Устройство для управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧВжИХРЕСПУБЛИН Ь 19/О ГОСУД АРС ПО ДЕЛА ЯОПИ ИЗОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСК(088.8) ,И. Применезбуждения кесник машин свидетельстС 01 М 7/О втоЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(56) 1. Литвак В ние гидровибраторов для во олебанийконструкций, - "В остроения",1973, И 10.2. Авторское во СССРЖ 666456, кл, О, 1977(54) (57). УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЖЕНИЕМ ПРИ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ НАТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, содержащее программно- задающийбЪок соециненный выхоцами с вхоцами иканалов управления, каждый из которыхсодержит управляемый генератор и последовательно соединенные формировательфункции заданйя регулятор, исполнительный:механизм и датчик нагрузки, соециненный первым выходом с первым выходом канала управления и с испытываемойконструкцией, вторым выходом - с вторым входом ретулятора первый вход канала управления соецинен с вхоцом управляемого генератора, второй вхоц - с,801037210 рым входом формирователя функции зацания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности возпроизведения экстремальных. значений градиентовнагрузок, в него введены- входовойэлемент И и в каждый канал управленияпиковый цетектор, первый элемент И ипоследовательно соециненные первыйтриггер, второй элемент И, второй триггер и элемент ИЛИ, соединенный выходом с, вторым выходом канала управления,вторым входом - с инверсным выхоцомпервого триггера 5 -вход которого соецинен с третьим входом канала управле-.ния, Р -входы первого и второго триггеров соецинены с четвертым вхоцом канала управления, инверсный выхоц второготриггера соединен с первым вхоцом первого элемента И, второй вхоц которогосоединен с выходом управляемого генератора выхоц - с вторым вхоцом формйрователя функции зацания, второй вхоцвторого элемента И соединен с выходомпикового детектора, вхоц которого соединен с вторым входом регулятора,. вторыевыходы каналов управления соединены ссоответствукзц ими вхоцами л -входовогоэлемента И, выхоц которого соец,инеи счетвертыми входами каналов управления, 1037210 2Изобретение относится к устройствамавтоматического управления прочностными, усталостными испытаниями, оно может быть использовано в различных обпастях акспериментальной техники, гдеиспытываемый объект подвергается многоосному циклическому воздействию по заданной программе,Наиболее распространенным,видом циклического нагружения при усталостных 10испытаниях является нагружение по программе, которая представляет собой совокупность многоступенчатых программ (подступенью подразумевается участок программы, содержащий заданное число циклов нагружения, характеризуемых определенной формой, частотой и амплитудойнагрузки). Достоверность испытаний помногоступенчатой программе определяется в основнрм точностью воспроизведения 20экстремальных значений нарнагрузки накаждой ступени в соответствии; с величинами, заданными программой испытаний.При многоосном нагружении точность воспроизведения экстремальных нагрузок определяется не только точность отработкипрограммы отдельным каналом, но и синхронностью приложения нагрузки междуканалами, так как именно ато определяетправильность воспроизведения градиентов З 0нагрузки в испытываемой конструкции.Известно устройство, в котором синхронизация нагрузки по разным каналамосуществляется с помощьюразосдвигающей РС- цепочки, выполняющей функцию35элемента запаздывания 1 3 .Недостатком этого устройства является то, что оно пригодно только для генерации задающих воздействий типа колебаний прямоугольной формы фиксированнойчастоты и неизменных динамических характеристиках канала нагружения.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является система управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций,реализующая сдвиг фазы задающего воздействия с помощью фазосдвигающегоустройства, управляемого сигналами отпрограммного устройства, в памяти которого должны храниться величины времени задержки по отдельным каналам 2,Недостатком известного устройстваявляется необходимость получения до начала испытания объекта фазочастотных 55характеристик всех каналов нагружения.Процедура определения динамических характеристик связана со значительными техническими трудностями из-за большого числа каналов их взаимного влияния и нелинейности характеристик системы нагружения. Настройка устройства управления нагружением на самом объекте испытаний часто невозможна иэ-за опасности разрушения уникальной конструкции. 1(роме того, при возникновении в ходе испытаний усталостных трещин изменяется жесткость испытываемой конструкции, что приводит к изменению динамических характеристик следующей системы нагружения. В связи с атим найденные ранее значения фазовых сдвигов становятся неоптимальными и требуют периодической коррекции.Цель изобретения - повышение точности воспроизведения экстремальных значений градиентов нагрузок.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций, содержащее программно-задающий блок, соединенный выхода- ми с входами о каналов управления, каждый из которых содержит управляемый генератор и последовательно соединенные формирователь функции задания, регулятор, испытательный механизм и датчик нагрузки, соединенный первым выходом с первым выходом канала управления и с испытываемой конструкцией, вторым выходомс вторым входом регулятора, первый вход канала управления соединен с входом управляемого генератора, второй входс вторым входом формирователя функций задания, введены о-входовой элемент И и в каждый канал управления - пиковый детектор, первый алемент И и последовательно соединенные первый триггер, вто-. рой элемент И, второй триггер и элемент ИЛИ, соединенный выходом с вторым выходом канала управления, вторым входом - с инверсным выходом первого триггера, 5 - вход которого соединен с третьим входом канала управления, Р- входы первого и второго триггеров соединены с четвертым входом канала упраэ - пения, инверсный выход второго триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора, выход - с вторым входом формирователя функции задания, второй вход второго элемента И соединен с выходом пикового детектора, вход которого соединен с вторым входом регулятора, вторые выходы каналов управления соединены с соответ, ствующими входами д -входового элемента И,; выход которого соединен с четвер- тыми вхоцами каналов управпения.На фиг. 1 прецставпена структурная схема устройства; на фиг, 2 - примерный5 вид программы нагружения цдя 4-х канальной испытательной системы; на фиг. 3 показано влияние величины рассинхронизации на точность отработки экстремальных значений грациента нагрузки межцу 10 цвумя каналами (кривые1 и2 изображают функции эацания нагрузки цпя каналов 1 и 2); на фиг. 4 - фазачастотные характеристики двух канадов нагру-" жения с эпектрогицравлическими преобра зоватепями типа УЭГСи гицронидинцрами, развивающими усилия: 10 кН (кривая1) и 25 кН (кривая2); на фиг. 5 представлена временная диграм- ма работы устройства. 20В результате различия пдощацей поршйей и объемов гицроцидинаров, а также жесткости испытываемой конструкции в местахприложений усилий каналы нагружения имеют различные фазочастотнь:е характеристики.25Фазовое эячазцъвание в канале М 1 - Ч,3 Ч 2, В результате различия в величинах фазовых сдвигов нагрузки, прилагаемые к испытываемому изцелию Э 1 и Р 2 (фиг. 3),оказывают- ЗО ся взаимно сдвинутыми по фазе на угол М = Ч- Ч 2, что приводит к ошибке в воспроизведении градиентов нагрузок д = И - Ъ , гце Ь и Ъ - соответствен% Мно максимальный и заданный градиенты35 нагрузок.Устройство соцержит программно-задающий блок 1, управляемый генератор 2, формирователь функции зацания 3, регуЖтор 4, исполнительный механизм 5, цатчик нагрузки 6, испытываемую конструкцию 7, и - вхоцовой элемент И 8, второй 9 и первый 10 адементы И, первый 1 и второй 12 триггерыэлемент ИЛИ 13, пиковый цетектор 14. кпючение составляют канады, формирую.щие статическую нагрузку на цанной ступени программы). Импульс синхронизации выдается программно- эацакхцим устройством при выдаче параметров кажцой новой ступени программы нагружения, а также несколько раз в прецедах оцной ступени программы на случай рассинхронизации нагрузок, вызванной изменениемцинамических характеристик испытываемой конструкции при возникновении устадостных трещин, Синхронизирующий импульс, поступая в канал управления, устанавдивает триггер 1 1 в состояние "3.,На обоих вхоцах элемента ИЛИ 13 оказываются "0", в результате на выходеэлемента И 8 появляется "0" - низкийуровень (фиг. 5). Иэ-за наличия фазового эапазцывания нагрузки на испытываемой конструкции повторяет форму сигналзацающего воэцействия с запаздыванием,соответствующим фоэчастотной характеристике канапа при цанной частоте, Этанагрузка воспринимается и преобразуетсяв электрический сигнал датчиком 6(кривые Р 1 и 3 2, фиг. 5), 1 При цости женин выходным сигналом цатчика (нагрузка на конструкции) экстремального значения пиковый цетектор 14 соответствующего канала формирует импульс ( фиг. 5,ПЩ 2), Этот импульс скдацывается алементом И 9 с "1" на "прямом" выхоцетриггера 1 1 и устанавливает триггер 12в ециничное состояние, при атом на его"инверсном" выхоце появляется сигнал"0, который блокирует посредствомэлемента И 10 поступление импульсов суправляемого генератора 2 на формирователь функции 3 задания (фиг, 5,О), врезугътате чего изменение эацающеговозцействия в цанном канале приостанавливается. Ециничный сигнал с "прямого"выхода триггера 12 через элемент ИЛИ13 поступает на соответствующий входэлемента И 8.50 55 Работает устройство слецующим образом.В исхоцном положении триггеры 11 и 12 нахоцятся в "нулевом" состоянии, на прямых" выхоцах триггеров логический нудь "0". Программно-задающий блок 1 зацает с помощью управляемых генераторов 2 и формирователей функции 3 задания длительность, амппитуцу и .форму зацакзцих воздействий цдя кажцого канала нагружения, а также импульс синхронизации ддя каналов, нагрузки в которых должны быть синхронными (исОписанная процедура осуществляется в кажцом канаде управления. После достижения экстремального значения нагрузки в канале, обладающем наибольшим запаздыванием ( фиг. 5, Р 1, 031), на всех вхоцах элемента И 8 оказываются "1", в результате на выходе адемента 8 появляется 1", которая, воэцействуя на- входы всех триггеров, устанавливает их в исходное состоянйе, На "инверсных" выходах триггеров 12 появляются 1 ф, которые раэблокируют адементы И 10 всех каналов управления, и3 1037 все формирователи функций продопжают ,генерацию эадакщих воздействий, В ре зупьтате данной процедуры во всех каналах управления, за исключением канапэ с наибопьшим запаздыванием, сформиро 5 вались задержки сигнапов задакщих воздействий, причем величины этих задержек обратно пропорционаиьны величинам фазовых запаздываний соответствующих кана пов и равны разности между наибопьшим, 10 присутствующим в системе фаэовым эапаэ 1дываниемФ и запаздыванием в рассматри- ваемом канапе, В связи с тем, что в ка нале с наибольшим запаздыванием момент останова формирователя функции при дос 15 тижении нагрузкой экстремума совпадает (задержкой, вносимой погическими элемен тами можно пренебречь) с момента за-,г 1 О;йуска всех каналов, данный канап не останавпивается, Как показано на фиг. 8, в спучае, если рассинхронизация нагрузок отсутствует, останова задакцих воздействий практически не происходит., В результате описанной процедуры путем введения задержек сигналов задаю щих воздействий осуществляется синхронизация экстремальных значений нагрузок, прилагаемых к испытываемой конструкции еИзобретение существенно повышает точность воспроизведения заданных экст ремапьных значений градиентов нагрузки,вызванную фазовыми запаздываниями, и сокращает время проведения испытаний конструкций за счет повышения частоты нагружения.