Оборудование, применяемое при воздействии ударных нагрузок

Ударные испытания и виды испытаний

При резком и быстром изменении перемещения объектов (включая и изменение направления перемещения), на которых установлены или транспортируются различные изделия, возникают удары. Ударом принято называть такое движение, при котором имеет место взаимодействие движущихся тел, сопровождающееся частичным или полным переходом кинетической энергии соударяющихся тел в потенциальную энергию упругой деформации и в так называемую внутреннюю энергию тел, увеличение которой приводит к нагреву. Указанный процесс происходит в малом (ограниченном) пространстве за время, значительно меньшее периода собственных колебаний соударяющихся тел.

В большинстве случаев в процессе соударения возникает упругопластическая деформация. Процесс удара можно разделить на два этапа. Во время первого (активного) этапа происходит нагружение тел, контактная сила соударяющихся тел возрастает, и деформация в зоне контакта носит упругопластический характер; при этом центры энергии соударяющихся тел сближаются. Во время второго (пассивного) этапа контактная сила уменьшается, и при равенстве ее нулю нарушается контакт соударяющихся тел и происходит их разгрузка. При этом восстанавливается свойство упругой деформации и расстояние между центрами инерции соударяющихся тел увеличивается.

Во время первого этапа в различных конструкциях и их элементах могут возникать резонансные явления, затухания которых продолжаются и после окончания второго этапа. Процесс затухания колебаний называется ударным последействием или «откликом». Для анализа процессов, происходящих при ударе, целесообразно пользоваться понятием амплитудно-частотного спектра. На практике удары могут быть одиночными и многократными, повторяющимися периодически.

Для характеристики одиночных ударов, являющихся непериодическими функциями, пользуются интегралом Фурье:

,

который представляет функцию f(t) в виде суммы (интеграла) бесконечно большого числа гармонических колебаний, близких по частоте, с бесконечно малыми амплитудами. При этом частотный интервал между двумя соседними колебаниями бесконечно мал и равен d . Величину F() называют спектральной плотностью или комплексным спектром непериодической функции, а ее абсолютное значение (модуль) просто спектром. Особенностью интеграла Фурье является то, что он представляет непериодическую функцию суммой периодических составляющих, образующих непрерывный спектр без дискретных частотных составляющих, называемый сплошным.

Если рассматривать воздействие многократных ударов и предполагать, что они периодические, то следует воспользоваться разложением в ряд Фурье, позволяющим представить сложную периодическую функцию в виде дискретного (линейчатого) гармонического спектра, состоящего из равноотстоящих спектральных линий, частоты гармоник которых находятся в простых кратных соотношениях.

В зависимости от характера процессов ударного воздействия различают простые (рис. 3, а, б) и сложные формы ударных импульсов (рис. 3, в).

Простой удар может вызвать разрушения вследствие возникновения сильных, хотя и кратковременных, перенапряжений в материале изделия. Возникающие под действием ударов резонансные колебания могут приводить к повреждению отдельных конструктивных элементов, поскольку при этом они получают наивысшие ускорения.

Сложный удар, сопровождающийся циклическими или знакопеременными перенапряжениями, может привести к накоплению микродеформаций усталостного характера. Если изделие обладает резонансными свойствами, то даже простой удар может вызвать колебательную реакцию в элементах конструкции, которая также сопровождается усталостными явлениями.

Для характеристики ударного движения пользуется системой параметров физических величин, знание которых позволяет сформулировать требования к процессу испытаний и оценить его результаты.

Установлены следующие основные параметры физических величин, характеризующие ударное движение:

· пиковые ударные ускорения a _п, скорость v _п, перемещение s_пили деформация, оценивающие соответственно наибольшие абсолютные значения указанных параметров;

· длительности действия ударного ускорения, скорости, перемещения и деформации, оценивающие интервал времени, в течение которого действуют мгновенные значения ускорения a _i одного знака, удовлетворяющие условию a _i 0,l a _m= a _п;

· длительности фронтов ударного ускорения, скорости, перемещения и деформации, определяющие интервал времени от момента появления до момента достижения пикового значения соответствующего процесса ударного движения;

· импульс ударного ускорения — интеграл от ударного ускорения за время, равное длительности его действия;

· коэффициенты наложенных колебаний ударных ускорений, скорости, перемещения или деформации, оценивающие отношение полной суммы абсолютных значений проекций на ось ординат участков кривой ударных ускорений, скорости, перемещения или деформации между соседними экстремальными точками к удвоенному пиковому значению соответствующего параметра (рис. 4).

Рис. 3 - Формы ударных импульсов:

а, б — простые, в — сложная

Рис. 4 - Иллюстрация определе­ния коэффициента наложенных колебаний

Для ударного ускорения

,

где п — число экстремальных точек.

В стандарте МЭК Публикация 68-2-27 вместо понятия коэффициента наложенных колебаний, пользуются понятием «пульсация на первоначальном импульсе»

,

где а_нк — амплитуда наложенных колебаний или амплитуда пульсаций; а_т —максимальная амплитуда импульса. При этом указываются частота пульсаций и затухание после импульса. В ГОСТ 20.57.406 — 81 пульсации называются «относительной амплитудой ускорения наложенных колебаний». Существенное влияние на характер ударного воздействия оказывают формы импульсов, определяющие характеры амплитудно-частотных спектров, которые в реальных условиях могут быть различными, и им будут соответствовать различные амплитудно-частотные спектры, позволяющие количественно оценить воздействие удара. Изделия радиоэлектронной техники представляют собой сложные системы с затуханием, состоящие из ряда различных конструктивных элементов, обладающих большим числом степеней свободы. Колебания указанных элементов системы, вызванные воздействием удара, могут привести к повреждению других элементов за счет возникновения связанных резонансных явлений. Эти явления могут быть представлены системой спектров удара. Ускорение получается максимальным, когда во время воздействия ударного импульса возбуждаются резонансы и возникающие при этом колебания накладываются на ударный импульс.

Установлено, что наибольшая опасность повреждения возникает при наименьшей длительности нарастания импульса. Опасность повреждения вследствие удара обычно меньше для системы с затухающими колебаниями, чем для систем с незатухающими колебаниями, особенно для системы с большим числом степеней свободы.

Возможными причинами ударных воздействий на изделия могут быть столкновения, взрывы, сверхзвуковое давление, случайные падения и т. д. Указанные воздействия могут возникать при эксплуатации изделий на самолетах, кораблях, ракетах, автомобилях, вездеходах, а также при их транспортировании, когда они подвергаются неосторожному обращению обслуживающего персонала.

Подобные удары по своей природе носят случайный характер и имеют малую длительность. Механические воздействия на изделие, возникающие при его случайном падении, зависят от высоты падения, характера поверхности, на которую падает изделие, его ориентации при падении, материалов и способов упаковки для транспортирования.

Анализ ударных воздействий позволяет сформулировать цели различных видов испытаний. Целью испытаний изделий на ударную прочность путем воздействия одиночных и многократных ударов является проверка их способности противостоять разрушающему действию механических ударов и сохранять после их действия значения параметров в пределах норм, установленных НТД. Возможно проведение испытаний на воздействие механических ударов многократного действия на ударную устойчивость, когда проверяют способность изделия выполнять свои функции при воздействии ударов.

Кроме того, испытания на воздействие ударов применяют для определения воздействия на изделия ударов и толчков, которые возможны во время ремонтных работ или при случайном падении при небрежном обращении. При этом возникает задача по определению прочности наиболее уязвимых узлов изделий. В соответствии с рекомендациями МЭК помимо приведенных предусматриваются также испытания на воздействие падения и опрокидывания.

Особым видом испытаний, предназначенным для имитации условий случайных ударных воздействий, возникающих при перевозке незакрепленных изделий колесным транспортом по пересеченной местности, являются испытания на транспортную тряску.

Поиск по сайту: