авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Л.Н. Тюленев, В.В. Шушерин, А.Ю. Кузнецов

МЕТОДЫ И

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ,

ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ

Часть 3

Конспект лекций

Научный редактор – доц., канд. физ.-мат. наук С.В. Кортов

Екатеринбург

2005 УДК 658.562.012.7(075.8) ББК 30.607я73 Т98 Рецензенты: кафедра технологии машиностроения Новоуральского государственного технологического института (зав. кафедрой доц., канд. техн. наук В.В. Закураев);

д-р физ.-мат. наук Н.И. Коуров (Институт физики металлов УрО РАН);

директор по качеству, канд. техн. наук Ю.В. Кувшинский ( Управляющая компания Пумори-СИЗ).

Авторы: Л.Н. Тюленев, В.В. Шушерин, А.Ю. Кузнецов Методы и средства измерений, испытаний и контроля: конспект лекций/ Л.Н. Тюленев, В.В. Шушерин, А.Ю. Кузнецов.

Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ УПИ, 2005. Ч.3. 80 с.

Конспект лекций построен на основе Государственного образо вательного стандарта высшего профессионального образования, предназначен для студентов специальности 340100 – Управление ка чеством. Также может быть полезен студентам других специально стей, изучающих дисциплины, аналогичные курсу «Методы и средст ва измерений, испытаний и контроля».

Библиогр.: 8 назв. Табл. 2. Рис. 31.

Подготовлено кафедрой « Инновационные технологии».

УДК 658.562.012.7(075.8) ББК 30.607я © ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ», © Л.Н. Тюленев, В.В. Шушерин, А.Ю. Кузнецов, ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Основные понятия об испытаниях и контроле 1.1. Факторы, воздействующие на объект 1.2. Виды испытаний на воздействие внешних факторов и спо собы их проведения 1.3. Классификация испытаний по основным признакам ви дов 1.4. Организация испытаний 1.5. Вопросы для самопроверки 2. Механические испытания материалов 2.1. Классификация видов испытаний 2.2. Статические испытания на растяжение 2.3. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали 2.4. Вопросы для самопроверки 3. Испытания на ударные воздействия 3.1. Общие положения 3.2. Условия испытаний на воздействие ударов и испыта тельное оборудование 3.3. Классификация конструкций испытательных установок 3.4. Принципы действия ускорителя разгона 3.5. Система управления 3.6. Характер ударных воздействий 3.7. Средства измерения параметров удара 3.8. Вопросы для самопроверки 4. Испытания на воздействие вибраций 4.1. Классификация вибростендов 4.2. Характеристики вибростендов 4.3. Характеристики акселерометров 4.4. Вопросы для самопроверки 5. Испытания на воздействие линейных ускорений 5.1. Линейные ускорения и виды испытаний 5.2. Условия испытаний и применяемое оборудование 5.3. Средства измерения линейных ускорений 5.4. Вопросы для самопроверки 6. Испытания на надежность 7. Испытания электрооборудования 7.1. Измерение сопротивления изоляции 7.2. Оценка состояния изоляции обмоток электродвигателей при решении вопроса о необходимости сушки 7.3. Испытание повышенным напряжением промышленной часто- ты 7.4. Измерение сопротивления постоянному току 7.5. Измерение воздушного зазора между сталью статора и ротора 7.6. Проверка работы эл. двигателя на холостом ходу 7.7. Измерение вибрации подшипников электродвигателя 7.8. Проверка работы электродвигателя под нагрузкой 7.9. Вопросы для самопроверки 8. Основы неразрушающего контроля 8.1. Радиационный контроль 8.2. Акустические методы контроля 8.3. Магнитный метод 8.4. Контроль проникающими веществами 8.5. Вихретоковые методы контроля 8.6. Оптические методы контроля 8.7. Сравнение методов неразрушающего контроля 8.8. Вопросы для самопроверки 9. Течеискание Библиографический список 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИСПЫТАНИЯХ И КОНТРОЛЕ Повышение качества выпускаемой продукции в немалой степени за висят от качества и метрологического обеспечения процессов испыта ний и контроля на производстве. Растут требования к количеству и дос товерности (точности) измерений, необходимых для объективной оценки высококачественных изделий. Для получения на всех стадиях жизнен ного цикла изделий информации об их качестве (в том числе надежно сти) пользуются испытаниями и техническим контролем.

Критерием оценки качества является степень соответствия факти ческих значений параметров и показателей качества требованиям нор мативно-технической документации (НТД).

Испытаниями принято называть экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств изделий в условиях эксплуатации, хранения и транспортирования, или при воспро изведении (моделировании) этих условий.

Для проведения испытания используются средства испытаний, к ко торым относятся технические устройства, вещества и (или) материалы.

Техническим контролем принято называть проверку соответствия изделия установленным техническим требованиям. Сущность процесса технического контроля заключается в получении информации о состоя нии изделия, сопоставлении ее с установленными требованиями, нор мами, критериями и выдаче суждения об обнаруженном соответствии или несоответствии фактических данных требуемым.

Испытания отличаются от технического контроля рядом признаков.

1. Испытания осуществляются при воздействии на изделие опреде ленных внешних факторов (реальных или моделируемых), а техниче ский контроль при нормальных климатических условиях (температура 20 ± 3С, относительная влажность 45…80%, атмосферное давление 84...100 кПа (630... 800 мм рт. ст.)).



2. В процессе испытаний изделия подвергаются комплексу различ ных видов воздействий внешних факторов, и в них могут возникать не обратимые изменения, увеличивающие вероятность отказов или суще ственно сокращающие технический ресурс их работы, поэтому испыта ниям подвергают выборку изделий. Технический же контроль в основном является неразрушающим.

Цели испытаний и технического контроля могут изменяться с уче том этапа жизненного цикла продукции.

На стадии разработки (проектирования) целью испытаний и техни ческого контроля изделий является определение степени соответствия значений их параметров и показателей качества требованиям, опреде ляемым современным научно-техническим уровнем развития общества.

На стадии производства целью испытаний и технического контроля изделий является определение степени соответствия фактических зна чений параметров и показателей качества изготовленных изделий уста новленным требованиям стандартов, технических условий и другой нормативно-технической документации (НТД). При этом на данной ста дии роль технического контроля существенно возрастает. В условиях автоматизированного производства, широкого использования робото технических систем, АСУ ТП вопросы обеспечения контроля приобре тают особо важное значение. Это связано с тем, что результаты изме рений и контроля количества и качества сырья, материалов, полуфаб рикатов, деталей и узлов являются единственной информацией, необ ходимой для управления технологическими процессами, производством.

Единственный недостоверный результат измерений или контроля спо собен дестабилизировать работу системы управления, привести к мас совому браку.

На стадии эксплуатации характер испытаний и технического контро ля несколько видоизменяется, поскольку качество (надежность) изделий зависит от многих факторов и в том числе от взаимодействия человека и изделия в условиях окружающей среды.

1.1. Факторы, воздействующие на объект Установлено, что качество изделий закладывается на стадии раз работки, обеспечивается в процессе производства и поддерживается на стадии эксплуатации. Разрабатывая изделия, необходимо учитывать условия их эксплуатации, хранения и транспортирования, характери зующиеся воздействием внешних и внутренних факторов.

К внешним факторам относятся: действие окружающей среды и особенности эксплуатации, связанные с местом установки изделия и (или) условиями его транспортирования. Указанные внешние воздейст вия могут вызвать ограничение или потерю работоспособности изделия или его составных частей в процессе эксплуатации.

ГОСТ 21964 -76 делит все внешние воздействующие факторы (ВВФ) на следующие классы:

- механические;

- климатические;

- биологические;

- радиационные;

- специальных сред;

- термические.

В свою очередь, каждый класс подразделяется на группы, а каждая группа на виды, которым соответствуют определенные типы испытаний.

Например, класс климатических воздействий делится на группы:

- атмосферное давление;

- температура среды;

- влажность воздуха или других газов и т. д.

Эти группы, в свою очередь, подразделяются на следующие виды:

- атмосферное (повышенное) пониженное давление;

- изменение атмосферного давления;

или - повышенная (пониженная) температура среды;

- изменение температуры среды и т. д.

Освоение космоса привело к необходимости выделения еще одного класса (не предусмотренного стандартами), в который вошли все виды так называемых космических воздействий.

Рассмотрению воздействия механических, электромагнитных, кли матических, радиационных факторов, а также соответствующих видов испытаний посвящены последующие разделы.

Внутренними факторами являются процессы старения и изнашива ния. Процессы старения происходят непрерывно, причем они соверша ются как во время работы, так и во время хранения и транспортирова ния изделий. Изнашивание проявляется, в основном, в процессе экс плуатации и зависит от воздействия внешних факторов, от режимов экс плуатации и работы изделий. Вероятность влияния внутренних факто ров возрастает по мере увеличения длительности эксплуатации и при нарушении режимов работы, которые могут характеризоваться, напри мер, для электронной аппаратуры - частотой включений и переключе ний, вызывающих в изделиях переходные процессы;

перенапряжения ми;

толчками и т. д. Частые включения и переключения некоторых изде лий могут также влиять на механическое изнашивание их конструктив ных элементов. В изделиях, предназначенных для циклических режимов работы, существенное влияние на тепловые режимы оказывают соот ношения продолжительности работы и перерывов. Действие внутренних факторов во многих случаях зависит от рационального проектного ре шения и конструкций изделий.

По времени и характеру воздействия режимы эксплуатации и рабо ты изделий могут быть непрерывными, периодическими (циклическими), апериодическими (одноразовыми), повторно-прерывными и случайными.

Воздействия внешних и внутренних факторов на материалы, вхо дящие в состав изделий, проявляются в основном путем адсорбционно го, диффузионного, химического, коррозионного и радиационного меха низмов влияния.

Происходящие при этом физико-химические процессы приводят к изменениям значений параметров и характеристик материалов и изде лий, что не только ухудшает качество изделия, но и, в ряде случаев, вы зывает отказ, приводит изделие в негодность.

Возможны изменения необратимые и обратимые. Примерами необ ратимых изменений являются коррозия металлов, изменение структуры материалов при интенсивном радиоактивном облучении и т.д. К обрати мым изменениям относятся такие, как восстановление свойств материа ла, адсорбировавшего газы своей поверхностью;

восстановление свойств, значений параметров и характеристик изделий после прекра щения температурных воздействий и т.д.

Физико-химические процессы, возникающие в материалах, могут происходить в объеме и на поверхности изделий, в электрических цепях, в подвижных и неподвижных соединениях и деталях. Причиной, приво дящей к появлению указанных процессов, является воздействие внеш ней энергии, превращающейся при этом из одного вида в другой.

Наиболее часто на изделия воздействуют следующие виды энергии:

- тепловая;

- электрическая;

- электромагнитная;

- механическая;

- химическая.

Под действием энергии одного или нескольких видов в изделиях возникают физико-химические процессы, которые могут приводить к от казам.

Наиболее распространены следующие причины возникновения от казов:

- тепловое разрушение (потеря тепловой устойчивости, перегора ние, расплавление и т.д.);

- деформация и механическое разрушение (нарушение контактов, обрывы и короткие замыкания, нарушение механических фикса ций и т. д.);

- электрическое разрушение (пробой, нарушение электрической прочности и т. д.);

- электрохимическая коррозия;

- радиационное разрушение;

- изнашивание изделий;

- загрязнение поверхностей деталей и изделий (нарушение контак тов, ухудшение зрительного восприятия информации и т.д.).

Таким образом, одним из путей повышения качества изделий можно считать изучение физико-химических процессов в материалах, элемен тах и готовых изделиях, происходящих на стадии эксплуатации, с целью их учета на стадиях разработки и производства.

Особое значение приобретают знания указанных процессов для правильной организации испытаний и анализа их результатов.

1.2. Виды испытаний на воздействие внешних факторов и способы их проведения В соответствии с группами внешних воздействующих факторов (ме ханические, климатические, биологические, радиационные, электромаг нитные, специальных сред и термические) предусматриваются опреде ленные виды испытаний, проводимых для проверки работоспособности изделий или для определения их способности нормально функциониро вать после воздействия внешних факторов, а также для проверки спо собности изделий выдерживать хранение и транспортирование.

Различают также испытания материалов и испытания изделий.

При испытания материалов исследуют:

а) механические свойства;

б) электрические свойства;

б) магнитные свойства и др.

К испытаниям изделий на воздействие механических факторов, в основном, относятся испытания на воздействие:

а) вибрации;

б) механического удара многократного и одиночного действия, удара при падении;

в) линейного ускорения;

г) акустического шума.

К испытаниям изделий на воздействие климатических факторов, в основном, относятся испытания на воздействие:

- пониженного (повышенного) атмосферного давления;

- изменения атмосферного давления;

- повышенной (пониженной) температуры внешней среды;

- изменения температуры внешней среды;

- повышенной (пониженной) влажности;

- атмосферных выпадаемых осадков (дождя, снега, мороси, града);

- атмосферных конденсированных осадков (росы, инея и т. д.);

- соляного (морского) тумана;

- солнечного излучения;

- статического (или динамического) воздействия пыли (песка);

- атмосферы с коррозионно-активными агентами.

Для некоторых изделий, предназначенных для работы в тропиче ских условиях или подвергающихся внешним воздействиям при хране нии, представляют интерес испытания на воздействие биологических факторов, в частности на воздействие плесневых грибов, которых на считывается порядка 40 000.

К испытаниям изделий на воздействие ионизирующего излучения в основном относятся испытания на воздействие:

- радиационной стойкости (ГОСТ 16504-81);

- радиационной устойчивости.

По условиям проведения различают испытания:

- натурные;

- лабораторные.

По виду воздействия испытания делятся на воздействия:

- электромагнитных излучений (рентгеновское и гамма-квантов);

- потоков нейтронов;

- потоков ионов и протонов.

Виды испытаний для конкретных изделий выбирают из числа пере численных, исходя из предъявляемых к ним требований, их конструк тивного осуществления, технологии изготовления и условий эксплуата ции. В зависимости от назначения изделий (производственно технического, культурно-бытового и т. д.) виды испытаний указывают в стандартах, конструкторской документации, программах и методиках ис пытаний.

Некоторые конкретные изделия могут подвергаться и другим видам испытаний, необходимость проведения которых вызывается спецификой назначения изделий.

Значительное количество видов испытаний изделий на воздействие механических, климатических, биологических, радиационных и других внешних факторов в лабораторных условиях приводит к необходимости установления способов (последовательности) их проведения. Стандар тизировать единую последовательность испытаний для всех изделий практически невозможно. В общем случае последовательность прове дения испытаний зависит от стадии жизненного цикла изделия и опре деляется целью испытаний, назначением изделия, местом его установки и условиями эксплуатации.

Например, испытание радиоэлементов отличаются от испытаний радиоаппаратуры и средств измерений. Радиоэлементы могут исполь зоваться в радиоаппаратуре различного назначения, эксплуатирующей ся в соответствующих условиях. Количество элементов весьма велико, что позволяет проводить их испытания на выборках из различных пар тий. При этом можно выполнять статистический анализ результатов и проводить испытания на прочность. Аппаратура и средства измерений производятся не в столь больших количествах, их стоимость велика, по этому большой объем выборки невозможен, и тогда выбор способа про ведения испытания имеет большое значение и должен быть более от ветственным.

Поскольку конкретные изделия, предназначенные для работы в раз личных климатических районах (с тропическим или холодным клима том), при механических воздействиях в процессах транспортирования или эксплуатации, должны подвергаться большому количеству видов испытаний, то помимо установления, каким видам испытаний должно подвергаться изделие, необходимо решить, каким способом это должно осуществляться.

Введением понятия “способ проведения испытаний” подчеркивает ся, что не все изделия выборки подвергаются последовательно воздей ствию различных видов испытаний. Наряду с последовательным спосо бом проведения испытаний может быть и параллельный способ, когда изделия выборки подвергаются одновременно (параллельно) различ ным видам испытаний. Возможен и так называемый параллельно последовательный способ, при котором все виды испытаний разбивают ся на определенное число групп, и соответственно на такое же число групп разбивается выборка изделий;

группы изделий испытываются па раллельно, в то время как в группах испытания изделий проводятся по следовательно. И, наконец, возможен способ комбинированных испыта ний, при котором испытуемое изделие подвергается одновременно воз действию двух или более определенных внешних факторов.

Последовательный способ проведения испытаний предполагает по очередное раздельное испытание изделий на воздействие внешних факторов при определенной длительности интервала времени между ними.

Важна и последовательность испытаний. На стадии разработки из делия, когда известен наиболее критичный внешний воздействующий фактор, ставится задача получения в первую очередь данных об отказах при испытаниях на его воздействие. Однако после этих испытаний уменьшается способность изделий выдерживать другие виды испыта ний. Поэтому для получения возможно большего количества данных о качестве изделий (при их ограниченном числе) полезно начинать с про ведения наименее жестких испытаний. В тех случаях, когда результат воздействия одного вида испытаний на изделие зависит от предшест вующих условий, в которых оно находилось, необходимо воспроизво дить внешние воздействия в определенной последовательности.

На стадии производства изделий целесообразно установление та кой последовательности, которая даст наиболее эффективные резуль таты за счет того, что предшествующие испытания будут создавать предпосылки для отказов при последующих воздействиях. Так, напри мер, если за испытаниями на воздействие быстрой смены температур проводить все или часть предусмотренных механических испытаний, то они будут способствовать выявлению отказов, обусловленных испыта ниями на быструю смену температур, а также могут вызывать новые от казы, такие как трещины, течи и т.д.





Наконец, можно имитировать последовательность воздействия внешних факторов, наиболее часто встречающуюся в условиях эксплуа тации. Например, для радиоаппаратуры, Международная электротехни ческая комиссия (МЭК) рекомендует такой порядок климатических испы таний (“климатическую последовательность”):

1) воздействие повышенной температуры среды;

2) воздействие повышенной влажности воздуха в циклическом ре жиме;

3) воздействие пониженной температуры среды;

4) воздействие пониженного атмосферного давления;

5) и вновь воздействие повышенной влажности в циклическом ре жиме.

Установление единой последовательности проведения испытаний для различных изделий вряд ли возможно.

Недостатками данного способа проведения испытаний являются большая продолжительность, трудность определения причин отказов вследствие накопления в изделиях необратимых изменений после по следовательного проведения ряда видов испытаний, а также несоответ ствие реальным условиям эксплуатации и т.д.

Параллельный способ проведения испытаний предполагает, что различным видам испытаний одновременно (параллельно) подвергают определенное число испытуемых изделий. В данном случае за кратчай ший интервал времени и с минимальным изнашиванием изделий можно определить их свойства при конкретном внешнем воздействии и в слу чае отказов принять соответствующие меры. Такой способ может быть применен на стадии разработки изделия. Основными недостатками спо соба являются: потребность в большом количестве средств испытаний и несоответствие реальным условиям эксплуатации.

Параллельно-последовательный способ испытаний, предполагаю щий наличие ряда параллельно испытуемых групп, в которых изделия испытываются последовательно, основан на том, что изделия в разных группах подвергаются различным видам испытаний. При объединении видов испытаний изделий в группы руководствуются следующими сооб ражениями: в одну группу включают виды испытаний, предусмотренные “климатической последовательностью”, дополняя их некоторыми видами механических испытаний, а в другие группы могут быть включены испы тания на воздействие акустических шумов, длительное испытание на воздействие повышенной влажности воздуха, испытания на воздействие солнечного излучения, соляного тумана, плесневых грибов и т.д. Испы тания на воздействия соляного тумана и плесневых грибов рекоменду ется проводить на отдельных выборках для каждого вида.

Способ комбинированных испытаний наиболее близок к условиям реальной эксплуатации. Однако он отличается от них тем, что комбина ция воздействия внешних факторов и значения характеризующих их па раметров предопределены технической документацией, а не являются случайными. Осуществление комбинированных испытаний требует при менения специального испытательного оборудования с большой степе нью автоматизации. Комбинированные испытания целесообразно осу ществлять на заключительных этапах исследований и проектирования в целях определения возможности предъявления опытных образцов (пар тии) на приемочные испытания, а также на стадии производства и целях определения возможности их применения. Внедрение комбинированных испытаний на стадии производства позволяет сократить общую продол жительность испытаний, повысить качество изделий. Недостатками ком бинированных испытаний являются высокая стоимость испытательного оборудования и усложнение анализа причин отказов изделий.

1.3. Классификация испытаний по основным признакам видов Для оценки качественных свойств и количественных значений пара метров изделий на стадиях разработки, производства и эксплуатации широкое применение получили различные виды испытаний.

В зависимости от общих признаков основные виды испытаний мож но классифицировать по следующим группам:

• по виду воздействия внешних факторов;

• по назначению или цели;

• по условиям и месту проведения;

• по принципу осуществления;

• по продолжительности и значениям воздействующих нагрузок;

• по степени или результату воздействия;

• по определяемым характеристикам изделия;

• по стадиям жизненного цикла изделия.

Классификация испытаний по виду воздействия внешних факторов была приведена в предыдущем подразделе.

1.3.1. Классификация испытаний по назначению или по цели проведения Классификация испытаний по назначению или по цели проведения включает в себя следующие виды:

• исследовательские;

• контрольные;

• сравнительные;

• определительные.

Исследовательские испытания проводятся на стадии разработки для получения информации о показателях качества функционирования испытуемых изделий в условиях воздействия различных внешних фак торов, определения из них наиболее сильно влияющих на показатели качества, а также выбора наилучших режимов применения изделия. При этом проводятся сравнения ряда возможных вариантов реализации из делия, выбор вида или построение его математической модели функ ционирования при различные внешних воздействиях. Исследователь ские испытания могут осуществляться в целях выбора оптимальных способов хранения и транспортирования изделий. Исследовательские испытания на стадии производства могут проводиться для оценки уров ня качества изделий при решении вопроса о выдаче сертификата.

Исследовательские аттестационные испытания могут быть сравни тельными и определительными.

Сравнительные испытания проводятся в идентичных условиях для сравнения характеристик качества аналогичных или одинаковых из делий.

Назначением определительных испытаний является определение значений характеристик изделий с заданными значениями показателей точности и (или) достоверности.

К исследовательским могут быть отнесены граничные и технологи ческие испытания.

Граничные испытания проводятся для выявления областей работо способности изделий при воздействии определенных внешних факто ров. Границами областей работоспособности являются предельно до пустимые значения параметров изделий.

Технологические испытания служат для оценки влияния процессов изготовления изделий (или входящих в них узлов и деталей) на их каче ство.

Контрольные испытания проводятся на всех стадиях жизненного цикла изделия для контроля его качества. По результатам контрольных испытаний могут приниматься решения о запуске вновь разработанных изделий в производство, о возможности приемки выпускаемых изделий или их эксплуатации.

1.3.2. Классификация испытаний по условиям и месту проведения Классификация испытаний по условиям и месту проведения преду сматривает два основных вида испытаний:

• эксплуатационные;

• лабораторные.

Особенностью эксплуатационных испытаний является одновре менное воздействие различных внешних и внутренних факторов, харак теризуемых случайными их сочетаниями и значениями параметров, из меняющимися во времени. Однако осуществление эксплуатационных испытаний в ряде случаев технически трудно выполнимо, а иногда и не целесообразно по следующим причинам: не все интересующие нас па раметры могут быть измерены;

точность и полнота информации оказы ваются недостаточными вследствие невозможности использования точ ных средств измерений;

получаемая информация может относиться к морально устаревшим изделиям;

осуществление испытаний на началь ных этапах разработки практически невозможно. Эксплуатационные ис пытания являются по существу опытной эксплуатацией. Иногда для не которых изделий осуществляют подконтрольную эксплуатацию. В этом случае в процессе испытаний применяют специальные средства изме рения, эксплуатируемые обслуживающим персоналом, и руководствуют ся специальной документацией, предназначенной для сбора, учета и первичной обработки информации, получаемой в процессе подкон трольной эксплуатации.

В отличие от эксплуатационных, лабораторные испытания харак теризуются тем, что они осуществляются в лабораторных условиях, ко гда на изделие воздействуют определенные внешние факторы, характе ризуемые заданными значениями параметров. При этом изделие под вергается воздействию ограниченного числа внешних факторов, нахо дящихся в определенных соотношениях. Часто в процессе лаборатор ных испытаний изделие подвергается более интенсивному воздействию, чем при реальной эксплуатации. Это позволяет сократить время испы таний и выдать ускоренную оценку качества изделия. Однако эти испы тания весьма условны, так как в большинстве случаев не установлено соответствие между лабораторными и эксплуатационными воздейст виями. Таким образом, результаты, получаемые при лабораторных ис пытаниях, могут отличаться от результатов, получаемых в процессе экс плуатации.

Помимо указанных видов испытаний находи применение и ряд дру гих, сочетающих в себе их особенности. К таким испытаниям в первую очередь следует отнести натурные испытания, при которых изделия находятся в условиях, соответствующих их использованию по прямому назначению.

Отличия натурных испытаний от эксплуатационных заключаются в том, что, во-первых, при натурных испытаниях испытуемое изделие, на ходясь в естественных условиях эксплуатации, может не устанавливать ся на объект, в комплекте с которым оно должно использоваться и взаи модействовать в процессе эксплуатации;

во-вторых, при натурных испы таниях может имитироваться работа изделия при сохранении всех внеш них воздействующих факторов.

Кроме того, возможно проведение испытаний на испытательном по лигоне, т. е. на территории, специально оснащенной испытательными сооружениями, средствами измерения и обработки результатов испыта ний. Такие испытания, называемые полигонными, осуществляются при внешних воздействиях, в значительной степени приближенных к экс плуатационным.

Некоторой разновидностью лабораторных испытаний являются стендовые испытания, которые проводятся как с применением универ сального испытательного оборудования и средств измерения значений параметров испытуемого изделия, смонтированных в единую комплекс ную систему, называемую испытательным стендом, так и с применением специальных стендов для испытаний конкретных изделий.

1.3.3. Классификация испытаний по принципу осуществления Классификация испытаний по принципу осуществления предусмат ривает деление на:

• физические испытания;

• испытания с использованием математических, физических и физи ко-математических моделей объектов испытаний (ОИ), позволяющих осуществлять испытания методами моделирования.

Все рассмотренные выше испытания принято по принципу их осу ществления называть физическими, поскольку они требуют наличия ма кетов, опытных образцов или готовых изделий для испытаний, а также применения специального дорогого испытательного оборудования и средств измерений. Кроме того, проведение указанных испытаний тре бует больших затрат времени и работы высококвалифицированного об служивающего персонала.

Моделирование тесно связано с физическими испытаниями (лабо раторными, эксплуатационными и т. д.). Оно основывается на априорной информации, полученной из анализа теоретических данных об ОИ, и на экспериментальных исследованиях аналогичных объектов или их про образов. Важным является определение степени соответствия модели руемого объекта реальному образцу, что может быть установлено по результатам физических испытаний.

Математическое моделирование основано на построении и изуче нии математических моделей, которые представляют собой математи ческое описание физических процессов, происходящих в ОИ при воз действии на него внешних факторов или при его работе в нормальных условиях. Математические модели исследуются аналитическими мето дами или методами с применением ЭВМ. Исследование модели числен ными методами путем решения задачи на ЭВМ связано с проигрывани ем как вариантов взаимодействия изделия с внешней средой, так и ва риантов его работы.

Математическое моделирование испытаний изделий позволяет ре шать вопросы оптимизации режимов работы, обеспечивающих получе ние заданных значений выходных параметров (характеристик) изделий при воздействии внешних факторов, а также помогает выявлять воз можности изделий при ужесточении внешних воздействующих факторов вплоть до аварийных ситуаций.

Физическое моделирование предусматривает воспроизведение процессов, происходящих в исследуемых ОИ, при условии сохранения их физической природы или при использовании подобных физических явлений. Физическое моделирование целесообразно применять, когда экспериментальное определение значений параметров ОИ сопряжено с значительными трудностями и затратами, а математическое моделиро вание невозможно из-за отсутствия моделей, описывающих с достаточ ной точностью процессы в ОИ.

Очевидно, что основными источниками необходимой информации для моделирования испытаний являются результаты лабораторных и натурных испытаний изделий, похожих на испытуемые, а также априор ная информация, полученная в процессе теоретических разработок.

Возможно осуществление так называемого физико-математического (смешанного) моделирования, при котором применяют одновременно физические и математические модели.

Моделирование испытаний целесообразно применять на стадии разработки изделий, а также в процессе их усовершенствования.

1.3.4. Классификация испытаний по продолжительности воздейст вия и значениям воздействующих нагрузок Классификация испытаний по продолжительности воздействия и значениям воздействующих нагрузок предусматривает:

• нормальные;

• ускоренные;

• сокращенные лабораторные испытания.

Нормальные лабораторные испытания проводятся в течение сро ка, установленного технической документацией, при воздействии одного или нескольких внешних факторов, соответствующих условиям реаль ной эксплуатации. Установление продолжительности механических, климатических и других определенных видов испытаний может прово диться в зависимости от длительности реальной эксплуатации, однако она не должна быть меньше длительности процесса установления ста ционарного режима работы изделия.

Ускоренные испытания обеспечивают получение необходимого объема информации за более короткий срок, чем при нормальных испы таниях. Ускорение процесса испытаний достигается за счет ужесточения испытательных режимов (повышения температуры, увеличения влажно сти и т.д.), а также форсирования режимов работы испытуемого изде лия. При осуществлении жестких условий испытаний необходимо, чтобы значения параметров испытательных режимов не превышали предель ные нормы. Основная трудность в оценке результатов ускоренных испы таний заключается в установлении соответствия между значениями па раметров, характеризующих более жесткие испытательные режимы при меньшей продолжительности с нормальными режимами и продолжи тельностью. При этом представляет интерес установление соответствия распределения отказов при ускоренных испытаниях законам нормаль ной эксплуатации.

Сокращенными называются лабораторные испытания, проводимые по сокращенной программе.

1.3.5. Классификация испытаний по степени или результату воз действия Классификация испытаний по степени или результату воздействия предусматривает:

• неразрушающие;

• разрушающие испытания.

Неразрушающими называют такие испытания, после проведения которых параметры и свойства объекта не ухудшаются и он может ис пользоваться по прямому назначению. При разрушающих испытаниях (проводимых по полной программе) в испытуемом объекте возникают необратимые изменения, приводящие к ухудшению значений его пара метров и ускоряющие возможность появления постепенных случайных отказов.

Если испытания продолжаются до момента достижения разрушения испытуемого изделия или до момента, когда значения его параметров выходят за установленные пределы, их называют испытаниями на прочность. При этом виде испытаний воздействие внешних факторов увеличивается постепенно до момента возникновения отказа испытуе мого изделия. Значения воздействующего фактора фиксируются как в процессе их увеличения, так и в момент возникновения отказа. Очевид но, что если изделие подвергается комплексу различных видов испыта ний на воздействие внешних факторов, то в нем возникают необрати мые изменения, увеличивающие вероятность отказов и существенно со кращающие технический ресурс его работы. Поэтому комплекс испыта ний на воздействия внешних факторов следует рассматривать как раз рушающее воздействие.

К неразрушающим испытаниям можно отнести, с некоторыми огра ничениями, испытания объектов на воздействие ряда видов электромаг нитных внешних факторов.

1.3.6. Классификация испытаний по стадиям жизненного цикла Классификация испытаний по стадиям жизненного цикла исходит из установления определенных видов испытаний, проводимых в целях проверки соответствия изделий предъявляемым к ним требованиям.

На стадии разработки исследовательские испытания выполняются с использованием математических моделей функционирования изделия и воздействия на него внешних факторов. Для оценки степени соответ ствия показателей качества изделия установленным требованиям после внесения изменений в его конструкцию в целях достижения заданных значений показателей качества осуществляют исследовательские до водочные испытания.

После изготовления опытных образцов или опытных серий изделий их подвергают контрольным предварительным испытаниям для опре деления возможности предъявления их на приемочные испытания.

Контрольные приемочные испытания опытных образцов или опытных партий изделий проводят для решения вопроса о целесообразности по становки этих изделий на производство и (или) использования по назна чению.

На стадии производства выполняют контрольные квалификацион ные испытания установочной серии или первой промышленной партии изделий в целях оценки готовности предприятия к их выпуску в требуе мом объеме.

Перед предъявлением изделий для приемки представителем заказ чика, потребителя или других органов приемки служба технического кон троля предприятия проводит контрольные предъявительские испыта ния. После этого представителем заказчика в присутствии представите ля изготовителя осуществляются контрольные приемо-сдаточные ис пытания.

В целях контроля стабильности качества готовых изделий за опре деленный период и решения вопроса о возможности продолжения их выпуска проводят контрольные периодические испытания в объемах и в сроки, установленные НТД на данное изделие. Если предприятие вносит изменения в конструкцию, рецептуру или технологический про цесс изготовления изделий, то для оценки эффективности вносимых из менений проводят типовые контрольные испытания. Рекомендуется данные испытания проводить до и после внесенных изменений. Иногда для контроля стабильности качества изделий специально уполномочен ные организации проводят в выборочном порядке инспекционные ис пытания.

Развитие международной торговли и стремление к конкурентоспо собности изделий привели к необходимости установления соответствия значений параметров изделий не только национальным, но и междуна родным НТД. С этой целью введена система сертификации, преду сматривающая действие третьей стороны (первая сторона - поставщик, вторая сторона - покупатель), доказывающее, что обеспечивается необ ходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированная продукция соответствует конкретному стандарту или другому норматив ному документу. Третьей стороной является орган, признаваемый неза висимым от участвующих в рассматриваемом вопросе.

Главным элементом идентификации продукции являются сертифи кационные испытания, которые могут проводиться указанным выше ор ганом или осуществляться другими органами по его поручению при над зоре за их деятельностью. Сертификация может осуществляться в масштабе страны (государства) и в рамках международного сообщества.

Функциональные испытания проводятся для определения значений показателей назначения изделия, т.е. его технических характеристик.

Испытания на надежность предусматривают определение значе ний показателей свойств безотказности, долговечности, ремонтопригод ности, сохраняемости и транспортабельности. Испытания изделий для определения показателей надежности могут быть определительными и контрольными. Определительные испытания изделий на надежность проводят для выявления соответствия фактических показателей надеж ности изделий требованиям НТД или внесения их значений в НТД;

кон трольные испытания изделий на надежность проводят для установления соответствия значений показателей надежности установленным требо ваниям.

Испытания на безопасность проводят в целях проверки качества конструкции и изготовления изделия, обеспечивающего для потребите ля его безопасную работу даже в случаях небрежного с ним обращения.

При этом должна обеспечиваться защита потребителя от поражения электрическим током;

воздействия высоких температур, приводящих к самовозгоранию;

воздействия рентгеновского излучения или взрыва (при наличии в изделии электронно-лучевых трубок);

последствий меха нической неустойчивости изделия, вызванной наличием в нем движу щихся частей, и т.д. Испытания изделия должны проводиться, как в нормальных условиях, так и в условиях возникновения неисправности.

1.4. Организация испытаний 1.4.1. Средства испытаний Средства испытаний, включают испытательное оборудование, сред ства измерений и другие технические средства, необходимые для про ведения испытаний, например, стенды.

Испытательным стендом называется комплексная единая система, объединяющая в себе универсальное испытательное оборудование и средства измерения параметров испытуемого изделия.

Испытательный стенд может быть предназначен для испытаний из делий какого-либо одного типа или различных типов, близких по конст руктивному оформлению и по входным и выходным параметрам. Жела тельно, чтобы испытательные стенды обеспечивали автоматизацию процесса управления испытаниями (САР), съема и регистрации всей не обходимой информации.

Применяемые средства испытаний должны обеспечивать их прове дение в соответствии с требованиями ТУ и программы испытаний (ПИ).

Испытательное оборудование должно давать возможность:

• установления заданных испытательных режимов, их ручное и ав томатическое регулирование;

• задание и поддержание характеристик условий испытаний, значе ний параметров в допустимых пределах с соблюдением норм точности их воспроизведения.

Необходимо, чтобы оборудование позволяло вести автоматическую запись и программное управление режимами испытаний, а также вести учет времени наработки.

Оборудование должно иметь электровводы, обеспечивающие пода чу питающих напряжений и испытательных сигналов на испытуемые из делия, а также измерение значений их параметров. При необходимости должна быть предусмотрена возможность дистанционного измерения значений параметров используемых изделий и режимов испытательного оборудования.

Уровни электрических и магнитных помех, а также уровень акусти ческих шумов, создаваемых оборудованием, должны быть минималь ными и не превышать санитарно-технические нормы.

В оборудовании необходимо предусмотреть световую или звуковую сигнализацию его исправности и предельную аварийную сигнализацию его отключения.

Применяемые средства измерений должны удовлетворять требова ниям к измерениям всех значений параметров режимов испытательного оборудования и испытуемых изделий. Все средства испытаний и изме рений должны быть аттестованы.

Если в процессе испытаний предполагается расходование каких либо материалов, то должны быть указаны нормы их расхода.

Все средства испытаний должны быть снабжены следующей экс плуатационно-технической документацией:

а) техническим описанием;

б) инструкцией по эксплуатации;

в) формуляром;

г) паспортом;

д) монтажными и сборочными чертежами, правилами установки и т.д.

1.4.2. Процесс проведения испытаний Процесс проведения испытаний должен предусматривать: порядок отбора, подготовки и хранения изделий для испытаний;

совокупность технических характеристик режимов испытаний, допустимых пределов их значений и норм точности воспроизведения;

допустимые пределы значений характеристик свойств испытуемых изделий;

последователь ность операций и их описание;

критерии прекращения испытаний.

Ниже приводится возможный алгоритм испытаний.

Первая операция - предварительная выдержка, предназначенная для достижения изделием определенного стационарного состояния за счет нахождения его в нормальных климатических условиях. При этом устраняется или частично нейтрализуется воздействие предыдущих ус ловий на изделие. Выдержка проводится в течение времени, преду смотренном в ТУ или ПИ.

Вторая операция - предварительные измерения значений парамет ров изделия для установления его работоспособности.

Третья операция - установка изделия для испытаний.

Четвертая операция - первоначальные измерения значений пара метров изделия, определяющих его состояние до воздействия внешних факторов.

Пятая операция - выдержка изделия при воздействии внешних фак торов для определения их влияния. Продолжительность выдержки от считывается с момента времени достижения установившегося режима.

Шестая операция - измерение значений параметров испытуемых изделий в процессе испытаний (в зависимости от требований ТУ или ПИ эта операция в некоторых случаях может не выполняться).

Седьмая операция - восстановление, т. е. выдержка изделия при от сутствии воздействия внешних факторов для стабилизации свойств из делия перед заключительными измерениями.

Восьмая операция - заключительные измерения в целях установле ния влияния на изделие внешних воздействующих факторов.

1.5. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение понятию « испытание».

2. Дайте определение понятию « контроль».

3. Назовите классы факторов, действующих на объекты.

4. Назовите группы, на которые делится класс климатических испы таний.

5. Как классифицируются режимы эксплуатации по времени и ха рактеру?

6. Какие виды энергий могут воздействовать на объекты?

7. Что исследуют при испытании материалов?

8. Какие механические факторы могут воздействовать на объект?

9. Какие способы испытаний возможны?

10. Поясните важность рациональной последовательности испыта ний.

11. Классификация испытаний по продолжительности действия.

12. Классификация испытаний по степени воздействия.

13. Классификация испытаний по стадиям жизненного цикла.

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ 2.1. Классификация видов испытаний Различают следующие виды испытаний механических свойств.

Статические испытания характеризуются плавным и медленным приложением нагрузки к испытуемому образцу. Такой характер нагруже ния дает возможность измерять с достаточной точностью величину на грузки, приложенной к образцу, а также величину деформации в любой момент испытаний.

Динамические испытания (ударные) характеризуются резким изме нением величины действующих сил, большой скоростью деформации образца. Обычно динамические испытания служат для определения вязкости или хрупкости материала.

Испытания на усталость или выносливость характеризуются мно гократно повторяющимися нагрузками одного или разных знаков. Раз рушение материала при таком нагружении происходит быстрее, чем при аналогичных статических нагрузках.

Испытания на твердость, как разновидность механического испы тания, получили широкое применение. Различают контактные методы испытаний, когда в материал внедряется под нагрузкой другое тело, и бесконтактные – на основе физических принципов.

Испытания на износ и истирание заключаются в определении из менений механических свойств материалов после длительного воздей ствия сил трения.

Технологические испытания проводят, если желают установить пригодность материала для определенного технологического процесса.

Рассмотрим некоторые виды испытаний материалов.

2.2. Статические испытания на растяжение Методы испытаний черных и цветных металлов регламентируются ГОСТ 1497–84, в соответствии с которым в помещении должна быть температура от 10 до 35С. Размеры и типы образцов установлены тем же стандартом, а правила отбора образцов указаны в ГОСТ 7564–73.

Применяют образцы специальной формы – с гладкими цилиндрически ми головками (применяются чаще) или плоские. Цилиндрические образ цы (рис. 2.1) имеют рабочую часть, на которой отмечается начальная длина l0.

Рис. 2. Размеры образцов делают стандартными для того, чтобы испыта ния в различных лабораториях были сопоставимы.

Подготовка образцов к испытанию начинается с их контроля. Об разцы с механическими повреждениями, с нарушениями требований шероховатости поверхности и с размерами, отклоняющимися от допус тимых, к испытаниям не допускаются. Образцы устанавливают в захва ты разрывной машины, которая обеспечивает возможность плавного на растания растягивающей силы F с одновременным измерением удли нения образца и вычерчиванием диаграммы растяжения. Многие совре менные машины оснащены компьютером для автоматической обработки результатов испытаний.

2.3. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали Диаграмма растяжения для образцов из низкоуглеродистой стали, записанная с помощью специального устройства разрывной машины, представлена на рис. 2.2. Ось абсцисс соответствует абсолютному удлинению образца l, по оси ординат зафиксированы значения силы F. В начальной стадии нагружения до некоторой точки А диаграмма растяжения представляет собой наклонную прямую, что указывает на пропорциональность между нагрузкой и деформацией, т.е.

на справедливость закона Гука.

Нагрузка, при которой пропорциональность еще не нарушается, обозначена на диаграмме FПЦ и используется для вычисления предела пропорциональности материала.

Зона ОВ называется зоной упругости. При таком нагружении силой FУ возникают только упругие деформации, по этому участку определяют важную механическую характеристику - предел упругости.

У многих материалов значения пределов пропорциональности и пре делов упругости незначительно отличаются друг от друга, приближенно считают, что они совпадают.

Рис. 2. При дальнейшем нагружении криволинейная часть диаграммы пере ходит почти в горизонтальный участок СD - площадку текучести. Здесь деформации растут, практически, без увеличения нагрузки. Нагрузка FT, соответствующая точке D, используется для определения предела текуче сти. Для пластичных материалов, к которым относятся многие конструк ционные углеродистые стали без упрочнения, текучесть считается при знаком разрушения.

В точке Е на образец действует максимальная сила Fmax и у образ ца наблюдается в одном месте заметное сужение поперечного сечения – «шейка», прочность его резко уменьшается и в точке К наступает раз рыв.

По данным диаграммы растяжения по формулам (2.1) – (2.4) опре деляют важнейшие характеристики материала. Обозначено:

А – первоначальная площадь поперечного сечения рабочей части образца;

АШ – площадь поперечного сечения образца в месте шейки;

l0 – первоначальная рабочая длина образца;

lК – конечная длина образца в точке К.

Предел текучести Т = FT / A. (2.1) Временное сопротивление В = Fmax / А. (2.2) Характеристики пластичности материала определяются по точке К:

Относительное остаточное удлинение = (lК - l0 )/ l0 ;

(2.3) Относительное остаточное сужение = (А - АШ )/ А. (2.4) F F Рис. 2.3.

Если какая-то деталь механизма работает на растяжение (рис. 2.3), то, зная предел текучести Т, конструктор может рассчитать эту деталь на прочность.

Условие прочности детали = F/ А = [Т/n], (2.5) где – напряжение в сечениях детали;

А – площадь поперечного сечения данной детали;

n – коэффициент запаса прочности, который принимается в преде лах 1,25…2,5, т.е., чтобы деталь нормально работала, напряжение должно быть, в среднем, в два раза меньше предела текучести.

Из этой формулы видно, как используется одна из найденных меха нических характеристик материала.

2.4. Вопросы для самопроверки 1. Классификация видов механических испытаний свойств мате риалов.

2. Образцы для испытаний на статическое растяжение.

3. Поведение материала на участках диаграммы растяжения низко углеродистой стали.

4. Определение прочностных характеристик стали – предела теку чести и временного сопротивления.

5. Характеристики пластичности материала.

6. Использование механических характеристик материала при рас чете деталей на прочность.

3. ИСПЫТАНИЯ НА УДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ 3.1. Общие положения Возможными причинами ударных воздействий на изделия могут быть столкновения, взрывы, сверхзвуковое давление, случайные паде ния и т.д. Указанные воздействия могут возникать при эксплуатации из делий на самолетах, кораблях, ракетах, автомобилях, вездеходах, а также при их транспортировании, когда они подвергаются неосторожно му 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.

Ударом принято называть такое движение, при котором имеет место взаимодействие движущихся тел, сопровождающееся частичным или полным переходом кинетической энергии соударяющихся тел в потен циальную энергию упругой деформации и в так называемую внутреннюю энергию тел, увеличение которой приводит к нагреву.

На практике удары могут быть одиночными и многократными, по вторяющимися периодически. В зависимости от характера процессов ударного воздействия различают простые (рис. 3.1, а, б) и сложные формы ударных импульсов (рис. 3.1, в).

а б в Рис. 3. На графиках Х может означать деформацию ударяемого тела или перемещения ударяющего тела, или другой параметр процесса удара.

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

Сложный удар, сопровождающийся циклическими или знакопере менными перенапряжениями, может привести к накоплению микроде формаций усталостного характера. Если изделие обладает резонансны ми свойствами, то даже простой удар может вызвать колебательную ре акцию в элементах конструкции, которая также сопровождается устало стными явлениями.

Для характеристики ударного движения пользуются системой пара метров 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 а;

скорость v, перемещение s или де формация, оценивающие соответственно наибольшие абсолютные зна чения указанных параметров;

• длительности действия ударного ускорения, скорости, перемеще ния и деформации;

• длительности фронтов ударного ускорения, скорости, перемеще ния и деформации, определяющие интервал времени от момента появ ления до момента достижения пикового значения соответствующего процесса • ударного движения;

• импульс ударного ускорения - интеграл от ударного ускорения за время, равное длительности его действия, или др.

Существенное влияние на характер ударного воздействия оказыва ют формы импульсов, определяющие характеры амплитудно-частотных спектров, которые в реальных условиях могут быть различными, и им будут соответствовать различные амплитудно-частотные спектры, по зволяющие количественно оценить воздействие удара. Например, изде лия электронной техники представляют собой сложные системы с зату ханием, состоящие из ряда различных конструктивных элементов, обла дающих большим числом степеней свободы. Колебания указанных эле ментов системы, вызванные воздействием удара, могут привести к по вреждению других элементов за счет возникновения связанных резо нансных явлений.

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

Анализ ударных воздействий позволяет сформулировать цели раз личных видов испытаний.

Целью испытаний изделий на ударную прочность путем воздействия одиночных и многократных ударов является проверка их способности противостоять разрушающему действию механических ударов и сохра нять после их действия значения параметров в пределах норм, установ ленных в научно-технической документации (НТД).

Кроме того, испытания на воздействие ударов применяют для опре деления воздействия на изделия ударов и толчков, которые возможны во время ремонтных работ или при случайном падении при небрежном об ращении. При этом возникает задача по определению прочности наибо лее уязвимых узлов изделий. В соответствии с рекомендациями ГОСТ, помимо приведенных, предусматриваются также испытания на воздей ствие падения и опрокидывания.

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

3.2. Условия испытаний на воздействие ударов и испытательное оборудование В общем случае в структурную схему ударной установки (рис. 3.2) входят: средство разгона - ускоритель 1, подвижная платформа 2, кон тейнер 3 вместе с испытуемым изделием, измерительным преобразова телем 4 и контрольным преобразователем 5, система управления и ре гулирования режима испытаний, средства измерения и регистрации, по зволяющие измерить значения некоторых параметров и зарегистриро вать характер ударной перегрузки.

Рис. 3. Классификация ударных установок может проводиться по следую щим основным признакам.

3.3. Классификация конструкций испытательных установок По структурно-конструктивному решению установки различают по средствам разгона и торможения, применяемым для получения заданно го ударного нагружения. Разгон может осуществляться принудительно или в результате свободного падения с определенной высоты.

Заданное ударное нагружение за счет торможения с помощью тор мозных устройств может быть основано на использовании необратимых или упругих деформаций. Необратимо деформируемые тормозные уст ройства одноразового действия реализуются путем применения упруго пластических материалов, из которых изготовляются деформируемые элементы, подвергающиеся смятию при ударе или используемые в паре с внедряющимися в них жесткими наконечниками соответствующего профиля. Упругопластические деформируемые элементы в виде пла стин, изготовляемых, например, из стали, латуни, меди, свинца и рези ны, обеспечивают получение ударных ускорений от 100 (при падении на резину) до 1000000м/с2 (при падении на сталь, латунь) с длительностью фронта ударного импульса от десятков микросекунд до нескольких мил лисекунд.

Пластически деформируемый элемент, используемый в совокупно сти с внедряющимся в него жестким наконечником, позволяет моделиро вать закон изменения ускорения с большой длительностью фронта ударного импульса, доходящей до десятков миллисекунд. Использова ние необратимо деформируемых тормозных устройств целесообразно в установках с разгоном, осуществляемым в результате свободного паде ния с определенной высоты.

Недостатком рассматриваемых тормозных устройств является воз можность воспроизведения одного ударного импульса с определенными характеристиками.

Упругодеформируемые тормозные устройства многоразового при менения основаны на использовании таких конструктивных элементов установок, которые при соударении изменяют свою форму в пределах упругих деформаций, а по окончании ударного процесса восстанавлива ют ее.

В качестве упругодеформируемых элементов используют прокладки из резины или пластиков и пневматические, гидравлические, пневмогид равлические устройства. В зависимости от конструкции и материалов, применяемых для изготовления прокладок, упругодеформируемые тор мозные устройства позволяют воспроизводить ударные нагрузки сим метричных форм, изменять максимальное ударное ускорение и длитель ность ударного импульса, а в некоторых случаях и его форму.

Недостатком упругодеформируемых тормозных устройств являются их конструктивная сложность и определенная трудность управления ударным процессом.

Для предотвращения повторных ударов, возникающих в установках, используют специальные пневматические и электромагнитные тормоз ные устройства, а также механические пружинные захваты.

3.4. Принципы действия ускорителя разгона По принципу действия ускорителя, создающего принудительный разгон, установки могут быть:

• механическими;

• пневматическими;

• электрогидравлическими;

• электродинамическими и др.

Возможно осуществление разгона с помощью баллистического ма ятника. Для качественной работы установок необходимо, чтобы в про цессе разгона перегрузка была минимальной и не превышала 10% уско рения, возникающего при взаимодействии платформы с тормозным уст ройством.

3.5. Система управления По системе управления различают установки с неуправляемым и управляемым ударным воздействием. Управление ударными установ ками может быть ручным, дистанционным и автоматическим.

К установкам с неуправляемым ударным воздействием относятся механические (эластичные, маятниковые) и пневматические.

К установкам с управляемым ударным воздействием относятся электродинамические и электрогидравлические. Решение задачи синте за ударного воздействия может осуществляться аналоговым и цифро вым методами.

3.6. Характер ударных воздействий По характеру воспроизводимых ударных воздействий различают ударные установки, воспроизводящие многократные и одиночные уда ры, транспортную тряску и комбинированные нагрузки, а также имити рующие падения и столкновения.

Основным элементом измерительного тракта являются измеритель ные преобразователи, служащие источниками сигналов измерительной информации. Для индикации, регистрации и анализа этих сигналов ис пользуются электронные радиоизмерительные приборы общего приме нения (осциллографы, анализаторы спектра и амплитудно-частотных характеристик и др.).

Установки одиночных ударов могут осуществлять разгон принуди тельно и за счет свободного падения. Среди установок с принудитель ным разгоном наибольшее применение получили электродинамические, пневматические, гидравлические и ротационные ускорители. Кроме того, применяются копры маятникового (баллистического) типа.

В установках со свободным падением используется вертикальное сбрасывание по направляющим. Определенные формы импульсов дос тигаются за счет применения механических, пневмогидравлических, пневматических тормозных устройств. Установки данного типа могут быть неуправляемыми и управляемыми.

Основные параметры ударных установок и их возможные значения приведены в таблице.

Таблица 3. Основные параметры установок для воспроизведения ударов Установка, воспроизводящая Параметр многократные уда одиночные удары ры Полусинусоидальная, пилооб Форма ударных Полусинусоидаль разная с резкимспадом и тра импульсов ная пецеидальная Диапазон значений 15...1000 000 м/с2 30...10000 м/с пикового ударного ускорения Диапазон значений длительности дей 0,5...120 мс 0,5...20 мс ствия ударного ус корения Допустимое изме нение скорости ± 10% значения, соответствующего номинальному импульсу ударного импульса всех форм Число ударных импульсов в 1 мин 40... (по ГОСТ) Ниже рассмотрены принципы действия и конструкции нескольких испытательных установок.

3.6.1. Установка с вертикальным сбрасыванием Конструктивно может быть выполнена (рис. 3.3) в виде каретки 1, свободно перемещающейся вверх и вниз между вертикальными сталь ными стойками 2 по роликам. Испытуемое изделие 4 закрепляется бол тами на каретке и потом вручную или подъемником 3 с приводом подни мается вверх. Форма ударного импульса определяется свойствами со ударяющихся поверхностей 5, которые могут изменяться за счет изме нения их материала и формы, а также за счет использования специаль ных тормозных приспособлений. Высота сбрасывания обычно изменяет ся в диапазоне 0,3...1,5 м. Преимуществами данной установки являются ее относительная простота, возможность контроля положения до удара и во время него.

Рис. 3. 3.6.2. Пневматическая ударная установка В конструкцию ударной установки, построенной на пневматическом принципе (рис. 3.4), входит цилиндр 1 с перемещающимся в нем порш нем 2.

Рис. 3. Под давлением р воздуха, поступающего в полость 1 цилиндра, стол 6 с испытуемым изделием 5 поднимается в верхнюю точку. Далее включается тормоз 4, установка готова к испытанию. Для ударного воз действия, под действием давления воздуха, поступающего в полость цилиндра 3, поршень вместе со столом 6 и испытуемым изделием пере мещается и ударяется о наковальню 7. Форма волны ударного импульса зависит от формы и материала наковальни. Сразу после удара вновь включается тормоз 4 для исключения искажений импульса после отска кивания подвижной каретки.

Недостатками пневматических ударных установок являются: труд ность получения импульсов заданной формы, ограниченные диапазоны амплитуд ускорений и длительностей ударных импульсов.

3.6.3. Копры маятникового типа Копры маятникового типа основаны на использовании силы инер ции массы молота, прикладываемой через наковальню к испытуемому изделию. В конструкцию маятникового копра (рис. 3.5) входят: массив ная станина 1, молот 2, наковальня 3, на которую устанавливаются ис пытуемые изделия 4. Характер удара определяется упругим элементом 5, величина отскока молота после удара регистрируется устройством 6.

Рис. 3. Работа копра маятникового типа заключается в том, что молот под нимается на угол 160... 180° в верхнее исходное положение и удержива ется там защелкой. После освобождения защелки молот падает на на ковальню, передающую силу удара изделию. Запасенная молотом энер гия Е, определяемая его массой и расстоянием от оси качания до цен тра тяжести, частично расходуется при ударе по наковальне с изделием, а частично затрачивается на отскок молота. Энергия удара, воздейст вующего на изделие, определяется как разность между первоначальным запасом энергии Е и фиксируемой энергией отскока Ei:

Е = Е – Еi. ( 3.1) Для получения различных запасов энергии возможно использование нескольких сменных молотов различных масс. В процессе удара нако вальня незначительно перемещается и благодаря ее гибкой связи со станиной обеспечивается хорошая форма кривой ударного импульса, на которую не накладываются посторонние колебания. Параметры и харак теристики ударного импульса могут изменяться за счет изменения ско рости молота в момент соударения, отношения масс наковальни и мо лота, а также механических характеристик деформируемого элемента прокладки, помещаемой в зоне контакта молота и наковальни.

Скорость молота зависит от угла начального отклонения молота и с точностью до 2...3% может быть определена, если рассматривать дви жение молота как математический маятник. Преимущество маятниковых копров заключается в отсутствии направляющих, искажающих результа ты измерений.

Основными недостатками являются сложность конструкции и не возможность получения больших ускорений.

Маятниковый копер (баллистический маятник) может применяться как для испытаний, так и для динамической тарировки преобразовате лей ударных ускорений.

3.6.4. Установки многократных ударов Установки многократных ударов могут быть основаны на принципах принудительного разгона и свободного падения. Получили распростра нение электродинамические и механические ускорители. Большинство используемых установок являются управляемыми. Рассмотрим принци пы действия и конструкции установок многократных ударов.

В механических ударных установках многократных ударов ускоре ния в вертикальном направлении создаются при ударе свободно па дающего стола об упругие наковальни.

Подъем и сброс рабочего стола установки могут осуществляться с помощью профильного кулачка, кривошипно-шатунного механизма и копра.

Форма кривой изменения ускорения за время ударного импульса за висит от средств торможения, определяющих нарастание ударного ус корения с момента соприкосновения рабочего стола с упругими элемен тами до максимального значения и последующий спад.

Механические средства торможения основаны на соударении спе циальных элементов, выполненных из различных материалов (сталь, свинец, фетр, резина и др.).

На рис. 3.6 представлена схема механического стенда.

Рис.3. На столе 1 закрепляется испытуемое изделие 2. Быстрый подъем стола и его сбрасывание осуществляются с помощью кулачка 3 специ альной формы, получающего вращение от регулируемого привода. Ку лачки могут выполняться сменными для задания необходимого режима.

При падении стол соударяется с амортизаторами 4, определяющи ми характер удара. Вертикальное перемещение стола задается направ ляющими качения 5.

В электродинамических установках необходимое ускорение при ударе достигается за счет взаимодействия двух магнитных полей: пере менного, создаваемого импульсным током, и постоянного в кольцевом зазоре электромагнита. В результате указанного взаимодействия возни кает сила, выталкивающая подвижную систему с переменной скоростью.

Электродинамическая установка может работать в режиме одиноч ных ударов, обеспечивая получение ударных импульсов полусинусои дальной формы.

Достоинствами электродинамического ударного стенда являются:

возможность получения ударных импульсов заданной формы;

относи тельная простота конструкции механической части, удобство регулиро вания основных параметров ударных импульсов. Основной недостаток – трудность получения ударных импульсов с большими ускорениями (бо лее 3000 м/с2).

3.7. Средства измерения параметров удара Простейшая схема установки для измерения значений параметров механических ударов состоит из измерительного преобразователя (ИП), согласующего устройства (предусилителя) и осциллографа.

Особенностью измерения параметров ударов является необходи мость правильного воспроизведения звеньями измерительного тракта всех спектральных составляющих в широком диапазоне частот как по амплитуде, так и по фазе, а также линейность амплитудной характери стики в широком динамическом диапазоне.

Источником сигнала измерительной информации о значении изме ряемых параметров ударных воздействий являются специальные ИП, классифицируемые в основном по тем же признакам, что и преобразо ватели для измерений значений параметров вибрации.

К особенностям следует отнести их специальное назначение для измерений:

• пиковых значений ударных ускорений;

• скорости или перемещения;

• времени достижения заданного ускорения.

Наибольшее практическое применение получили электрические ИП, принцип действия которых основан на прямом пьезоэффекте. Остано вимся на некоторых особенностях пьезоэлектрических ИП, применяе мых для измерений больших амплитуд ускорений интенсивных механи ческих ударов. В указанных ИП используется принцип деформации (сжатие и растяжение) пьезоэлемента. В качестве материала пьезоэле мента могут применяться монокристаллические пьезоэлектрики, естест венный и искусственный кварц, а также некоторые марки пьезокерамики.

Монокристаллические пьезоэлектрики обеспечивают почти безы нерционное преобразование деформации в электрический заряд, харак теризуются широким динамическим диапазоном и высокой стабильно стью.

Однако они имеют более пологую амплитудную характеристику и меньший коэффициент преобразования, поэтому в ряде случаев оказы вается более целесообразным применять пьезокерамику, обеспечи вающую получение более мощного полезного сигнала. Иногда исполь зуют синтетический кварц, обладающий большей прочностью и одно родностью, чем естественный. Фирма «Брюль и Къер» изготовляет чув ствительный элемент из пьезокерамики, которая в результате специ альной обработки обладает высокими динамической и ударной стойко стями и пренебрежимо малым сдвигом нуля, возникающим из-за накоп ления заряда под воздействием кратковременных механических коле баний и ударов.

Особую группу составляют радиоволновые СВЧ ИП, принцип дей ствия которых основан на использовании свойств распространения электромагнитных волн СВЧ диапазона, применяемых в ра диолокационном методе. К достоинствам радиоволновых ИП можно от нести возможность осуществления бесконтактных измерений парамет ров удара на относительно большом расстоянии источника излучения и чувствительного элемента (приемо-передающей направленной антенны) от поверхности изделия. Недостатком является схемная и конструктив ная сложность, ограничивающая применение радиоволновых ИП.

Принцип действия световых (оптических) ИП параметров ударного движения основан на преобразовании механического движения испы туемого изделия в изменение светового потока. Использование свето вых (оптических) ИП позволяет существенно расширить динамический и частотный диапазон измерений, а также устранить большинство недос татков, свойственных контактным ИП. Возможны две группы методов преобразования ударного движения в изменение светового потока:

- фотоэлектрические методы измерения параметров ударного дви жения, основанные на модуляции соответствующего параметра свето вого потока, в процессе его распространения под воздействием ударно го движения;

- фотоэлектрические волоконно-оптические методы, основанные на использовании волоконных световодов.

В обеих группах методов происходит косвенное преобразование ме ханических колебаний в электрические с помощью фотопреобразовате лей.

3.8. Вопросы для самопроверки 1. Классификация ударных воздействий.

2. Параметры, характеризующие ударное воздействие.

3. Какие разновидности испытаний на ударное воздействие приме няются?

4. Структурная схема ударной установки.

5. По каким признакам классифицируют ударные установки?

6. За счет чего достигают необходимый закон торможения при ударе?

7. Классификация принципов действия ускорителя ударной уста новки.

8. Классификация установок по характеру ударных воздействий.

9. Схема установки с вертикальным сбрасыванием.

10. Схема пневматической ударной установки.

11. Схема копра маятникового типа.

12. Схема установки многократных ударов.

13. Средства измерений параметров удара.

4. ИСПЫТАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИЙ Воздействие различного характера вибраций на аппаратуру, сред ства измерений и их элементы, а также на другие изделия в процессе эксплуатации и (или) транспортирования часто приводит к возникнове нию в них механических дефектов и (или) к ухудшению значений пара метров (характеристик). В связи с этим предусматривается проведение испытаний на воздействие вибрации с помощью специальных средств испытаний, обеспечивающих выполнение следующих основных требо ваний:

- воспроизведение вибрационных нагрузок в заданных диапазонах частот и режимах в течение установленного времени с заданной точно стью;

- измерение значений параметров испытательных режимов с по мощью встроенных или специально применяемых средств измерения;

- регистрация и обработка полученной информации о значениях параметров испытательных режимов и о состоянии испытуемых изде лий.

Для выполнения поставленных требований используются вибраци онные установки (рис. 4.1), Испытуемое изделие 1 закрепляется на вибростоле 2, который при водится в колебательное движение виброприводом 3. Форма и частота колебаний задаются генератором сигналов 5 и усилителем 4.

Рис. 4. Для получения информации о воздействии вибрации в процессе ис пытаний используют виброизмерительные преобразователи (ВИП), раз мещаемые в двух или более специфических точках. Различают две ос новные точки: контрольную и измерительную. На рис. 4.1 применены два ВИП – измерительный 6 и контрольный 7, сигналы которых посту пают на устройство для измерения и анализа 8.

4.1. Классификация вибростендов Классификация вибростендов (виброустановок) производится по ряду признаков.

4.1.1. По принципу действия вибростенда (вибровозбудителя), оп ределяющего преобразование какого-либо вида энергии в энергию ме ханических колебаний (в вибрацию), различают:

• механические;

• электродинамические;

• электрогидравлические;

• пьезоэлектрические;

• другие виды виброустановок.

Применение различных вибростендов определяется требованиями к характеру (виду) вибрации и к значениям ее параметров.

4.1.2. По системам управления виброустановки подразделяют на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых виброустановках поддержание значений параметров вибрации на заданном уровне осуществляется вручную, а в замкнутых - автоматически. Автоматическое управление достигается за счет использования сигналов с контрольного ВИП (см. рис. 4.1), снимаемых с контрольной точки 7 и подводимых к системе управления.

4.1.3. По характеру воспроизводимой вибрации различают вибро установки гармонической и случайной вибрации, а также комбинирован ные, воспроизводящие оба вида вибрации.

4.1.4. По направлению приложения силы механических воздействий различают виброустановки для воспроизведения линейной вибрации:

прямолинейной - вертикальной или горизонтальной (однокомпонентной), плоскостной - одновременно горизонтальной и вертикальной (двухком понентной) и пространственной (трехкомпонентной);

а также угловой вибрации. У вибростендов, воспроизводящих прямолинейную вибрацию, плоская поверхность столов, с возможностью изменения положения в пространстве, может быть расположена горизонтально и вертикально.

4.1.5. По назначению виброустановки подразделяют на испыта тельные и калибровочные, используемые для калибровки ВИП. Находят применение специальные виброустановки для испытания изделий на транспортабельность (на вибропрочность) и на качество упаковки. Ука занные виброустановки способны воспроизводить горизонтальную или вертикальную вибрации, а иногда и их одновременное воздействие.

Испытания на транспортабельность могут воспроизводиться в про цессе натурных испытаний путем перевозки изделий в упаковке на ав томобилях соответствующего класса.

Рассмотрим основные параметры и характеристики виброустановок (вибростендов).

4.2. Характеристики вибростендов 4.2.1. Диапазон воспроизводимых виброускорений (вибропереме щений, виброскоростей), определяемый областью значений параметров, в пределах которой нормированы точностные характеристики. Пределы воспроизведения характеризуются наименьшим и наибольшим значе ниями воспроизводимого параметра. Нижний предел воспроизводимых значений параметров должен не менее чем в 4 раза превышать среднее квадратическое значение вибрационного шума.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.