одна из которых содержит последовательно включенные сумматор, синхронный детектор, один выход которого соединен с управляющим входом синусоидальнага генератора, а другой - с управляющим входом блока регулировки общего уровня возбуждения, и выборочно включаемые между сумматором и вибраизмерительнымипреобразователями фаэоинвертары, адругая цепь формирования содержитпоследовательно подключенные к виброизмерительным преобразователямсинхронные детекторы, квадраторы и второй сумматор, Это устройство можетбыть снабжено также оптимизатором,вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выходы - к управляющим входам регуляторов уровня,На чертеже представлена блок-схе.ма устройства для осуществления способа,Устройство содержит паследовательно включенные управляемый синусоидальный генератор 1, блок 2 регули739976 Формула изобретения и ровки общего уровня возбуждения, параллельные каналы возбуждения, в каждом из которых имеется регулятор 3уровня и силовозбудители 4, устанавливаемые в точках возбуждения испытуемой конструкции 5 виброизмерительные преобразователи б по числу каналов возбуждения и подключенные кпреобразователям б две цепи формирования сигналов управления. Одна изцепей формирования содержит последовательно включенные сумматор 7, синх-.,ронный детектор 8,один выход которогосоединен с управляющим входом блока 2регулировки общего уровня возбуждения, а другой выход - с управляющимвходом генератора 1, и фазоинверторы9, выборочно включаемые между сумматором 7 и преобразователями б с помощью переключателей 10. Другаяцепь Формирования содержит последовательно подключенные к преобразова Отелям б синхронные детекторы 11,квадраторы 12 и второй сумматор 13, выход которого может быть соединен суправляющими входами регуляторов 3через оптимизатор 14, 25Способ испытаний осуществляетсяследующим образом,С помощью блока 2 устанавливаютобщий уровень возбуждения. Выбираютопорную точку возбуждения. Подаютсигнал на силовозбуднтель 3 в опорнойточке конструкции 5 и по сигналу преобразователя б, установленного в этойточке, регулируют частоту генератора1 так, чтобы сигнал виброскоростибыл в Фазе с силой, Затем подают сигнал на все силовозбудители 4. С помощью сумматора 7 формируют суммарный сигнал, предварительно приводя к одному знаку синфазные состав О ляющие сигналов преобразователей б с помощью Фазоинверторов 9, С помощью синхронного детектора 8 расклуывают суммарный сигнал на синфазную составляющую (т.е. находящуюся в фазе с опорным сигналрм) и квадратурную составляющую (т.е. сдвинутую на 90 по отношению к опорному сигналу). Подают синфазную составляющую на блок 2 и, изменяя общий уровень возбуждения, поддерживают неизменной величину синфазной составляющей, т.е. поддерживают постоянным уровень колебаний конструкции 5. Подают квадратурную составляющую на генератор 1 и, изменяя частоту возбуждения, поддер живают нулевым уровень квадратурной составляющей,. т.е. обеспечивают нулевой сдвиг Фазы виброскорости по отношению к Фазе возбуждающей силы, Формируют минимизируемый сигнал, для че- що го с помощью синхронных детекторов 11 выделяют квадратурные составляющие сигналов преобразователей 6, возводят их с помощью квадраторов 12 в квад. рат, чтобы избавиться от знака сигна- д ла, а затем суммируют полученные сигналы.Уровень возбуждения в отдельныхканалах регулируют с помощью регуляторов 3 уровня так, чтобы уменьшиласьвеличина минимизируемого сигнала. Этоможно осуществить ручной регулировкойс наблюдением величины минимизируемого сигнала по показанию вольтметра(на чертеже не показан), подключенного к выходу сумматора 13, или же автоматически с помощью оптимизатора 14.Процесс продолжается до тех пор, покаминимизируемый сигнал не достигнетнаименьшего возможного уровня (в пределе нуля),При использовании преобразователей перемещения или ускорения вместопреобразователей скорости минимизируемый сигнал Формируется как сумма синФазных составляющих а знаки слагаемых сум 1 арного сигнала определяютсязнаками квадратурных составляющих.Соответственно, уровень колебанийподдерживается по квадратурйой ачастота - по синфазной составляющейсуммарного сигнала,Предложенныи способ испытанийсложных механических конструкций иустройство для его осуществления позволяют выделить тон колебаний нелинейнои системы значительно быстрее,надежнее и качественнее, благодарявведению в процесс разработанныхи теоретически обоснованных критериеврегулировки, таких как критерий изменения частоты возбуждения и критерийизменения общего уровня возбуждения,а также критерия оптимальности. Использование способа и устройства для его осуществления обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности резулыатов испытаний, что приводит к созданию более совершенных и качественных испытуемых конструкций, значительно сокращается время подбора оптимального режима испытаний, а, следовательно, уменьшаются сроки проведения испытаний, кроме того, создается возможность полной автоматизации испытаний, а также исключается вероятность разрушения конструкции в процессе испытания за счет ограничения"уровня. колебании, что позволяет обходиться при испытаниях минимальным количеством дорогостоящих конструкций. 1. Способ вибрационных испытаний сложной конструкции, например летательного аппарата, по которому производят многоточечное возбуждение гармонических колебаний конструкции с помощью питаемых от одного управляемого синусоидального генератора739976 ПИ Эаказ 9178/3 ж 910 Подписно атент, Проектная,4 йлиал ППП .Ужгород, у силовозбудителей и осуществляют резонансную настройку для выделенияИскомой Формы колебаний, для чегоуправляют уровнем возбуждения отдельнйхсиловозбудителей и частотой воз 1бумдейия, Формируя сигналы управления с помощью виброизмерительных преобразователей, которые устанавливаютв точках возбуЖ 6 енияконструкции,о т"л и" ча ю щ и й с я темчто,сцелью повышения точности испытаний,сигналы управления формируют в видесинфазной и квадратурнойсоставляющих суммы приведенных к одному знаку сигналов виброизмерительных преобразователей и в виде суммы квадратовквадратурных или синфазных составляюпах сигналов виброиэмерительных преобразователей, с помощью первых двухсигналов управляют общим уровнем ичастотой возбуждения так, чтобы синфазная Составляющая была постоянной, 2 Оа квадратурная равйа О, или наоборот,а уровнем возбуждения отдельных силовбзбудителей управляют до обеспече "ния минимизации суммы квадратов квадратурных или синфазных составляющихсигналов виброизмерительных преобразователей, и достижение минимизациипринимают за критерий окончания ре"Ъбнансной настройки.2. Устройство для осуществленияспособа по и, 1, содержащее после"довательно включенные управляемый синусоидальный генератор, блок регулировки общего уровня возбуждения ипараллельные каналы возбуждения с ре( гулятором уровня и силовозбудителемв каждом канале, виброиэмерительныепреобразователи по числу каналов иподключенные к преобразователям цепиФормирования сигналов управления,о т л и ч а ю щ е е с я тем,что оно имеет две цепи формированиясигналов управления, одна из которыхсодержит последовательно включенныесумматор, синхронный детектор, одинвыход которогО соединен с управляющим входом синусоидального генератора, а другой - с управляющим входомблока регулировки общего уровня возбуждения, и выборочно включаемые между сумматором.и виброизмерительнымипреобразователями фазоинверторы,адругая цепь формирования содержит последовательно подключенные к виброизмерительным преобразователям синхрон-,ные детекторы, квадраторы и второйсумматор.3. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что бно снабжено оптимизатором, .вход которогоподключен к выходу второго сумматора,а выходы - управляющим входам регуляторов уровня,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3.477.281.кл. 73-71.6, 1969.2. Экспериментальная техника иметоды вибрационных испытаний конструкций летательных аппаратов. Обзоры. Переводы. Рефераты, ЦАРИ, 1973,Р 431, с. 31-33 прототип).

Смотреть

Заявка

2322874, 09.02.1976

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ А-1393

СМЫСЛОВ В. И, ЖАРОВ Е. А, ЯЗВИН В. М, ГРУЗОВ Ю. А

МПК / Метки

МПК: G01M 7/00

Метки: испытаний, вибрационных, сложной, конструкции

Опубликовано: 15.10.1981

Код ссылки

<a href="http://patents.su/4-739976-sposob-vibracionnykh-ispytanijj-slozhnojj-konstrukcii-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ вибрационных испытаний сложной конструкции и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты