способ формирования спектров случайной вибрации
Классы МПК: | G01M7/00 Испытание конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки |
Автор(ы): | Урецкий Я.С., Купершмидт П.В., Саид А.А., Замирович В.В., Карловский А.П., Царев Л.С., Иванова Л.А., Сабирзянов И.Р., Садыков И.И., Смирнов И.О. |
Патентообладатель(и): | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-02-01 публикация патента:
27.05.2001 |
Изобретение предназначено для использования в машиностроении. Техническим результатом является повышение качества формирования спектров. В каждой полосе частот рабочего диапазона формируют случайные узкополосные сигналы. Задают значения собственных спектральных плотностей ускорений в контрольных точках изделия. Создают вибрации изделия в полосах частот рабочего диапазона. В каждой узкой полосе частот измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений в контрольных точках изделия. Определяют значения квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия. В каждой узкой полосе частот определяют значения всех вычисленных попарно произведений модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в различных контрольных точках изделия. Определение значений коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов осуществляют по заданным в каждой полосе частот рабочего диапазона значениям собственных спектральных плотностей ускорений, по полученным в каждой узкой полосе частот значениям квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия и всех вычисленных попарно произведений модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в различных контрольных точках изделия, а также при условии, что в каждой полосе частот рабочего диапазона модули взаимных спектральных плотностей ускорений в различных контрольных точках изделия достигают минимальных значений. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ формирования спектров случайной вибрации, заключающийся в том, что в каждой полосе частот рабочего диапазона формируют случайные узкополосные сигналы, в каждой полосе частот рабочего диапазона задают значения собственных спектральных плотностей ускорений в контрольных точках изделия, создают вибрации изделия в полосах частот рабочего диапазона, в каждой узкой полосе частот измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений в контрольных точках изделия, в каждой узкой полосе частот определяют значения квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия и определяют значения коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов, отличающийся тем, что в каждой узкой полосе частот определяют значения всех вычисленных попарно произведений модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в различных контрольных точках изделий, определение значений коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов осуществляют по заданным в каждой полосе частот рабочего диапазона значениям собственных спектральных плотностей ускорений, по полученным в каждой узкой полосе частот значениям квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия и всех вычисленных попарно произведений модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в различныхконтрольных точках изделия, а также при условии, что в каждой полосе частот рабочего диапазона модули взаимных спектральных плотностей ускорений в различных контрольных точках изделия достигают минимальных значений.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам формирования спектров случайной вибрации, и может быть использовано в машиностроении. Известен способ формирования спектра случайных вибраций (а.с. СССР N 862018, кл. G 01 М 7/00, 1981, бюл. N 33), по которому формируют узкополосные случайные сигналы, задают значения дисперсии в каждой полосе частот, регулируют уровень дисперсии в каждой полосе частот и корректируют отрегулированные по дисперсии сигналы в соответствии с частотной характеристикой вибровозбудителя. Известный способ позволяет формировать заданную спектральную плотность в узких полосах частот, однако способ не обеспечивает создания требуемого спектра вибрации в контрольных точках изделия с помощью одного вибровозбудителя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ формирования спектра случайных вибраций (а.с. СССР N 1249363, кл. G 01 М 7/00, 1986, бюл. N 29), заключающийся в том, что измеряют АЧХ частотно-зависимых элементов формирователей узкополосных случайных сигналов и вибротрактов в контрольных точках изделия и по заданным спектральной плотности ускорений и измеренным параметрам определяют коэффициенты усиления формирователей узкополосных случайных сигналов. Способ позволяет сформировать в контрольных точках изделия вибрацию с требуемыми значениями спектральных плотностей ускорений, однако не дает возможности минимизировать значения взаимных спектральных плотностей ускорений в этих точках, что является необходимым в задачах виброиспытаний при формировании с помощью одного вибровозбудителя слабо коррелированных колебаний в различных точках изделия. Решаемой технической задачей является повышение качества формирования спектра случайных вибраций изделия за счет формирования случайной вибрации с минимальными значениями взаимных спектральных плотностей ускорений в различных контрольных точках изделия. Решение технической задачи в способе формирования спектров случайной вибрации, заключающемся в том, что в каждой полосе частот рабочего диапазона формируют случайные узкополосные сигналы, в каждой полосе частот рабочего диапазона задают значения собственных спектральных плотностей ускорений в контрольных точках изделия, создают вибрации изделия в полосах частот рабочего диапазона, в каждой узкой полосе частот измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений в контрольных точках изделия, в каждой узкой полосе частот определяют значения квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия и определяют значения коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов, достигают тем, что в каждой узкой полосе частот определяют значения всех вычисленных попарно произведений модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в различных контрольных точках изделия, определение значений коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов осуществляют по заданным в каждой полосе частот рабочего диапазона значениям собственных спектральных плотностей ускорений, по полученным в каждой узкой полосе частот значениям квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия и всех вычисленных попарно произведений модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в различных контрольных точках изделия, а также при условии, что в каждой полосе частот рабочего диапазона модули взаимных спектральных плотностей ускорений в различных контрольных точках изделия достигают минимальных значений. Предлагаемое техническое решение удовлетворяет критериям "новизна" и "изобретательский уровень", так как предложенные отличительные признаки позволяют повысить качество формирования спектров случайной вибрации. Термины "собственная спектральная плотность" и "спектральная плотность" являются общепринятыми и рассматриваются как эквивалентные. Однако для того чтобы избежать неоднозначного толкования терминов "спектральная плотность" и "взаимная спектральная плотность", в данной заявке вместо наиболее распространенного термина "спектральная плотность" применяется термин "собственная спектральная плотность" (см. , например, Вибрации в технике: Справочник. В шести томах/Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). -М.: Машиностроение, 1981. - T. 5; Измерения и испытания/Под ред. М.Д. Генкина, 1981, с. 325). Сущность способа заключается в следующем. Каждую из М полос частот рабочего диапазона разбивают на R полос, R = (N(N+1)/2, где N - число контрольных точек. Для возбуждения в изделии случайной вибрации в полосах частот рабочего диапазона формируют случайный сигнал. Этот сигнал представляет собой сумму случайных узкополосных сигналов, которые формируют в узких полосах частот, полученных в результате разбиения полос частот рабочего диапазона. Дисперсии случайных узкополосных сигналов регулируют с помощью усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов. Значения коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов определяют исходя из заданных в контрольных точках изделия значений собственных спектральных плотностей в полосах частот рабочего диапазона, измеренных в этих точках в каждой узкой полосе частот значений квадратов модулей передаточных функций вибротрактов и всех вычисленных попарно произведений модулей передаточных функций вибротрактов в различных контрольных точках, при условии, что в каждой полосе частот рабочего диапазона модули взаимных спектральных плотностей ускорений в различных контрольных точках изделия достигают минимальных значений. Система уравнений, связывающая эти значения, и указанное условие, записанные совместно, имеют вид:
где Gmn - значение собственной спектральной плотности ускорения в n-й контрольной точке в m-й полосе частот рабочего диапазона;






Krmn - значение комплексного передаточного коэффициента вибротракта в n - контрольной точке в rm-й полосе;

где




Arm - значение коэффициента усиления rm-то усилителя формирователя случайных узкополосных сигналов;
G0m - значение спектральной плотности случайного сигнала в m-й полосе частот рабочего диапазона, действующего на входе формирователя случайных узкополосных сигналов;

Значение квадрата модуля комплексной передаточной функции вибротракта в n-й контрольной точке в rm-й полосе частот определяют по формуле:

где Grmn - спектральная плотность ускорения в n-й контрольной точке, измеренная в rm-й полосе частот;

Произведение модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в n-й и


Выполнение условия (2) гарантирует обеспечение в каждой полосе частот рабочего диапазона минимальных значений модулей взаимных спектральных плотностей ускорений в различных контрольных точках изделия. Это следует из известного соотношения

где Gmn






(cм. , например, Дж. Бендат, А. Пирсол. Применение корреляционного и спектрального анализа. - М.: Мир, 1983, с. 65-66). Обеспечение минимальных значений модулей взаимных спектральных плотностей в соответствии с условием (2) не требует определения комплексных передаточных функций вибротрактов, что позволяет упростить осуществление способа. Таким образом, для определения значений коэффициентов усиления Arm усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов предварительно задают значения коэффициентов усиления Arm усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов, например, равными 1, в контрольных точках изделия в каждой rm-й полосе частот измеряют значения собственных спектральных плотностей ускорений Grmn, по которым в каждой rm-й полосе частот с помощью формул (3) и (4) определяют значения квадратов модулей квадратов модулей передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия








Затем микроконтроллер 13 приводит устройство в режим "Определение значений коэффициентов усиления усилителей формирователя случайных узкополосных сигналов". Микроконтроллер 13 считывает с выходов задатчика 14 заданные в контрольных точках изделия значения собственных спектральных плотностей ускорений Gmn в каждой полосе частот рабочего диапазона. (Задатчик 14 может быть реализован на базе известных устройств ввода данных.) Микроконтроллер 13 считывает из блока 12 памяти значения квадратов модулей комплексных передаточных функций вибротрактов в контрольных точках изделия




Способ позволяет формировать спектры случайной вибрации изделия, при которых механические колебания в различных точках изделия являются слабо коррелированными, что обеспечивает более высокое, по сравнению с прототипом, качество формирования спектров случайной вибрации и открывает новые возможности при проведении виброиспытаний изделий с помощью одного вибровозбудителя.
Класс G01M7/00 Испытание конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки