МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ,
МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION
Методы испытаний на
стойкость к механическим ИСПЫТАНИЯ НА УДАР С ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕМ IEC 60068-2-81:2003 Environmental testing - Part 2-81: Tests - Test Ei: Shock - Shock response spectrum synthesis (MOD)
Предисловие Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены» Сведения о стандарте 1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4 2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии 3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 10 июня 2010 г. № 37) За принятие проголосовали:
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60068-2-81:2003 «Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-81. Испытания. Испытания EL Удар. Воспроизведение ударного спектра» (IEC 60068-2-81:2003 «Environmental testing - Part 2-81: Tests - Test Ei: Shock - Shock response spectrum synthesis») путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту. Настоящий стандарт идентичен ГОСТ Р 53190-2008 5 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 октября 2011 г. № 445-ст 6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений - в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты» Содержание Введение Настоящий стандарт устанавливает метод испытаний на удар машин и оборудования всех видов, для которых в процессе эксплуатации характерно воздействие переходных процессов сложной формы. Метод испытаний предполагает преимущественное использование вибростендов электродинамического или гидравлического типа в режиме воспроизведения ударных процессов в сочетании с системой управления. Могут быть использованы также вибростенды других типов при условии, что они позволяют воспроизвести заданные условия испытаний. Результаты вибрационных испытаний зависят от квалификации проводящего их персонала, о чем должны быть осведомлены и заказчик, и исполнитель испытаний. При составлении методики испытаний в качестве воспроизводимого воздействия следует указывать те процессы, которые соответствуют реальным условиям применения изделия. По сравнению с международным стандартом МЭК 60068-2-81:2003 настоящий стандарт дополнен ссылками, выделенными курсивом и указывающими его место в комплексе стандартов ГОСТ 30630, объединенных общим групповым заголовком «Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий». ГОСТ
31418-2010 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ Методы испытаний на стойкость к механическим
внешним воздействующим ИСПЫТАНИЯ НА УДАР С ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕМ УДАРНОГО СПЕКТРА Environmental dynamic test methods
for machines, instruments and other technical articles. Дата введения - 2011-11-01 1 Область примененияНастоящий стандарт распространяется на машины, приборы и другие технические изделия всех видов (далее - изделия) и устанавливает требования к испытаниям по проверке их способности противостоять воздействию переходных процессов сложной формы. Целью испытаний является подтверждение способности изделия выдерживать воздействия в виде переходных процессов, установленные стандартами или техническими условиями на продукцию (далее - нормативные документы), без существенных повреждений и ухудшений его эксплуатационных характеристик. При этом рекомендуется при задании воспроизводимого воздействия использовать результаты измерений, проведенных в реальных условиях применения изделия. Настоящий стандарт применяют совместно с ГОСТ 30630.0.0, в котором установлены общие требования к проведению испытаний на воздействие внешних факторов. 2 Нормативные ссылкиВ настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты: ГОСТ 17168-82 Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения (ИСО 2041:1990 «Вибрация и удар. Термины и определения», NEQ) ГОСТ 30630.0.0-99 Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования ГОСТ 30630.1.2-99 Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие вибрации (МЭК 60068-2-6:1995 «Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-6. Испытания. Испытание Fc. Вибрация (гармоническая)», NEQ) ГОСТ 30630.1.8-2002 (МЭК 60068-2-57:1989) Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие вибрации с воспроизведением заданной акселерограммы процесса (МЭК 60068-2-57:1989 «Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Ff. Вибрация, задаваемая в форме акселерограммы», MOD) ГОСТ 30630.1.9-2002 (МЭК 60068-2-64:1993) Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие случайной широкополосной вибрации с использованием цифровой системы управления испытаниями (МЭК 60068-2-64:1993 «Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-64. Методы испытаний. Испытание Fh. Широкополосная случайная вибрация (с цифровым управлением) и руководство», MOD) Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку. 3 Термины и определенияВ настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24346 и ГОСТ 30630.0.0, а также следующие термины с соответствующими определениями: 3.1 ширина пика на уровне минус 3 дБ (-3 dB bandwidth): Ширина полосы частот между двумя точками амплитудно-частотной характеристики, расположенными на уровне 0,708 ее максимального значения, в предположении, что частотная характеристика в данной полосе частот описывает пик одиночного резонанса. 3.2 критический коэффициент демпфирования (critical damping): Наименьшее значение коэффициента демпфирования, при котором система, выведенная из состояния равновесия, возвращается в свое исходное положение за кратчайшее время без переколебаний. 3.3 критическая частота (critical frequency): Частота колебаний, вызывающих (при их достаточно высоком уровне) неправильное функционирование образца, ухудшение его функциональных характеристик, механический резонанс или другие негативные эффекты отклика, например дребезжание. 3.4 демпфирование (damping): Обобщенная характеристика системы, описывающая уменьшение ее колебаний вследствие рассеяния механической энергии. Примечание - На практике демпфирование зависит от таких характеристик системы, как форма конструкции, формы собственных колебаний, внутренние напряжения в конструкции, приложенные силы, уровень колебаний, материал конструкции, проскальзывание в соединениях и др. 3.5 коэффициент демпфирования (damping ratio): Отношение коэффициента демпфирования системы к ее критическому коэффициенту демпфирования для систем с вязкостным демпфированием. 3.6 децибел; дБ (decibel; dB): Отношение двух величин в логарифмическом масштабе. Примечание - Величина L, выражаемая в децибелах, связана с отношением двух других величин, Х и Х0, формулой
3.7 точка крепления (fixing point): Часть образца, находящаяся в контакте с крепежным приспособлением или вибростолом в том месте, где изделие обычно закрепляют при эксплуатации. Примечание - Если в испытаниях для установки образца используют устройство, применяемое на месте эксплуатации изделия, то точку крепления определяют на этом устройстве, а не на образце. 3.8 стандартизованное ускорение свободного падения (standard acceleration due to gravity); gn: Ускорение свободного падения, которое применительно к настоящему стандарту округлено до ближайшего целого числа, т. е. 10 м/с2. 3.9 окно Ханна (Hanning window): Временная весовая функция в форме косинусоидального колокола, подавляющая значения реализации сигнала в начале и в конце записи. 3.10 высокочастотная асимптота; ВЧА (high-frequency asymptote, HFA): Значение, к которому асимптотически стремится кривая ударного спектра в области высоких частот. Примечание 1 - Знание высокочастотной асимптоты важно с практической точки зрения, поскольку она совпадает с пиковым значением сигнала возбуждения. Не следует его путать с пиковым значением ударного спектра. Примечание 2 - Другое название высокочастотной асимптоты - ускорение нулевого периода. 3.11 точки измерений (measuring points): Специальные точки трех видов, в которых проводят сбор данных при проведении испытаний. 3.11.1 проверочная точка (check point): Точка на крепежном приспособлении, на вибростоле или на образце, расположенная как можно ближе к одной из точек крепления и соединенная с ней жесткой связью. Примечание 1 - Чтобы убедиться в точном соблюдении требований испытаний, используют несколько проверочных точек. Примечание 2 - Если число точек крепления не более четырех, каждую из этих точек следует использовать в качестве проверочной. Если число точек крепления более четырех, в соответствующем нормативном документе должны быть определены четыре наиболее представительные точки, которые будут использованы в качестве проверочных. Примечание 3 - В особых случаях, например для больших образцов или образцов сложной формы, когда проверочные точки не могут находиться вблизи точек крепления, положение проверочных точек должно быть определено соответствующим нормативным документом. Примечание 4 - При испытании большого числа образцов небольших размеров, установленных с помощью одного крепежного приспособления, или при испытании образца небольшого размера, имеющего несколько точек крепления, управление может осуществляться по сигналу с датчика, установленного в одной проверочной (она же контрольная) точке. При этом сигнал управления будет в большей степени характеризовать вибрацию крепежного приспособления, а не образца в точках крепления. Это допустимо только в том случае, если частота низшего резонанса нагруженного крепежного приспособления значительно превышает верхнюю границу диапазона частот испытаний. 3.11.2 контрольная точка (reference point): Одна из проверочных точек, сигнал с которой используют для управления режимом испытаний. 3.11.3 точка измерения отклика (response points): Точка на образце, в которой проводят сбор данных при исследовании частотной характеристики образца. Примечание 1 - Точек измерения отклика может быть несколько. Примечание 2 - Эти точки не совпадают с проверочными или контрольными точками. 3.12 собственная частота (natural frequency): Частота свободных колебаний конструкции (периодических или затухающих), зависящая только от физических характеристик этой конструкции (массы, жесткости и коэффициента демпфирования). 3.13 число больших пиков отклика (number of high peaks of the response time-history): Полученное по результатам измерений (в точке измерения отклика) или расчетов отклика системы с одной степенью свободы (осциллятора) на заданное воздействие число пиков временного сигнала, превышающих заданное пороговое значение (см. рисунок 1). 1 - область
положительных пиков, превышающих пороговое значение (+ 70 %); Рисунок 1 - Пример отклика осциллятора на заданный временной сигнал возбуждения Примечание 1 - Подсчет числа пиков в сигнале отклика используют потому, что цикличность этого сигнала маскируется наличием переходных процессов. Примечание 2 - Под пиком сигнала понимают его отклонение от нуля в сторону положительных или отрицательных значений между двумя последовательными пересечениями нулевого уровня (см. рисунок 2). Примечание 3 - Согласно настоящему стандарту предпочтительным является определение числа больших пиков по расчетам, а не измерениям, поскольку последние не всегда возможно выполнить. 1 - 1-й пик; 2 - 3-й пик; 3 - 2-й пик; 4 - точки пересечения нуля Рисунок 2 - Пример идентификации пиков отклика, превышающих пороговое значение (70 %) 3.14 осциллятор (oscillator): Система с одной степенью свободы, способная производить или поддерживать механические колебания. 3.15 пауза (pause): Интервал времени между двумя последовательными воспроизведениями заданного возбуждения. Примечание - Длительность паузы Т, в секундах, следует выбирать такой, чтобы избежать значительных наложений отклика образца. Рекомендуемое значение Т должно удовлетворять условию
где f - первая собственная частота незатухающих колебаний образца, в герцах; d - коэффициент критического демпфирования на частоте f, в герцах. 3.16 предпочтительные направления воздействия (preferred testing axes): Три взаимно ортогональных направления, выбираемых таким образом, чтобы при воздействии вибрации в этих направлениях вероятность повреждения образца была максимальной. 3.17 добротность (Q-factor): Величина, характеризующая степень остроты резонанса или избирательность по частоте колебательной механической системы с одной степенью свободы и обратная удвоенному коэффициенту демпфирования. 3.18 заданный ударный спектр (required SRS): Ударный спектр, форма которого установлена соответствующим нормативным документом (см. рисунок 3). Примечание - Нормативным документом может быть определено несколько ударных спектров для разных значений добротности, каждый из которых используют в конкретном случае. 1 - заданный
ударный спектр; 2 - реальный ударный спектр; 3 - область допуска
(± 1,5 дБ); Рисунок 3 - Типичный график ударного спектра (в логарифмическом масштабе) 3.19 ударный спектр (shock response spectrum, SRS): График зависимости максимального отклика (перемещения, скорости или ускорения) на заданное входное воздействие ансамбля осцилляторов с заданным значением добротности от собственных частот колебаний этих осцилляторов без учета демпфирования. Примечание 1 - При расчетах, если иное не обусловлено, используют линейные системы с одной степенью свободы с вязкостным демпфированием. Примечание 2 - Нормативным документом для одних и тех же испытаний может быть установлено несколько ударных спектров для разных значений добротности, из которых выбирают то, что в наибольшей степени соответствует испытуемому образцу. 3.20 частота дискретизации (sampling frequency): Число выборочных значений сигнала в единицу времени (секунду) при записи или представлении сигнала в цифровом виде. 3.21 допуск на сигнал (signal tolerance): Величина, выражаемая в процентах и определяемая формулой где NF- среднеквадратичное значение задающего сигнала; F- среднеквадратичное значение сигнала, воспроизведенного на вибростоле. Примечание 1 - Данный параметр не зависит от того, какой параметр вибрации (ускорение, скорость или перемещение) используют для управления испытаниями. Примечание 2 - Данный параметр применяют только для возбуждения синусоидальной вибрацией. 3.22 значимая часть временного сигнала (strong part of the time-history): Участок временного сигнала между двумя моментами времени, когда сигнал в первый раз достигает уровня 25 % пикового значения и когда он в последний раз опускается ниже этого уровня (см. рисунок 4). Рисунок 4 - Типичная форма временного сигнала возбуждения 3.23 синтезированный временной сигнал (synthesized time-history): Временной сигнал, созданный искусственно таким образом, чтобы его ударный спектр был всюду не ниже заданного ударного спектра. 3.24 диапазон частот испытаний (test frequency range): Диапазон частот между нижней f1 и верхней f2 границами, соответствующими низшей и высшей частотам используемых для синтезирования временного сигнала вейвлетов, который зависит от формы заданного ударного спектра и возможностей испытательного оборудования с установленным образцом. Примечание - Диапазон частот, в котором задан ударный спектр, шире диапазона частот испытаний и теоретически бесконечен (см. 3.10). 3.25 реальный ударный спектр (test SRS): Ударный спектр, рассчитанный по сигналу в контрольной точке вибростенда теоретически или с помощью средств анализа ударных спектров (см. рисунок 3). 3.26 временной сигнал (time-history): Запись ускорения, скорости или перемещения как функции времени. 3.27 временное окно (time window): Длительность синтезированного временного сигнала, включающего в себя все заданные вейвлеты. Примечание - Некоторые системы управления предусматривают удвоение временного окна и центрирование синтезированного временного сигнала относительно этого окна. 3.28 вейвлет (wavelet): Временной сигнал на некоторой частоте, используемый для формирования сигнала возбуждения при испытаниях с воспроизведением заданного ударного спектра. Примечание - Термин «вейвлет» в том смысле, как он применен в настоящем стандарте, не следует путать с аналогичным термином, используемым в теории вейвлетов или вейвлет-анализе. 4 Требования к испытательному оборудованиюУстанавливаемые характеристики испытательного оборудования относятся ко всему испытательному оборудованию в целом. В случае вибрационной установки электродинамического или гидравлического типа это оборудование включает в себя усилитель мощности, вибростенд с устройством крепления образца и систему управления. Требования, установленные в 4.1 - 4.3, проверяют при возбуждении гармоническими колебаниями. При поверке испытательного оборудования воспроизводимое движение представляет собой гармонические колебания, которые во всех точках крепления образца должны быть приблизительно одинаковыми и поступательными в пределах ограничений, установленных в 4.2 и 4.3. В диапазоне частот до 1000 Гц пиковое значение ускорения или перемещения в проверочных точках в любом направлении, перпендикулярном к направлению возбуждения, не должно превышать 50 % пикового значения ускорения или перемещения в основном направлении возбуждения. На частотах свыше 1000 Гц допускается, чтобы это отношение достигало 100 %. Это требование контролируют только в заданном диапазоне частот испытаний. В ряде случаев, например для образцов малых размеров, допускается устанавливать более жесткие ограничения на поперечные колебания (например, до 25 %), если это предусмотрено соответствующим нормативным документом. Если на результаты испытаний большое влияние оказывают паразитные угловые колебания вибростола, допустимый уровень этих колебаний должен быть установлен в нормативном документе и отражен в протоколе испытаний. Иногда, например для образцов больших размеров или большой массы, не удается соблюсти вышеуказанные ограничения на поперечные колебания на отдельных частотах или во всем диапазоне частот испытаний. В этом случае в нормативном документе должна быть использована одна из следующих формулировок: - поперечные колебания, превышающие заданный уровень, должны быть зафиксированы и указаны в протоколе испытаний; - поперечные колебания не представляют опасности для образца и контролю не подлежат. Характеристики измерительной системы должны предусматривать возможность проверки выполнения условия, что истинное значение параметра вибрации в контрольной точке в заданном направлении движения не выходит за пределы установленного допуска. На точность измерений оказывает существенное влияние частотная характеристика измерительной цепи, включающей в себя датчик вибрации, согласующее устройство и устройства сбора и обработки данных. Нижняя граница диапазона частот измерительной системы не должна превышать 0,67f1 (f1 - частота самого низкочастотного вейвлета), а верхняя граница не должна быть менее 1,5f2 (f2 - частота самого высокочастотного вейвлета). В указанном диапазоне частот амплитудно-частотная характеристика измерительной цепи должна быть постоянной в пределах ± 5 %. 5 Требования к режимам испытанийВременной сигнал возбуждения должен представлять собой совокупность вейвлетов в пределах заданного временного окна. Этот сигнал должен быть определен соответствующим нормативным документом для заданного ударного спектра, как показано в 9.3. Если нормативным документом не установлено иное, значение коэффициента демпфирования принимают равным 5 % (что соответствует значению добротности Q, равному 10). Значения коэффициента демпфирования (добротности) могут быть уточнены по результатам исследований частотной характеристики образца (см. 9.2). Результаты таких исследований помогают также определить, какое значение Q необходимо использовать, если в нормативном документе приведено несколько ударных спектров для разных значений добротности. Расстояние между соседними частотами вейвлетов выбирают в зависимости от заданной добротности равным: -1/3 октавной полосы для добротности Q не более 5; - 1/6 октавной полосы для добротности Q в интервале от 5 до 25; - 1/12 октавной полосы для добротности Q не менее 25. Примечание - Ряд среднегеометрических частот октавных полос установлен ГОСТ 17168. Реальный ударный спектр, полученный по измерениям в контрольной точке, не должен отличаться от заданного более чем на 1,5 дБ (см. рисунок 3). Допускается, чтобы в некоторой области или областях частот (в сумме не превышающих 20 % диапазона частот испытаний) кривая ударного спектра выходила за пределы указанного допуска (не превышая при этом кривую заданного ударного спектра более чем на 3 дБ), если только эта область или области не включают в себя критические частоты образца. Отклонение от заданного ударного спектра должно быть зафиксировано в протоколе испытаний. Отклонения реального ударного спектра от заданного проверяют на частотах, расстояния между которыми те же, что установлены в 5.1 (в зависимости от значения добротности), или менее. 5.3 Требования к вычислению реального ударного спектра Чтобы свести к минимуму погрешность оценки реального ударного спектра, необходимо особое внимание уделить выборке и фильтрации сигнала в контрольной точке. Рекомендуется, чтобы частота выборки по меньшей мере в 10 раз превышала верхнюю границу f2, если только при расчете ударного спектра не применяют процедуру интерполяции временного сигнала. Примечание 1 - При выполнении вышеуказанного условия погрешность оценки отклика осциллятора с максимальной собственной частотой f2 не будет превышать 5 %. Если же частота выборки будет всего в 2,56 раза превышать f2 (что является обычным требованием для частотного анализа сигналов), эта погрешность может превышать 60 %. Если перед расчетом ударного спектра используют процедуру интерполяции временного сигнала, то достаточно, чтобы частота выборки в четыре раза превышала верхнюю границу f2. Для предотвращения эффекта наложения спектров перед оцифровкой аналогового сигнала необходимо применять низкочастотную фильтрацию. Рекомендуется, чтобы в точке спада частотной характеристики фильтра нижних частот, где ее уровень понижается в два раза, частота была равна 1,5f2. Крутизна спада должна быть, по крайней мере, минус 60 дБ/октава. Выполнение этих требований обеспечивает регистрацию неискаженного отклика осциллятора с собственной частотой f2. При этом будут подавлены также фазовые погрешности, связанные с применением фильтра нижних частот. Фазочастотная характеристика фильтра должна быть линейной. Если на результаты испытаний могут оказывать влияние низкочастотные помехи или постоянное смещение сигнала, необходимо применять фильтр верхних частот. Рекомендуется, чтобы в точке спада частотной характеристики фильтра нижних частот, где ее уровень понижается в два раза, частота не превышала максимального из двух следующих значений: 2 Гц или одна десятая нижней границы f1. Дополнительная погрешность возможна в том случае, если сигналы возбуждения или сигналы отклика осцилляторов не успеют полностью затухнуть в пределах заданного временного окна. Особенно важно учитывать это для осцилляторов с низким значением коэффициента демпфирования. Для исключения появления погрешности данного вида необходимо, чтобы длительность выборки была достаточно большой. Примечание 2 - При анализе влияния временного окна на погрешность воспроизведения ударного спектра часто вводят дополнительные термины: «полный ударный спектр», «начальный ударный спектр» и «остаточный ударный спектр». Термин «полный ударный спектр» (иногда его также называют максимаксным ударным спектром) соответствует определению 3.19. При определении начального ударного спектра учитывают максимальные отклики осцилляторов только на интервале входного воздействия (временного сигнала возбуждения), а при определении остаточного ударного спектра - на всем интервале временного окна, за исключением участка входного воздействия. Для оценки реального ударного спектра следует рассчитывать полный ударный спектр. 5.4 Алгоритм расчета ударного спектра Существует много способов расчета ударного спектра, причем применяемые алгоритмы способны давать разные результаты, особенно в областях низких и высоких частот. Поэтому важно использовать такие алгоритмы, для которых получено подтверждение правильности проводимых с их помощью расчетов, по крайней мере, в диапазоне частот испытаний. Выбор диапазона частот испытаний зависит от того, какое ударное возбуждение предполагается воспроизвести во время испытаний, и от возможности испытательной установки с установленным на ней образцом воспроизвести это возбуждение. Образец должен быть закреплен на вибростоле в соответствии с требованиями ГОСТ 30630.0.0. Положение образца на вибростоле во время испытаний и способ его крепления должны быть указаны в соответствующем нормативном документе. При этом результаты испытаний следует рассматривать как применимые только к конкретному положению образца и конкретному способу крепления, если только не представлены аргументы в пользу того, что результаты могут быть распространены и на другие положения образца и способы крепления (например, показано, что сила тяжести не оказывает существенного влияния на результаты испытаний). Если изделие в обычных условиях эксплуатации устанавливают на изоляторы, а испытания должны быть проведены без изоляторов, то уровень возбуждения должен быть скорректирован с учетом передаточной функции изоляторов. При установке образца следует принимать во внимание его соединения, кабели, трубопроводы и т. п. 6 Степень жесткости условий испытанийСтепень жесткости условий испытаний определяется сочетанием следующих параметров: a) обязательные параметры: - заданный ударный спектр и принятое значение добротности, - направления возбуждения, - длительность воспроизводимого временного сигнала, - число повторений ударных возбуждений, - диапазон частот испытаний; b) дополнительные параметры: - высокочастотная асимптота заданного ударного спектра, - длительность значимой части синтезированного временного сигнала, - число больших пиков отклика, - Фурье-спектр сигнала возбуждения, - спектральная плотность энергии сигнала возбуждения, - среднеквадратичное значение сигнала возбуждения, рассчитанное во временной области [см. раздел В.2 (приложение В)], - среднеквадратичное значение сигнала возбуждения, рассчитанное в частотной области [см. раздел В.4 (приложение В)]. Примечание - Приведенный перечень дополнительных параметров не следует считать исчерпывающим (см. приложение В). Указанные параметры должны быть определены соответствующим нормативным документом на основе рекомендаций 6.1 - 6.5. Дополнительные параметры могут быть необходимы, если образец подвергают повторяющимся ударным воздействиям с целью оценить последствия малоцикловой усталости. В нормативном документе должны быть указаны ударные спектры (формы, уровни, высокочастотные асимптоты) для всех условий испытаний, включая значения добротности и допуски. Ударный спектр должен быть определен как полный спектр. В нормативном документе могут быть также установлены оси образца, направления возбуждения и ударные спектры для каждого направления возбуждения, если они для разных направлений различны. Примечание - В нормативном документе могут быть установлены разные ударные спектры с разными значениями добротности для конкретных условий испытаний. 6.2 Длительность временного сигнала возбуждения В соответствующем нормативном документе должна быть установлена длительность каждого временного сигнала возбуждения (в секундах), которую рекомендуется выбирать из ряда: ... 1; 2; 3; 5; 10.... Примечание - Длительность возбуждения зависит от используемых значений частоты выборки и временных окон, поэтому не всегда возможно получить значения длительности, близкие к значениям вышеприведенного ряда. Иногда в соответствующем нормативном документе может быть указана длительность значимой части временного сигнала в виде доли (в процентах) общей длительности. В отсутствие таких указаний, а также если это не определяется непосредственно требованиями 6.5, значение доли значимой части спектра следует выбирать из ряда: 25 %, 50 %, 75 %. Выбранное значение должно быть отражено в протоколе испытаний. В соответствующем нормативном документе должно быть установлено число повторных возбуждений образца заданным временным сигналом, прилагаемым в заданном направлении по заданной оси образца. Если нормативным документом не установлено иное, то число повторных возбуждений в каждом направлении следует выбирать из ряда: 1; 2; 5; 10; 20; 50... Если число повторных возбуждений более одного, испытания всегда начинают с возбуждения минимального уровня, после чего переходят к более высоким уровням. Повторные возбуждения должны быть разделены паузой. Диапазон частот испытаний должен быть установлен соответствующим нормативным документом в виде нижней и верхней границ (в герцах), значения которых выбирают по возможности близкими к значениям ряда: ... 1; 2; 5; 10; 20; 50.... Значение нижней границы f1 не должно быть менее 0,1 Гц, а значение верхней границы f2 не должно превышать 5000 Гц. Примечание - Диапазон частот испытаний зависит от используемых значений частоты выборки и временных окон, поэтому не всегда возможно получить значения границ диапазона частот испытаний, близкие к значениям вышеприведенного ряда. 6.5 Число больших пиков отклика Соответствующим нормативным документом может быть установлено число пиков расчетного отклика системы с одной степенью свободы, превышающих некоторое пороговое значение. Число больших пиков отклика является дополнительной характеристикой степени жесткости испытаний, применяемой преимущественно в случаях, когда требуется провести исследования на малоцикловую усталость. Расчет числа больших пиков должен быть выполнен для полного отклика некоторой выбранной системы с одной степенью свободы, возбуждаемой заданным временным сигналом. Собственная частота системы без учета демпфирования и ее добротность должны быть определены по результатам исследования частотной характеристики образца или в ходе непосредственной оценки этих параметров. Пороговые значения, с которыми сравнивают пики отклика, должны быть определены как доля (в процентах) заданного ударного спектра на собственных частотах испытуемого образца. Если соответствующим нормативным документом не предписано иное, то при коэффициенте демпфирования от 2 % до 10 % (значении добротности от 5 до 25) и пороговом значении 70 % число больших пиков отклика должно быть от 3 до 20. Чередующиеся положительные и отрицательные пики должны быть расположены приблизительно равномерно. 7 Начальная стабилизацияНеобходимость начальной стабилизации образца в условиях возбуждения и условия этого возбуждения должны быть определены соответствующим нормативным документом. 8 Начальные измеренияЕсли нормативным документом не определено иное (см. 9.2), то образец должен быть подвергнут визуальному осмотру, контролю размеров и проверке эксплуатационных свойств, как предписано соответствующим нормативным документом. 9 Проведение испытанийЕсли нормативным документом не установлено иное, то образец возбуждают по очереди в каждом из предпочтительных направлений воздействия вибрации. Порядок выбора направления возбуждения, если только это не обусловлено специально нормативным документом, значения не имеет. Возбуждение должно быть приложено таким образом, чтобы воспроизводить заданный ударный спектр. Обычно поставщики систем управления вибрационными испытаниями включают в их состав необходимое программное обеспечение для формирования требуемого задающего сигнала. 9.2 Исследование частотной характеристики образца Если нормативным документом не установлено иное, проводят исследование частотной характеристики образца. Число точек измерения отклика должно быть указано в нормативном документе. Исследование частотной характеристики может быть выполнено возбуждением гармонической или случайной вибрации в диапазоне до увеличенной в пять раз собственной частоты колебаний образца (без учета демпфирования) или, если это значение выходит за пределы диапазона частот испытаний, во всем диапазоне частот испытаний. Уровень возбуждения должен быть определен нормативным документом. Исследование проводят по ГОСТ 30630.1.2 при возбуждении гармонической вибрацией и по ГОСТ 30630.1.9 при возбуждении случайной вибрацией. Уровень вибрации при исследовании частотной характеристики должен быть выбран таким, чтобы отклик образца был более слабым, чем при воздействии возбуждения в основном режиме испытаний, но достаточным для обнаружения критических частот. Если исследования проводят, возбуждая гармоническую вибрацию, то скорость изменения частоты не должна превышать одной октавы в минуту. Для более точного определения формы частотной характеристики скорость качания может быть уменьшена. Следует избегать необоснованно долгого возбуждения вибрацией на одной частоте. При исследовании с возбуждением случайной вибрации следует иметь в виду, что время возбуждения должно быть достаточным для минимизации случайных вариаций отклика. Разрешение по частоте должно быть достаточным для удовлетворительного описания формы резонансного пика. Рекомендуется, чтобы на ширину пика на уровне минус 3 дБ приходилось не менее пяти спектральных линий. Нормативным документом может быть установлено требование, чтобы во время исследования частотной характеристики образец функционировал в заданном режиме. Если функционирование образца препятствует определению его частотной характеристики, то проводят дополнительные исследования при неработающем образце. В результате исследований должны быть определены и отражены в протоколе испытаний все критические частоты данного образца. Если нормативным документом не установлено иное, исследование частотной характеристики образца проводят также после завершения испытаний с воспроизведением заданного ударного спектра для выявления возможных изменений критических частот. Заключительное исследование частотной характеристики проводят точно также, в тех же точках и с теми же параметрами возбуждения, что и начальное. Критические частоты, выявленные в ходе исследований до и после проведения основных испытаний, указывают в протоколе испытаний. Действия, которые необходимо предпринять при выявлении расхождения результатов начального и заключительного исследований частотной характеристики, должны быть определены соответствующим нормативным документом. 9.3 Синтез временного сигнала возбуждения Ниже приведены основные этапы синтезирования временного сигнала (см. также приложение С). a) Выбор формы вейвлетов Существует несколько типов вейвлетов, используемых для формирования временного сигнала. Наиболее часто применяют следующие: - экспоненциально затухающую синусоиду; - отрезок синусоидального сигнала постоянной амплитуды; - несколько синусоидальных импульсов, модулированных окном Ханна. b) Выбор диапазона частот испытаний Диапазон частот испытаний выбирают с учетом возможных частот выборки (см. 5.3, 5.5 и 6.4). c) Выбор временного окна Длительность временного окна выбирают с учетом выбранного на этапе b) диапазона частот. d) Выбор разрешения вейвлетов по частоте Расстояние между частотами вейвлетов выбирают с учетом 5.1. e) Выбор значения добротности Значение добротности Q выбирают на основе указаний соответствующего нормативного документа или по результатам исследований частотной характеристики образца (см. 5.1 и 9.2). f) Выбор длительности вейвлетов Длительность вейвлетов выбирают в соответствии с 6.2. g) Выбор пиковых значений вейвлетов Пиковые значения вейвлетов выбирают в соответствии с заданным спектром удара. h) Выбор других параметров вейвлетов: - задержки (начальный момент времени вейвлета); - полярности (направление изменения сигнала в начальный момент времени); - числа полупериодов (для вейвлетов 2-го и 3-го типов). i) Синтез задающего временного сигнала системой управления Формируют исходный временной сигнал без возбуждения им вибростола. j) Сравнение ударных спектров Сравнивают ударный спектр, полученный по задающему временному сигналу, с заданным ударным спектром, принимая во внимание допуски и параметры, установленные соответствующим нормативным документом (см. 5.2 и раздел 6). k) Корректировка параметров При необходимости изменяют длительности вейвлетов [этап f)], после чего корректируют (подгоняют) параметры этапов д) и h), обеспечивая соблюдение допусков и параметров заданного ударного спектра с учетом ограничений испытательной установки на развиваемую силу, перемещение, скорость и ускорение вибростола. l) Запись синтезированного временного сигнала Сохраняют синтезированный временной сигнал, после чего начинают испытания согласно 9.4. В процессе испытаний корректировка параметров временного сигнала продолжается. m) Возбуждение по другим направлениям Если для испытаний по другим направлениям возбуждения установлены другие требования к жесткости условий испытаний, то для каждого из этих направлений повторяют все вышеперечисленные этапы. Примечание - Этап m) может быть также проведен после проведения основных испытаний в одном из направлений возбуждения [см. 9.4, этап е)]. 9.4 Испытания с воспроизведением синтезированного временного сигнала Ниже приведены основные этапы испытаний с воспроизведением синтезированного временного сигнала (см. также рисунок 5 и приложение С). a) Установка испытуемого образца или его имитатора Образец или его имитатор с аналогичными динамическими свойствами устанавливают на вибростол таким образом, чтобы обеспечить возбуждение в заданном направлении вдоль соответствующей оси образца (имитатора). b) Воздействие на образец с пониженным (минус 18 дБ) уровнем возбуждения Образец возбуждают с использованием синтезированного по 9.3, перечисление l), временного сигнала, уровень которого понижен на 18 дБ относительно заданного. Возбуждение повторяют до шести раз, чтобы позволить системе управления скорректировать задающий сигнал для достижения соответствующих формы и параметров заданного ударного спектра с пониженным уровнем возбуждения. Записывают сформированный задающий сигнал. Примечание 1 - В некоторых случаях данный этап целесообразно пропустить и сразу начать с выполнения этапа с). c) Воздействие на образец с пониженным (минус 12 дБ) уровнем возбуждения Образец возбуждают на пониженном (минус 12 дБ) уровне с использованием задающего сигнала, сохраненного после выполнения процедур а) и b). Возбуждение повторяют до шести раз, чтобы позволить системе управления скорректировать задающий сигнал для достижения соответствующих формы и параметров заданного ударного спектра. Записывают сформированный задающий сигнал. Примечание 2 - Иногда испытания начинают непосредственно с этого этапа. d) Повышение уровня возбуждения Повышают уровень возбуждения последовательно сначала на 6 дБ, а затем еще на 3 дБ. Для каждого уровня возбуждения повторяют не менее двух раз с записью задающего сигнала, прежде чем перейти к возбуждению полного уровня. После каждого повторного возбуждения проверяют, позволяет ли система управления сформировать возбуждение в пределах допуска на заданный ударный спектр. Рисунок 5 - Испытания с воспроизведением синтезированного временного сигнала Примечание 3 - Повышение от уровня минус 3 дБ до полного уровня при необходимости можно осуществлять с шагом 1 дБ. На каждом дополнительном шаге используют не более одного возбуждения. e) Испытания с полным уровнем возбуждения (выдержка) Возбуждение полного уровня повторяют столько раз, сколько предписано соответствующим нормативным документом для данного направления возбуждения. Система управления должна поддерживать воспроизведение заданного ударного спектра. Между двумя воспроизведениями заданного временного сигнала возбуждения необходимо выдерживать паузу, достаточную для того, чтобы избежать наложений откликов образца. f) Возбуждение вдоль других направлений Этапы а) - е) повторяют для других направлений возбуждения в соответствии с требованиями нормативного документа и учетом 9.3, перечисление m). Примечание 4 - Начать ли испытания с возбуждением в новом направлении с этапа b) или с), оставляют на усмотрение специалиста, проводящего испытания. g) Документирование результатов испытаний Следует зафиксировать ударный спектр, воспроизведенный во время испытаний с полным уровнем возбуждения, а также другие параметры, характеризующие проведенные испытания. Сохраняют запись каждого возбуждения, если их число не превышает 10, и запись каждого третьего возбуждения, если их число более 10. Дополнительные требования могут быть установлены соответствующим нормативным документом. 10 Промежуточные измеренияЕсли это предписано нормативным документом, образец должен функционировать в процессе испытаний с одновременным контролем его рабочих характеристик. 11 Конечная стабилизацияНормативным документом может быть установлена необходимость дать образцу некоторое время на восстановление его характеристик (например, температурных) после проведения испытаний, прежде чем выполнять заключительные измерения. 12 Заключительные измеренияЕсли нормативным документом не предусмотрено иное, проводят заключительное исследование частотной характеристики образца (см. 9.2). Образец должен быть подвергнут визуальному осмотру, контролю размеров и проверке эксплуатационных свойств согласно требованиям соответствующего нормативного документа. Тем же документом должны быть установлены критерии приемки или отбраковки образца. 13 Сведения, приводимые в соответствующем нормативном документеЕсли соответствующим нормативным документом установлен данный метод испытаний, то в нем приводят, по мере необходимости, следующие данные (особое внимание следует уделять пунктам, отмеченным звездочкой, -данные по этим пунктам должны быть приведены обязательно):
14 Сведения, приводимые в протоколе испытанийВ протоколе испытаний должны быть приведены, как минимум, следующие сведения:
Примечание - Если результаты испытаний должны быть зафиксированы, например в хронологическом порядке, с указанием параметров испытаний, наблюдений, выполненных во время испытаний, предпринятых действий и представлением таблиц измерений, то в этих случаях, как правило, ведут журнал испытаний. Журнал испытаний может быть приложен к протоколу испытаний. Приложение А
|
Диапазон частот, Гц |
|
Сейсмические воздействия (оборудование установлено на полу или на поверхности земли) |
1 - 351) |
Наземный транспорт |
1 -100 10 - 100 10 - 150 10 - 500 |
Воздушное судно |
10 - 500 10 - 2000 |
Космический корабль |
100 - 5000 |
1) Если собственная частота оборудования лежит ниже 1 Гц, рекомендуемый диапазон частот испытаний - от 0,1 до 35 Гц. |
Ключевые слова: удар, испытания на удар, машины, приборы, измерения, частотная характеристика, степень жесткости условий испытаний, ударный спектр