Испытания на воздействие ударных нагрузок

Испытания на воздействие классического удара проводят для элементов, аппаратуры и других электротехнических изделий с целью определения их устойчивости к воздействию одиночных (ГОСТ 28213) и многократных (ГОСТ 28215) ударных нагрузок. Как проводятся эти испытания? Какое требуется оборудование? Какие параметры следует задавать? Эти вопросы будут рассмотрены в данном разделе.

Любое электротехническое оборудование в процессе эксплуатации и транспортирования подвергается воздействию внешних факторов, в том числе — ударам, одиночным или многократным, различной природы и уровня воздействия. Испытание на воздействие удара по ГОСТ 28213 обеспечивает удобный метод определения способности образцов выдерживать воздействие одиночного удара. Для повторяющихся ударов испытание следует проводить согласно ГОСТ 28215.

Прежде всего следует понимать, что целью испытаний по ГОСТ 28213 и ГОСТ 28215 является определение механических дефектов и (или) ухудшения заданных характеристик, а также использование этой информации вместе с требованиями нормативно-технической документации для определения конструктивной прочности образцов или как средство контроля их качества.

Испытательное оборудование

В зависимости от сложности испытаний, воздействие на образец ударной нагрузки может осуществляться с помощью ударной установки, на электродинамическом вибростенде, методом свободного падения и др. На ударных установках параметры удара контролируются по показаниям датчика силы. При проведении испытаний на электродинамических вибростендах по показаниям акселерометра контролируется воспроизводимое ускорение и строится график зависимости ускорения от времени для получения реальной формы импульса. Критерием попадания формы импульса в заданный допуск может служить соответствие значения виброскорости, полученного путем интегрирования кривой ускорение-время, значению из таблицы 1. При испытании образца методом свободного падения изменение скорости определяется высотой падения и отскока, при этом образец испытывает постоянное ускорение.

Выбор оборудования

Испытательное оборудование должно обеспечивать воспроизведение требуемых параметров с заданной точностью. Характеристики измерительной системы должны быть такими, чтобы можно было зарегистрировать значение действительного импульса.

Электродинамические вибростенды позволяют воспроизводить все формы сигналов, описанные в ГОСТ 28213. Параметры вибростенда определяют степень жесткости при испытаниях. Для проведения испытаний на электродинамическом вибростенде также потребуются: акселерометр для определения параметров воспроизводимой вибрации, анализатор спектра для измерения сигнала с акселерометра и управления вибростендом, программное обеспечение, позволяющее проводить испытания в автоматическом режиме по заданному профилю с непрерывным контролем всех параметров.

При выборе оборудования следует особое внимание обратить на значения воспроизводимых ускорения, скорости и перемещения, а также частотный диапазон не только самого вибростенда, но и акселерометра, и измерительной и задающей аппаратуры, применяемой при испытаниях. Немаловажным параметром является максимальная масса загрузки вибростенда, поскольку испытание некоторых изделий требуется проводить в упаковке, которая, иной раз, соизмерима с весом самого прибора.

Параметры испытаний

Степень жесткости и форма ударного импульса, воздействующего на образец, по возможности должны определяться внешними условиями, которым образец подвергается во процессе эксплуатации и транспортирования. Но, поскольку образцы зачастую подвергаются ударам различной амплитуды, имеющим сложный и случайный характер, целью испытания не является точное воспроизведение этих воздействий. Параметры испытаний стандартизованы, а допуски выбраны таким образом, чтобы можно было получить аналогичные результаты, при проведении испытаний в различных лабораториях различным обслуживающим персоналом. Стандартизация значений параметров позволяет группировать изделия по категориям в соответствии с их способностью выдерживать определенные степени жесткости, указанные в ГОСТ 28213 и ГОСТ 28215.

Определения:

• степень жесткости удара — комбинация пикового ускорения и длительности импульса;
• степень жесткости многократных ударов — сочетание пикового ускорения, длительности импульса и количества ударов;
• форма импульса — временная зависимость номинального ускорения, воспроизводимого установкой и воздействующего на образец;
• изменение скорости (импульса ударного ускорения) — абсолютное значение мгновенного приращения скорости во времени от приложенного ускорения.

При проведении испытаний на воздействие одиночных ударов необходимо выбрать форму (полусинусоидальный, трапецеидальный или пилообразный), амплитуду и длительность импульса. Изменение скорости должно находиться в пределах 15 % номинального импульса.

Испытания на воздействие многократных ударов проводятся воздействием полусинусоидальных импульсов определенной амплитуды, длительности и частоты следования. Изменение скорости должно находиться в пределах 20 % номинального импульса.

При испытаниях на воздействие ударных нагрузок ускорение образца в направлении, перпендикулярном воздействию, не должно превышать 30 % ускорения в заданном направлении.

Проведение испытаний

При проведении испытаний на удар образец всегда крепят к крепежному приспособлению или вибрационному столу испытательной установки.

При проведении испытаний на воздействие одиночного удара, в каждом направлении по трем взаимно перпендикулярным осям образца должно быть приложено три последовательных удара, т.е. общее число ударов — 18.

При проведении испытаний образцов типа «элемент» на воздействие многократных ударов, заданное число ударов (см. табл. 3) должно быть приложено в каждом направлении по трем взаимно перпендикулярным осям образца.

При проведении испытаний аппаратуры на воздействие многократных ударов, заданное число ударов (см. табл. 3) должно быть приложено в каждом направлении по трем взаимно перпендикулярным осям образца. Если положение образца при монтаже или транспортировании известно и если при монтаже наиболее сильные удары воздействуют в одном направлении, то допускается прикладывать заданное количество ударов только в этом положении образца или направлении.

Выбор параметров

В таблице ниже приведены значения скорости и длительности импульсов при испытаниях на воздействие одиночных ударов, рекомендуемых ГОСТ 28213 и соответствующие им значения изменения скорости для каждого типа импульса. Предпочтительные комбинации выделены строками темного цвета.

Таблица 1. Ускорение, длительность импульса и изменение скорости для различных типов сигналов
Пиковое ускорение, А, g	Соответствующая длительность номинального импульса, D, мс	Соответствующие изменения скорости импульса Δv, м·с-1
		полусинусоидального Δv=(2/Π)AD×10-3	пилообразного с пиком на конце пульса Δv=0,5AD×10-3	трапецеидального Δv=0,9AD×10-3
5	30	1,0	—	—
15	11	1,0	0,8	1,5
30	18	3,4	2,6	4,8
30	11	2,1	1,6	2,9
30	6	1,1	0,9	1,6
50	11	3,4	2,7	4,9
50	3	0,9	0,7	1,3
100	11	6,9	5,4	9,7
100	6	3,7	2,9	5,3
200	6	7,5	5,9	10,6
200	3	3,7	2,9	5,3
500	1	3,1	—	—
1000	1	6,2	—	—
1500	0,5	4,7	—	—
3000	0,2	3,7	—	—

В таблице ниже приведены формы импульса и степени жесткости, рекомендуемые при испытаниях различных образцов на воздействие одиночного удара по ГОСТ 28213.

Таблица 2. Примеры форм ударного импульса и степеней жесткости, используемых при испытаниях на воздействие удара для различного применения по ГОСТ 28213-89
Степень жесткости		Форма импульса	Элементы	Аппаратура
пиковое ускорение, g	длительность, мс
15	11	Пилообразный со спадом на конце, полусинусоидальный, трапецеидальный		Основное испытание для определения прочности, при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании. Стационарная аппаратура, транспортируемая только автомобильным, железнодорожным и авиационным транспортом в защитной противоударной упаковке
30	18	Пилообразный со спадом на конце, полусинусоидальный, трапецеидальный		Испытание на прочность конструкции крепления аппаратуры. Аппаратура, установленная или транспортируемая в закрепленном положении на железнодорожном, автомобильном или воздушном транспорте
50	11	Пилообразный со спадом на конце, полусинусоидальный, трапецеидальный	Элементы в защитной упаковке, транспортируемые колесным транспортом (по автодорогам и железным дорогам), дозвуковыми и сверхзвуковыми самолетами, торговыми судами.	Аппаратура, устанавливаемая и транспортируемая в закрепленном положении транспортными средствами повышенной проходимости. Аппаратура, перевозимая в незакрепленном положении по автодорогам и железным дорогам длительное время.
			Элементы, установленные в аппаратуру, транспортируемую или установленную на колесный транспорт, передвигающийся по автодорогам или железной дороге, на дозвуковые и сверхзвуковые транспортные самолеты, торговые суда.	Аппаратура, используемая в промышленности и подвергаемая ударам при механизированных погрузочно-разгрузочных работах, например, доковые краны, автопогрузчики.
			Элементы, устанавливаемые в аппаратуру, предназначенную для тяжелой промышленности
100	6	Пилообразный со спадом на конце, полусинусоидальный, трапецеидальный	Элементы в защитной упаковке, транспортируемые транспортными средствами повышенной проходимости.	Отдельные удары при погрузочно-разгрузочных работах на автомобильном или железнодорожном транспорте
			Элементы, установленные в аппаратуру, транспортируемую или размещенную на транспортных средствах повышенной проходимости	Удары высокой интенсивности пуска, разделением частей ракет (космических кораблей), аэродинамического удара и при входе космического корабля в плотные слои атмосферы
			Элементы, установленные в аппаратуру, размещаемую на дозвуковых и сверхзвуковых транспортных самолетах. Элементы, установленные в аппаратуру, перевозимую в незакрепленном состоянии автомобильным или железнодорожным транспортом в течение длительного времени	Портативная аппаратура
500	1	Полусинусоидальный	Испытание прочности конструкции полупроводниковых приборов, интегральных схем, микросхем и микросборок	Удары, вызванные взрывом, произведенным на земле, в воде или в воздухе
1500	0,5	Полусинусоидальный	Испытание прочности конструкции полупроводниковых приборов, интегральных схем, микросхем и микросборок

В таблице ниже приведены степени жесткости, рекомендуемые при испытаниях различных образцов на воздействие многократных ударов по ГОСТ 28215.

Таблица 3. Примеры степеней жесткости для испытаний на воздействие многократных ударов, типичных для различного применения по ГОСТ 28215
Степени жесткости			Элементы	Аппаратура
Пиковое ускорение, g	Длительность, мс	Число ударов в каждом направлении
10	16	1000	Транспортирование в заводской упаковке хрупких изделий по автомобильной дороге, исключая пересеченную местность	Обычное испытание на прочность аппаратуры, установленной или транспортируемой в закрепленном положении и перевозимой колесным транспортом обычной проходимости
15	6	4000	Проверка минимальной прочности для изделий общего назначения с главными механическими нагрузками, имеющими место при транспортировании	Аппаратура, устанавливаемая стационарно или на тяжелом подвижном оборудовании, например, вблизи от электростанции
25	6	1000	—	Аппаратура, устанавливаемая или транспортируемая в закрепленном положении на вездеходах. Аппаратура, устанавливаемая на механических погрузочно-разгрузочных устройствах, например, портовые краны, автопогрузчики.
40	6	1000	Транспортирование изделий в упаковке изготовителя, предназначенных для использования в непортативной аппаратуре	Аппаратура, которая может перевозиться незакрепленной колесным транспортом (по железной или автомобильной дороге) при случайных перевозках, например, доставке
40	6	4000	Изделия, предназначенные для аппаратуры, используемой на подвижных средствах	Подвижная аппаратура, перевозимая на транспорте любого типа (по железной дороге, автомобильной, по пересеченной местности) в незакрепленном состоянии
100	2	4000	Лампы и пружинные контакты, например, для клавишных переключателей, телефонов, коммутаторов

Для образцов массой меньше 100 кг рекомендуется использовать степени жесткости 25 g и 40 g. Для более тяжелых изделий — степень жесткости 10 g.

В таблице ниже приведены номинальные значения изменения скорости для различной степени жесткости при испытаниях образцов на воздействие многократных ударов по ГОСТ 28215.

Таблица 4. Ускорение, длительность импульса и соответствующее изменение скорости
Пиковое ускорение, g	Длительность импульса, мс	Соответствующее изменение скорости импульса Δv, м·с-1
10	16	1,0
15	6	0,6
25	6	0,9
40	6	1,5
100	2	1,5

См. также

Программа Генератор с ОС (Классический удар), входящая в cостав специализированного программного обеспечения ZETLab системы управления вибростендами, позволяет проводить испытания различных изделий на устойчивость к воздействию ударной вибрации. Программа обеспечивает управление элекродинамическим вибростендом с параметрами вибрации в соответствии с ГОСТ 28213 и ГОСТ 28215.
Статья на тему «Ударный спектр и интегралы Дюамеля»