СПОСОБ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является разработка способа вибрационных испытаний, который предусматривает воздействие на изделие гармонической вибрации, лимитирующей реальный случайный процесс, и который заменяет испытание изделия на транспортирование. Способ включает операцию определения в аналитическом определении импульсов силы вибрационного воздействия в диапазоне частот от 5 до 60 Гц (высокие частоты смысла не имеют) и сравнение их с импульсом силы транспортировочного воздействия для замены его близким к ударному вибрационным воздействием. Частота, на которой выполняется критерий I_гв≥I_у, является рабочей и на ней следует проводить испытание на транспортирование.

Новым в способе является определение I_гв, I_у и рабочей частоты для использования во время эквивалентных испытаний. Значения I_гв и рабочей частоты находятся методом последовательных итераций.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам проведения вибрационных испытаний, предусматриющим воздействие на испытуемый объект гармонической вибрации, имитирующей реальный ударный импульс. Необходимость такой замены возникает в ряде практически важных случаев: отсутствие соответствующего испытательного оборудования, у имеющегося оборудования не хватает мощности, при больших габаритах изделия. Действующие на прибор радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) механические воздействия сложной формы на лабораторном оборудовании воспроизводятся со значительными погрешностями. Особенно, если изделие имеет большие массу и габариты, происходит наложение различных форм колебаний, за которыми задающие параметры колебания рассмотреть порой невозможно. При этом динамические характеристики (жесткости и демпфирование), резонансная частота и т.п. сложно определимы. Необходимо учитывать возможности испытательного оборудования. Нечто подобное изложено в монографии [1]. Указанный метод заключается в следующем: определяют максимальную деформацию прибора по результатам натурных испытаний, либо по результатам специальных лабораторных испытаний. В результате определяют резонансную частоту f₀ ,и как следствие, жесткость конструкции корпуса прибора (или его системы виброизоляции). Имея результаты натурных испытаний, рассчитывают параметры эквивалентной ударному воздействию гармонической (синусоидальной) вибрации. Т.е. импульс эквивалентного вибрационного воздействия, заменяющего удар, рассчитывается исходя из полученных экспериментально данных по прочности реального прибора. Именно получение экспериментальных данных по конструкции прибора является основным недостатком данного способа. Аналогом описанному выше является метод, разработанный в работе [2], суть которого заключается в определении амплитуды виброускорения гармонических колебаний по следующей формуле:

где - амплитуда виброускорения гармонической вибрации, эквивалентного удару,

f₀ - резонансная частота конструкции,

Q - добротность,

S₀ - спектральная плотность.

Определение необходимых данных в формуле (1) осуществляется также, как в работе [1], на основании натурных испытаний реальных конструкций. В результате определяются параметры гармонической вибрации , f₀, S₀, Q, которые сравниваются с параметрами широкополосной случайной вибрации. С помощью способа [2] можно рассчитать параметры гармонической вибрации эквивалентной ударному воздействию. Далее проводится оценка эквивалентности двух механических воздействий.

Однако и этот способ предполагает получение исходных данных по прибору или по его массогабаритному имитатору, что непозволительно в случаях отсутствия лишнего прибора или имитатора. К тому же основным недостатком имитатора является часто несовпадения с прибором по массогабаритным характеристикам. Основным недостатком метода в работе [2] являются использование реальной конструкции. Поэтому использование традиционных методов (метод сравнения параметров входного воздействия и реакции на него прибора, энергетический метод, метод определения спектральной плотности в резонансном диапазоне частот и др.) пересчета параметров ударного импульса в параметры гармонической вибрации в данном случае невозможно. Основная сложность при реализации предлагаемого способа заключается в невозможности определения исходных данных при решении системы дифференциальных уравнений, описывающих колебательные движения модели изделия. Например, метод определения реальных жесткостей и демпфирования изделия в нашем случае неприменим по причине наличия изделия в единственном экземпляре. Неприменим и метод замены испытуемого изделия на его массогабаритные имитаторы.

Предлагаемый способ эквивалентной замены механических воздействий предполагает использование только параметров двух воздействий и массы реального прибора.

Поэтому в данном случае приходится обходиться анализом параметров колебаний, которые вызывают механические воздействия, свойственные при транспортировании (т.е. многократный удар) и гармонической вибрации. Эквивалентность двух механических воздействий будет проводиться с использованием массы испытуемого объекта, амплитуд ускорения, длительности ударного импульса и частотного диапазона двух механических воздействий. Наиболее удобным в этом случае является параметр импульса силы, который является функцией от массы изделия, амплитуды ускорения и частоты (следовательно, длительности периода синусоидальной вибрации или длительности импульса). Импульс силы I определяется по формуле во всем диапазоне частот:

где M - масса изделия,

- максимальное ускорение на изделии при механическом воздействии,

f - текущее значение частоты ударного импульса или вибрации.

Частота, на которой выполняется критерий I_гв≥I_у, является рабочей и на ней следует проводить испытание на транспортирование.

Необходимо определить продолжительность воздействия гармонической вибрации, соответствующей количеству ударов:

где T_u - продолжительность испытания на вибростенде,

N - общее количество ударов при испытаниях на транспортирование,

υ - частота повторения ударов при транспортировании.

По формуле (3) определяется общая продолжительность воздействия эквивалентной ударной гармонической вибрации в направлении трех осей координат испытуемого изделия. Испытание может быть проведено и в одном критичном направлении.

Пример пересчета импульса ударного воздействия в гармоническую (синусоидальную) вибрацию:

1. Исходя из (2), определение импульса силы проводится во всем диапазоне частот. Проведем анализ гармонической (синусоидальной) вибрации и определим импульс силы для различных частот, начиная с 20 Гц до 60 Гц. Частотный диапазон определяется следующим: до 20 Гц амплитуда задается виброперемещением, величина которого не соответствует амплитуде 2g (вибростенд может вытянуть амплитуду виброперемещения 0,8-1,0 мм, что не соответствует амплитуде 2g, например, на частоте 10 Гц). Расчет импульса силы для частот указанного диапазона синусоидальной вибрации проводим по формуле (1). Масса упакованного в тару прибора составляет 100 кг. Рассчитанные импульсы силы на основных частотах приведены в таблице 1.

2. В соответствии с ГОСТ 16962.2-90 и ГОСТ 51371-99 изделие в упаковке должно подвергаться в условиях транспортирования следующим параметрам удара для массы от 75 до 200 кг:

- амплитуда ускорения 20 g, длительность 0,006 с, количество ударов 2000,

- амплитуда ускорения 15 g, длительность 0,006 с, количество ударов 20000,

- амплитуда ускорения 10 g, длительность 0,006 с, количество ударов 88000.

В общем случае изделие в упаковке должно выдержать 110000 ударов.

3. Расчет импульса силы для трех параметров транспортировочного воздействия приведен в таблице 2.

Сравнивая импульсы силы в таблицах 1 и 2, можно сделать вывод, что наибольший импульс силы возникает на частоте 20 Гц (I=10 H·c), что близко к среднему значению импульсу силы при ударном воздействии при транспортировании. Следовательно, выполняется условие I_гв≥I_у. Рабочая частота, на которой следует проводить испытания - 20 Гц. В случае, если расчеты, приведенные в таблице 1, не приводят (критерий I_гв≥I_у не выполняется), нужно увеличит амплитуду виброускорения и повторить расчет по таблице 1. Результаты аналитического выбора эквивалентного воздействия приведены на фиг.1. В результате сравнения всех четырех импульсов эквивалентным является импульс с амплитудой 5 g. Таким образом, испытания необходимо проводить на частоте 20 Гц с амплитудой виброускорения не ниже 5 g.

4. Определение продолжительности испытаний может быть выполнено с использованием общего количества ударов, которое должен произвести ударный стенд при испытаниях изделия. В соответствии с ГОСТ 16962.2-90 и ГОСТ 51371-99 частота повторения ударов может быть не более 100 ударов в мин (зачастую задается именно эта цифра, которая принята и для удобства расчета). Расчет проводится по формуле (3).

5. Поэтому общее время испытания при ударном воздействии, определенное по формуле (2), составит 1100 минут или 18,3 часа. Это же время необходимо для проведения испытаний на вибростенде. Изделие испытает (эквивалентное ударному воздействию) при вибрации на частоте 20 Гц (длительность периода 0,05 с, что 8,3 раза больше длительности импульса ударного воздействия) 1317600 циклов воздействия. Испытание можно проводить в направлении трех осей координат прибора или в направлении одной из критичных осей координат.

Таким образом, разработан метод проведения испытаний на гармоническую вибрацию, эквивалентно заменяющий испытания на транспортирование приборов РЭА.

Список литературы

1. Круглов Ю.А., Туманов Ю.А. Ударовиброзащита машин, оборудования и аппаратуры. - Л.: Машиностроение, 1986 г.

2. Кузьмин Э.Н., Захарова Н.Ф., Синякина Л.П. Способ вибрационных испытаний объектов. Патент Российской Федерации №1773164, 1996 г.