Способ испытания на усталость консольно закрепленных объектов и устройство для его осуществления

,.ЯО.1132197 А Эа) С 01 Ы 3/38 С О 1 М 1 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫЛИ(71) Институт проблем прочностиАН УССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 129050, кл. С 01 М 7/00, 1958.2. Авторское свидетельство СССР9 427261, кл. С 01 Б 3/38, 1971(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА УСТАЛОСТЬКОНСОЛЬНО ЗАКРЕПЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ испытания на усталостьконсольно закрепленных объектов,заключающийся в том, что испытуемыйобъект жестко закрепляют на подвижной системе электродинамического вибровозбудителя, возбуждают резонансныеизгибные колебания объекта припрограммном ступенчатом измененииуровня колебаний и поддерживаютуровень колебаний на каждой ступени,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения достоверности резуль.татов испытания, при переходе от одной ступени нагружения к другойосуществляют демпфирование колебанийобъекта путем сообщения подвижнойсистеме вибровозбудителя ускоренияв противофазе с ускорением испытуемого объекта, причем при переходес высшего уровня на низший демпфирование осуществляют с момента пере"хода, а при переходе с низшегоуровня на высший - с момента превышения заданного уровня колебаний.1132197 2. Устройство для испытания на усталость консольно закрепленных объектов, содержащее электродинамический вибровоэбудитель, захват для крепления испытуемого объекта на подвижной системе вибровозбудителя, генератор синусоидального напряжения, программный задатчик и цепь обратной связи, включающую датчик амплитуды колебаний объекта, элемент сравнения, второй вход которого со.единен с программным задатчиком регулируемый усилитель, который со-. единен одним входом с генератором синусоидального напряжения и имеет 4Изобретение относится к прочностным испытаниям материалов и деталеймашин, а именно, к способу и устройству для испытания на усталость кон-,сольно закрепленных объектов иможет быть использовано, например,для испытаний турбинных лопаток,Известен способ испытания на усталость консольно закрепленных объектов, заключающийся в том, что испьгтуемый объект жестко закрепляютна подвижной системе электродинамического вибровозбудителя и возбуждают резонансные изгибные колебанияобъекта с постоянной амплитудой 11) .Однако испытания объекта припостоянном уровне амплитуды колебаний 1 напряжения не соответствуютусловиям его эксплуатации,Наиболее близким к изобретениюпо техническому существу являетсяспособ испытания на усталостьконсольно закрепленных объектов,заключающийся в том, что испытуемыйобъект жестко закрепляют на подвижной системе вибровоэбудителя, возбуждают резонансные изгибиые колеба-.ния объекта при программном ступенчатом изменении уровня колебанийи поддерживают уровень колебанийна каждой ступени 2 .Устройство для осуществленияэтого способа испытания содержитэлектродинамический вибровозбудительзахват для крепления испытуемогообъекта на подвижной системе виброна другом входе управляемое сопротивление, подключенное к выходу элемента сравнения, и усилитель мощности,с выходом которого соединена катушкаэлектродинамического вибровозбудителяо т л и ч а ю щ е е с я тем, чторегулируемый усилитель выполнен ввиде последовательно соединенныхмоста с активными сопротивлениями,в одно плечо которого включено управляемое сопротивление, и усилителя сдифференциальными входами, включенного в измерительную диагональ моста,в диагональ питания которого включен. включающую датчик амплитудыколебаний объекта, элемент сравнения, второй вход которого соединенс программным задатчиком, регулируемый усилитель, который соединенодним входом с генератором синусо 10, идального напряжения и имеет надругом входе управляемое сопротивление, подключенное к выходу элементасравнения, и усилитель мощности, свыходом которого соединена катушка15 электродинамического вибровозбудителя Г 2Недостатком известного способаи устройства для его осуществленияявляется то, что они не обеспечи 20 вают высокую точность воспроизведения заданной программы нагружения,так как при ступенчатом переходеот одной ступени нагружения к другойимеет место длительный переходнойпроцесс (затухающие колебания припереходе с высшего уровня на низший,выброс при переходе с низшего уровняна высший. Влияние переходныхрежимов на развитие усталостных1повреждений не учитывается, что сни 30жает достоверность результатов испытания,Цель изобретения - повышениедостоверности результатов испытания,Эта цель достигается тем, чтоМ согласно способу испытания на уста-.3 113 лость консольно закрепленных,объек- . тов, заключающемуся в том, что испытуемый объект жестко закрепляют на подвижной системе электродинамического вибровозбудителя, возбуждают резонансные изгибные колебания объекта при программном ступенчатом изменении уровня колебаний и поддерживают уровень колебаний на каждой ступени, при переходе от одной 1 ступени нагружения к другой осуществляют демпфирование колебаний объекта путем сообщения подвижной системе вибровозбудителя ускорения в противофазе с ускорением испытуемого объекта, причем при переходе с высшего уровня на низший демпфирование осуществляют с момента перехода, а при переходе с низшего уровня на высший в . с момента превышения заданного уровня колебаний.В устройстве для испытания на усталость консольно закрепленных объектов, содержащем электродинами-, ческий вибровозбудитель, захват для крепления испытуемого объекта на подвижной системе вибровозбудителя, генератор синусоидального напряжения, программный задатчик и цепь обратной .связи, включающую датчик амплитуды колебаний объекта,.элемент сравнения, второй вход которого соединен с программным задатчиком, регулируемый усилитель, который соединен одним входом с генератором синусоидального напряжения и имеет на другом входе управляемое сопротивление, подключенное к выходу элемента сравнения, и усилитель мощности, с выходом которого соединена катушка электро- динамического вибровоэбудителя, регулируемый усилитель выполнен в виде последовательно соединенных. моста с активными сопротивлениями, в одно плечокоторого включено управляемое сопротивление, и усилителя с дифференциальными входами, включенного в измерительную диагональ моста, в диагональ питания которого включен генератор синусо- идального напряжения.Такой способ и устройство для его осуществления сокращают длительность переходных процессов,.вследствие чего уменьшается влияние последних на результаты испытаний.На чертеже изображена функциональ ная схема устройства для испытания на усталость консольно закрепленных 2197 4объектов при программном ступенчатомнагружении.Устройство содержит электродинамический вибровозбудитель 1, захват2 для крепления испытуемого объекта3, жестко установленный на подвижной системе вибровозбудителя 1,генератор 4 синусоидального напряжения, программный задатчик .5, цепь.6 обратной связи, включающую датчик7 амплитуды колебаний объекта 3,элемент 8 сравнения, второй входкоторого соединен с программнымзадатчиком 5, регулируемый усилитель9, который соединен первым входомс генератором 4 синусоидальногонапряжения и имеет на втором входеуправляемое сопротивление 10, подключенное к выходу элемента .8 сравнения, и усилитель 11 мощности, свыходом которого соединена катушкаэлектродинамического вибровоэбуди теля 1.Регулируемый усилитель 9 выполнен 25в виде последовательно соединенныхмоста с активными сопротивлениями12 - 14, в одно плечо которого включено управляемое сопротивление 1 О,и усилителя 15 с дифференциальнымивходами, включенного в измерительнуюдиагональ точки 16 и 171 моста, вдиагональ питания (точка 18 и земля11 4которого включен генератор 4 синусоидального напряжения, Коэффициентпередачи регулируемого усилителя 9 35 изменяет свою величину от нуля домаксимального значения в зависимостиот степени рассогласования мостасопротивлений, а фаза переменногонапряжения в измерительной диагонали 40 моста при переходе через состояниебаланса скачком изменяется на 180Способ испытания на усталостьс помощью описанного устройства осу."ществляется следующим образом. 45 Испытуемый объект 3 консольнозакрепляют в захвате 2 и с помощьюгенератора 4 синусоидального напряже.ния возбуждают резонансные изгибныеколебания объекта 3. При резонансных 50 колебаниях объекта 3 датчик 7 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный амплитуде колебанийобъекта; Этот сигнал поступаетна элемент 8 сравнения, на который 55 подано постоянное напряжение от программного задатчика 5. В элементе 8сравнения вырабатывается разностноенапряжение, которое подается на вто11321 97 Заказ 9782/36 Тираж 822 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3рой вход регулируемого усилителя 9, т.е. на управляемое сопротивление 1 О. Величина этого сопротивления. меняется, нарушается баланс моста и в измерительной диагоналиточки16 и 17) и на выходе усилителя 15 появляется напряжение генератора 4, амплитуда которого зависит от степени рассогласования, а фаза в .от знака рассогласования. 10При колебании объекта 3 на одном из уровней нагружения на выхдде элемента 8 сравнения устанавливается разностное напряжение, необходимое для разбаланса моста на величину, достаточную для передачи от генератора 4 синусоидального напряжения на вход усилителя 11 мощности напряжения, необходимого для подцержания незатухающих колебаний объекта 3. Пока амплитуда колебаний объекта по величине меньше уровня, заданного программным задатчиком 5, знак напря. жения на выходе элемента 8 сравнения не изменяется. Это напряжение изменяет величину управляемого сопротивления 10 в одну сторону от его значе. ния, при котором наступает баланс моста, поэтому фаза напряжения в измерительной диагонали моста не извеняется. Таким образом, проиэво 30 дится нагружение объекта 3 на первой ступени программного нагружения.После нагружения заданным числом циклов на первой ступени переходят на следующую ступень программного 35 нагружения. Для этого производят скачкообразное изменение выходного напряжения программного задатчика 5 до необходимого на следующей ступени нагружения уровня. 40Так как испытуемый объект 3, как колебательная система инерционен, амплитуда его колебаний мгновенно измениться не может, поэтому на выходе элемента 8 сравнения появится 45 разностное напряжение, существенно изменяющее величину управляемого сопротивления 10, что приводит к дополнительному разбалансу моста 1 При этом фаза напряжения в измерительной 50СоставительРедактор К,Волощук Техред М,Ку диагонали моста регулируемого усилителя 9 зависит от знака разностногонапряжения. Если амплитуда колебанийиспытуемого объекта 3 меньше вновьзаданной программным задатчиком 5,знак разностного напряжения на выходеэлемента 8 сравнения не изменитсяи на выходе усилителя 5 установитсянапряжение, фаза которого продолжаетвызывать возбуждение колебаний испытуемого объекта 3, а.амплитуда превышает предыдущее значение, чтоприводит к быстрому росту амплитудыколебаний испытуемого объекта 3 доновго заданного программой значения. Если амплитуда колебаний больше заданной по программе, знак .разност ного напряжения на выходе элемента 8 сравнения изменится на противопо-, ложный, на выходе усилителя 15 установится напряженисе, фаза которого изменится на 180 по сравнению с предыдущей, обеспечивающей подцержание колебаний испытуемого объекта 3. Это напряжение сообщает подвижной системе электродинамического вибровозбудителя 1 ускорение в противофазе с ускорением, вызывающим воз. - буждение колебаний,объекта 3, обес печивая .отбор его колебательной энергии, что приводит к быстрому спаду амплитуды колебаний до значе ния, заданного программой, т.е. демпфированию колебаний, Таким образом, при переходе от одной ступени нагружения к другой сообщают подвижной системе вибровозбудителя 1 ускорение в противофазе с ускорением испытуемого объека 3, причем при переходе с высшего уровня на низший демпфирование осущеетвляют с момента перехода, а при. переходе с низшего на высший - с момента ,превышения испытуемым объектом заданного программным задатчиком 5 уровня колебаний, что значительно уменьшает время переходных процессов при программном ступенчатом нагружении и увеличивает достоверность испытания.В.Шехтерзыка Корректор М.Леонтюк