Прохождение испытаний при наличии антирезонансов

Антирезонанс — это явление практически нулевого отклика динамической системы на периодическое внешнее воздействие произвольной амплитуды. Является противоположностью резонанса.

Если объяснять простым языком для случая испытаний на гармоническую вибрацию, то мы увеличиваем напряжение выходного сигнала с генератора, а измеряемое ускорение на контрольном датчике практически не изменяется.

Нагляднее всего явление антирезонанса демонстрирует опыт с натянутой струной. При периодическом воздействии на натянутую струну с определённой частотой на струне возникает стоячая волна, которую даже можно разглядеть невооружённым глазом. В зависимости от частоты на струне будет 1 или больше участков колебаний. Точки с максимальной амплитудой колебаний называются “пучностями”, а неподвижные точки “узлами”. Пучности нам демонстрируют эффект резонанса, а узлы — эффект антирезонанса.

О наличии резонансов и антирезонансов можно узнать ещё до начала виброиспытаний по результатам работы программы “Предтест”. На графиках в сетке “Амплитудно-частотная характеристика” резонансам будут соответствовать острые локальные максимумы, а антирезонансам острые локальные минимумы. Более подробно изучить резонансы можно в окне “Поиск резонансов”, которое открывается соответствующей кнопкой.

Лучше всего в качестве контрольного датчика выбирать тот, который не имеет никаких пиков и форма графика больше всего приближена к горизонтальной прямой. Но если графики у всех датчиков в равной мере изрезаны, то можно предпринять следующие действия.

Вариант первый — переместите датчик

Если датчик всего один, то можно попробовать найти более оптимальное место установки. Чаще всего датчики ставят сверху на испытуемое изделие или на оснастку и выбирают место ближе к центру, потому что так удобнее и быстрее всего крепить датчик. Но в этом случае мы гарантированно получим максимально “изрезанную” АЧХ.

Лучшая точка для крепления контрольного датчика — это подвижная часть вибростенда. Если испытуемое изделие с оснасткой не занимает всю поверхность подвижной части, то установите контрольный датчик на подвижную часть вибростенда.

Если непосредственно на подвижную часть вибростенда датчик установить не получается, то его нужно попытаться установить на оснастку или расширительный стол, желательно как можно ближе к оси вибростенда или к болтам, которыми расширительный стол или оснастка крепится к вибростенду. В этих точках жёсткость конструкции максимальна, что теоретически поможет избежать проблем в области низких и средних частот.

Если датчик должен стоять сверху, то лучше всего его установить в углу оснастки или близко к крепежам, которые удерживают изделие или оснастку.

К сожалению реальность слишком многообразна и точку с хорошей АЧХ, возможно, найти не удастся.

predtest-kanal-1

Рисунок 1. Результаты предтеста для датчика, установленного далеко от центра

predtest-kanal-6

Рисунок 2. Результаты предтеста для датчика, установленного в центре

predtest-sravnenie-kanalov-1-i-6

Рисунок 3. Сравнение результатов предтеста для двух датчиков, установленных в разных местах

На рисунках приведены реальные графики АЧХ для датчиков, установленных на самом краю испытуемого объекта (№1) и в центре испытуемого объекта (№6). Невооруженным глазом видно, что АЧХ датчика, установленного в центре имеет меньшую изменчивость, чем датчика на краю. АЧХ датчика, установленного далеко от центра, изменяется в указанном диапазоне частот примерно в 1000 раз (60 дБ), а у датчика, установленного в центра, изменяется всего в 5 раз (14 дБ). Таким образом провести испытания с контролем по датчику №6 гораздо проще чем по датчику №1.

Вариант второй — контроль по нескольким датчикам

Если есть возможность использовать несколько датчиков, то можно использовать во время испытаний режим контроля по нескольким контрольным датчикам. В этом случае, когда один из датчиков попадёт в область антирезонанса и будет показывать значение близкое к нулю, другие датчики покажут ненулевые результаты и по ним можно удержать амплитуду колебаний на заданном уровне. Для этого тоже важно правильно выбрать места установки датчиков, но критерий выбора будет гораздо легче. Достаточно чтобы у всех использованных датчиков не совпадали частоты антирезонансов.

Проверить правильность выбора датчиков можно в редакторе профиля. На вкладке “Предпросмотр” можно увидеть как будут выглядеть графики ускорения по всем задействованным каналам, а также посмотреть на график ожидаемого напряжения. Если на графике ожидаемого напряжения есть острый максимум, превышающий максимальное значение напряжения на входе вибростенда, то испытания провести не удастся.

predtest-sravnenie-kanalov-1-i-4

Рисунок 4. Результаты предтеста по двум датчикам, установленным в неудачных местах

В другом примере найти удачную точку для одного контрольного датчика не удалось и мы выбрали два датчика с “плохими” АЧХ для контроля по среднему арифметическому значению измерений обоих датчиков.

redaktor-profilya-predprosmotr-kontrolnyiy-1

Рисунок 5. График ожидаемого напряжения на выходе, при контроле по датчику №1

redaktor-profilya-predprosmotr-sredniy-generator

Рисунок 6. График ожидаемого напряжения на выходе, при контроле по среднему значению от датчиков №1 и №4

По первому изображению видно, что в частотном диапазоне профиля испытаний датчик №1 имеет антирезонанс на частоте 90 Гц, и при его прохождении контроллер выдаст напряжение более 8 вольт. Если добавить канал №4 как второй контрольный, то при прохождении всего профиля напряжение на выходе составит не более 330 мВ, что видно на рисунке 6. Результат испытаний на рисунке 7 очень хорошо соответствует предварительному расчёту. Ожидаемый график напряжения соответствует реальному, достигая ограничения напряжения в 336 мВ.

sinus-ispyitaniya-sredniy-1-3

Рисунок 7. Прохождение виброиспытаний по двум контрольным каналам

P.S. Внимательный читатель может заметить, что на рисунке 4 АЧХ датчиков №1 и №4 совпадают на интервале частот от 270 до 330 Гц и имеют на это участке два резонанса и один антирезонанс. Если бы диапазон частот профиля испытаний был шире и включал этот участок, то нам бы пришлось подбирать другую пару датчиков для прохождения испытаний. Или даже тройку датчиков.

Вариант третий — ограничение

Если предыдущие варианты по каким-то причинам для конкретного варианта испытаний не подходят, то можно настроить ограничение либо по уровню следящих датчиков, либо по уровню генератора. Для этого в редакторе профиля необходимо на вкладке “предпросмотр” в столбце таблицы “Ограничение” выбрать вариант “ограничение”, а в столбце “Значение порога” задать значение, которое не должен превысить канал во время испытаний. Задать ограничение можно как по измерительным каналам, так и по каналам генератора. После задания значения порога на сетке появится график “Ограниченный профиль”, который будет показывать ожидаемую форму графика контрольного канала. В столбце “Просмотр” можно включить отображение предполагаемых форма графиков при проведении испытаний. Графики ожидаемых значений могут помочь при выборе значения ограничения.

01-profil-s-ogranicheniem

Рисунок 8. Ограничение по резонансам на крайнем датчике

03-profil-s-ogranicheniem

Рисунок 9. Ограничение в точке антирезонанса по крайнему датчику

03-profil-s-ogranicheniem-2

Рисунок 10. Ограничение в точке антирезонанса по каналу генератора

При проведении испытаний по профилю, в котором было включено ограничение, график нижнего критического предела будет спрятан и остановки испытаний, когда графика контрольного канала опуститься ниже его, не произойдёт. В нашем примере датчик №1 расположен на самом краю изделия, а датчик №6 расположен в центре. АЧХ этих датчиков приводились выше на рисунке 3.

Когда контроль ведётся по датчику №6, то мы увидим два резонанса на краю изделия. Включение ограничения по датчику №1 нам позволит пройти испытания без возбуждения резонансов в испытуемом изделии. Результат такого испытания показан на рисунке 11.

Когда контроль ведётся по датчику №1, то мы увидим увеличение амплитуды колебаний при прохождении антирезонанса. Программа испытаний будет удерживать амплитуду контрольного на заданном уровне за счёт увеличения напряжения и это приведёт к увеличению общей вибрации испытуемого изделия. Включение ограничения по датчику №6 или по каналу генератора позволит защитить испытуемое изделие от поломки. Результат такого испытания показан на рисунке 12.

01-ogranichenie-po-kraynemu-kanalu

Рисунок 11. Прохождение испытаний при ограничении резонансов на крайнем канале

03-ogranichenie-po-urovnyu-sledyashhego-kanala

Рисунок 12. Проведение испытаний при ограничении в точке антирезонанса крайнего датчика

Авторизация
*
*

Потеряли пароль?

Политика конфиденциальности персональных данных

Регистрация
*
*
*

Политика конфиденциальности персональных данных

Генерация пароля