Если обычные приспособления для крепления отсутствуют, то может быть использовано любое приспособление, сконструированное таким образом, чтобы отвечать требованиям соответствующего испытания.
Образцы, применяемые с амортизаторами, допускается испытывать без последних, например, когда образец закреплен с другими образцами на общей системе крепления или когда динамические характеристики амортизаторов непостоянны (например, зависят от температуры). В этом случае уровень испытания следует изменить. Этот уровень следует определить, исходя из характеристик передачи вибрации для амортизаторов в направлении каждой оси образца; исключение составляет испытание на воздействие линейного ускорения. Если известно, что жесткость испытания изменяется в зависимости от направления приложения воздействующих нагрузок, это также следует учитывать.
Если характеристики передачи вибрации для амортизаторов отсутствуют, новые степени жесткости следует выбирать произвольно, при этом желательно их уровни согласовывать между заказчиком и изготовителем. В случае испытания на воздействие синусоидальной вибрации некоторые обобщенные кривые характеристик передачи вибрации указаны в п.А5.1 приложения А СТ МЭК 68-2-6 (ГОСТ 28203).
При испытании на воздействие линейного ускорения следует иметь в виду то обстоятельство, что при некоторых условиях в процессе испытания может быть опасность срыва образца, если образец испытывают на амортизаторах; использование планок или скоб в этом случае совершенно необходимо.
A3. Крепежное приспособление
Приспособления для крепления при испытании необходимы для закрепления образцов и их ориентации во время проведения испытания. Поэтому важно выявить возможные проблемы, связанные с конструкцией крепежных приспособлений, которые могут повлиять на соблюдение требований испытания и на обеспечение воспроизводимости результатов испытания.
Основной целью приспособления для крепления при испытании является точная передача воздействующих нагрузок от испытательной установки к испытываемому образцу, а также обеспечение соответствия техническим требованиям испытания в точках крепления образца.
Конструкция крепежного приспособления при испытании определяется размерами и массой образца, требуемой степенью жесткости испытания, а также техническими возможностями испытательной установки. Последние два параметра зависят от рассматриваемого испытания.
А3.1. Испытание на воздействие удара и многократных ударов
Общую массу и максимальную степень жесткости для испытательной установки обычно задает изготовитель. Для данной массы образца конструкция приспособления для крепления легко может быть упрощена, если возможности испытательной установки гораздо выше необходимого уровня, так как приспособления для крепления могут быть более тяжелыми и менее сложными.
Однако даже в этом случае необходимо рассмотреть и принять во внимание жесткость и размеры крепежного приспособления (см. п.А3.4).
А3.2. Вибрация
Основным параметром, определяющим общую массу образца и его крепежного приспособления, является выталкивающая сила виброгенератора. Она обычно задается изготовителем. В отношении требуемых степеней жесткости основными параметрами являются частотный диапазон и амплитуда перемещения и (или) ускорения. Однако большая выталкивающая сила и широкий частотный диапазон являются обычно несовместимыми параметрами в отношении возможности испытательной установки. Следовательно, в отличие от испытания на воздействие удара и многократных ударов при испытании на воздействие вибрации может оказаться целесообразным использование самого мощного виброгенератора, имеющегося в наличии. При испытании на воздействие вибрации применяют крепежное приспособление обычно более сложное по конструкции по сравнению с другими видами механических испытаний; кроме того, требуется большой практический опыт для получения удовлетворительных результатов испытания. Следует иметь в виду тот факт, что частотная характеристика вибрационного генератора может очень измениться при креплении к нему образца и крепежных приспособлений.
Некоторые вопросы, касающиеся конструкции крепежных приспособлений, рассмотрены в пп.А3.4 и А3.5.
А3.3. Линейное ускорение
При этом испытании крепежное приспособление наиболее простое, так как ускорение воздействует постепенно, и динамическими характеристиками крепежного приспособления и испытательного образца можно пренебречь. Таким образом, крепежное приспособление должно быть в достаточной степени жестким, чтобы выдержать статические напряжения, и достаточно универсальным для фиксации образца в требуемом положении. Следует иметь в виду, что изготовитель обычно оговаривает максимальную силу испытательной установки.
Необходимо обратить внимание на трудности, которые могут иметь место при испытании элементов на высоких уровнях ускорения, особенно выше 10000 м/с .
А3.4. Выбор материала
При конструировании крепежного приспособления выбор материала в основном определяется массой материала и его жесткостью. Некоторые требования в отношении ограничения массы были уже рассмотрены применительно к каждому испытанию. Жесткость, которая очень существенна только при учете динамических характеристик, может вызывать серьезные ограничения при конструировании крепежного приспособления.
Жесткость материала является функцией его физических свойств и зависит от диапазона используемых материалов, а именно: от металлов до пластиков. Для данного материала жесткость изменяется в зависимости от размеров, средств крепления (например балка, закрепленная с одной или двух сторон) и в меньшей степени от способа конструирования. Некоторые материалы имеют более выгодное соотношение жесткость/масса. Это дает возможность изготовления более жесткого крепления для одной и той же массы, что всегда более желательно в большинстве практических случаев.
Другой характеристикой материала является его способность гасить вибрацию (демпфирование), что также является функцией свойств материала. Например, коэффициент демпфирования алюминия в четыре раза больше, чем стали. Демпфирование оказывает некоторое влияние только на характеристики крепления при вибрации. Основной целью конструирования крепежного приспособления является обеспечение отсутствия резонансов в рассматриваемом диапазоне частот. Если этого достичь невозможно, то нарушается точность передачи вибрации от испытательной установки к испытываемому изделию. Степень нарушения точности передачи вибрации непосредственно связана с демпфированием. В конечном итоге следует иметь в виду, что демпфирование большинства металлов, изменяясь в зависимости от вида металла, имеет относительно небольшое влияние на общую характеристику крепежного приспособления, но при некоторых обстоятельствах этот фактор должен быть принят во внимание.
Еще одним важным параметром, особенно при испытании на воздействие удара с крутым нарастанием фронта ударного импульса или при испытании на воздействие вибрации на высоких частотах, является скорость звука в выбранном материале. Путь распространения звуковой волны в крепежном материале между точкой крепления и виброгенератором, по возможности, должен быть меньше четверти длины волны. Для расчета длины волны необходимо принять во внимание направление воздействия вибрации, имеющее место при самой низкой скорости звука. Обычно в этом случае имеет место воздействие вибрации в поперечном направлении.
Пример. Крепежное приспособление из алюминия для испытания при частоте до 2000 Гц.
Скорость звука в алюминии:
6300 м/с - для продольных волн;
3200 м/с - для поперечных волн.
Длину волны ( ) в метрах вычисляют по формуле
.
Максимальный путь распространения звука ( ) в метрах вычисляют по формуле
.
Крепежное приспособление необязательно должно быть изготовлено только из одного материала. Иногда может оказаться необходимым по различным причинам (например, электрическая или тепловая изоляция, увеличение демпфирования) использовать крепежное приспособление, изготовленное из комбинации материалов, таких, как металл и пластмасса или из металла и керамики.
А3.5. Способ конструирования
Используются различные способы конструирования крепежных приспособлений. Они включают в себя использование резьбовых соединений, клепочных, сварных соединений, литья, применение различных клеющих веществ и т.д. Выбор способа конструирования крепежного приспособления определяется теми трудностями, которые могут иметь место при удовлетворении требований испытания, используемого материала и т.д. Используемое крепежное приспособление должно быть как можно проще, например, наиболее удачным вариантом являются монолитные блоки. Следует отметить, что болтовые соединения не обеспечивают необходимую жесткость по сравнению с другими видами конструкций крепежных приспособлений. Этот фактор становится особенно важным при конструировании крепежных приспособлений больших размеров и (или) воздействии высоких частот.
Все соединяющие поверхности должны быть, по возможности, плоскими, для того чтобы обеспечить надежный механический контакт. Кроме того, следует использовать максимальное количество отверстий на поверхности крепежного приспособления, что определяется размером крепежного приспособления.
Следует отдать предпочтение таким конструкциям крепежных приспособлений, которые могут быть использованы многократно и для различного вида образцов. При использовании отверстий с резьбой и таких материалов, у которых может иметь место излишний износ, рекомендуется применение стальных вставок. При применении стальных вставок следует обратить внимание на их надлежащую заделку и на тот факт, чтобы их применение не ухудшало механических свойств крепежного соединения. При использовании болтовых соединений последние должны иметь высокую механическую прочность на растяжение.
При креплении образца к крепежному приспособлению не должна возникать деформация как образца, так и крепления. Если это имеет место, то этот фактор указывает на недостаточную жесткость крепления и на то, что может иметь место неправильное воздействие уровней испытания на точки крепления испытываемого образца.
Все болтовые соединения должны быть, по возможности, затянуты до максимально допустимого значения крутящего момента. Если коэффициент демпфирования является значительным, необходимо учитывать, что внутреннее демпфирование болтового или клепочного соединения гораздо больше, чем внутреннее демпфирование сварного соединения.
А4. Балансирование
Балансирование обычно является чрезвычайно важным при испытании на воздействие вибрации и линейного ускорения, но в некоторых случаях может быть рассмотрено и при испытании на воздействие удара и многократных ударов.
А4.1. Вибрация
При испытании на воздействие вибрации необходимо предусмотреть, чтобы центр тяжести крепежного приспособления при закрепленных на нем образцах, которые должны находиться на нем как можно ниже, находился на линии, проходящей через центр тяжести подвижного элемента виброгенератора и был бы также перпендикулярен к поверхности элемента. В некоторых случаях не всегда можно дать гарантию того, что центр тяжести образца и крепежного приспособления совпадает с осью возбуждения вибрационного генератора. Это приводит к появлению изгибных видов колебаний, стоячим волнам вследствие их прохождения и сталкивания по крепежному приспособлению, что ограничивает используемый диапазон частот и не дает возможности удовлетворить требования испытания в точках крепления испытываемого образца. Следовательно, может появиться необходимость балансировки, хотя ее использование является нежелательным и может быть оправдано в исключительных случаях. По мере увеличения частоты образец и, возможно, крепежное приспособление могут резонировать, и если это явление имеет место, то наблюдается относительное смещение "динамического центра тяжести", причем это смещение непрерывно движется. Такое состояние становится особенно критическим, если была проведена балансировка. Таким образом, из такой ситуации в настоящее время практически нет выхода. В определенных пределах это явление может быть допустимым, но если оно нежелательно, то необходимо использовать вибрационный генератор больших размеров или большой мощности при условии соблюдения требований соответствующей НТД на испытания.
Очень часто с вибрационным генератором используют скользящие столы, особенно в том случае, когда образец чувствителен к положению центра тяжести и требуется сложное крепежное приспособление.
А4.2. Линейное ускорение
При испытании на воздействие линейного ускорения обычно используют центрифугу. В этом случае важно сбалансировать образец и крепление по отношению к испытательной установке как в статическом, так и в динамическом состоянии для предотвращения разрушения подшипников центрифуги. Изготовитель обычно оговаривает допустимый уровень разбаланса.
А5. Положение акселерометров
Конструкция крепежного приспособления должна предусматривать возможность крепления акселерометров в тех положениях, которые требуются для испытания. Крепление акселерометров может быть проведено различными способами, рекомендуемыми обычно изготовителем акселерометров, и может включать использование резьбовых соединений, применение специальных клеев и т.д. В некоторых случаях может оказаться целесообразным при испытании на воздействие вибрации использование дополнительного акселерометра для исследования динамической характеристики крепежного приспособления.
