Страница 2: ГОСТ 28231-89. Репление элементов, аппаратуры и других изделий в процессе динамических испытаний, включая удар (еа), многократные удары (еь), вибрацию (fc и fd), линейное ускорение (ga) и руководство (76750)

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.

АЗ. 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. И с п ы т а н и е 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. АЗ.4 и А3.5.

АЗ.З. 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/с².

АЗ.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 X 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:

t>i = 6300 м/с — для продольных волн;

о₂=3200 м/с — для поперечных волн.

Длину волны (X) в метрах вычисляют по формуле

Максимальный путь распространения звука (/) в метрах вычисляют по формуле

X
/= =0,4.

4

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 требованиям испытания в точках крепления испытываемого образца. Следо­вательно, может появиться необходимость балансировки, хотя се 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.

Счень 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.

Л6. Проверка характеристик крепежного приспособления

Прежде чем приступить к испытанию на воздействие вибрации, необходимо проверить, соблюдаются ли требования испытания в заданных точках в случае, когда крепежное приспособление не нагружено, нагружено моделью образца или нагружено реальным образцом. В последнем случае может быть рекомендо­вана проверка характеристики крепежного приспособления при уровне вибра­ции меньшем, чем уровень испытания.

Может оказаться уместным проведение выше указанной проверки и для других динамических испытаний, приведенных в настоящем стандарте.

А7. Большие и (или) сложные образцы

Определить термины «большой» и «сложный» чаще всего трудно. Крепеж­ное приспособление, изготовленное для единичного образца аппаратуры, может оказаться слишком большим для испытательной лаборатории, предназначенной для испытания элементов. Однако это не тот случай, который рассматривается в данном разделе стандарта. Термин «большой» предназначен для определения сочетания «образец-крепление», которое в лаборатории, занимающейся испытани­ем аппаратуры, вызывает трудности при установке и вследствие большой мас­сы (образец-крепление), физических размеров, сложности крепления или ука­занного частотного диапазона и требует решения, осуществить которое не по­зволяет современное состояние техники.