Book4 (Учебник Конструирование РЭС)
Описание файла
Файл "Book4" внутри архива находится в папке "Учебник Конструирование РЭС". Документ из архива "Учебник Конструирование РЭС", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "основы конструирования и технологии приборостроения радиоэлектронных средств (окитпрэс)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "основы конструирования и технологии рэс" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Book4"
Текст из документа "Book4"
Виброскорость и виброускорение находят в результате дифферен-
цирования (4.1):
v (f) = z (t) = ωZ cos ω t;
a (t) =ż (t) = - ω 2 Z sin ω t.
.
Виброускорение при гармонической вибрации опережает по фазе
виброперемещение на угол π, виброскорость на угол π/2.
Амплитуды виброперемещения Z, виброскорости ωZ, виброускоре-
ния ω2Z и угловая частота колебаний являются основными характери-
стиками гармонической вибрации. Однако кроме них гармоническую
вибрацию можно характеризовать вибрационной перегрузкой
Если в (4.2) амплитуда виброперемещения выражена в мм, а ускоре-
ние силы тяжести в мм/с2 , то соотношение для вибрационной пере-
грузки можно записать в виде
nB = Zf2/250,
гдеf— круговая частота вибраций.
Полигармоническая, или сложная периодическая, вибрация может
быть представлена в виде суммы гармонических составляющих.
Для случайной вибрации характерно то, что ее параметры (амплиту-
да виброперемещения, частота и др.) изменяются во времени случайно.
Она может быть стационарной и нестационарной. В случае стационар-
ной случайной вибрации математическое ожидание виброперемещения
равно нулю, математические ожидания виброскорости и виброускоре-
ния постоянны. В случае нестационарных вибраций статистические ха-
рактеристики не постоянны.
Кроме вибрации, аппаратура может подвергаться ударным воздей-
ствиям, возникающим при эксплуатации, транспортировке, монтаже и
т.д. При ударе элементы конструкции испытывают нагрузки в течение
малого промежутка времени τ, ускорения достигают больших значений
и могут привести к повреждениям элементов. Интенсивность ударного
воздействия зависит от формы, амплитуды и длительности ударного
импульса.
Форма ударного импульса определяется зависимостью ударного ус-
корения a(t) от времени (рис. 4.1). При анализе ударных воздействий
реальную форму ударного импульса заменяют более простой, напри-
мер прямоугольной, треугольной, полусинусоидальной.
117
Рис. 4.1. Ударный импульс: а — форма реального ударного импульса;
б — эквивалентные формы
За амплитуду ударного импульса принимают максимальное ускоре-
ние при ударе.
Длительностью удара т называют интервал времени, в течение кото-
рого действует ударный импульс.
Последствием удара являются возникающие в элементах конструк-
ции затухающие колебания. Поэтому на практике возникает необходи-
мость в защите конструкций РЭС одновременно от ударов и вибраций.
Правомерность такой постановки вопроса обусловлена и тем, что в ре-
альных условиях эксплуатации конструкции могут подвергаться комп-
лексным механическим воздействиям, что должно найти отражение
при конструировании средств защиты. Приближенные значения от-
дельных видов механических воздействий на РЭС, эксплуатируемых на
подвижных объектах, приведены в табл. 4.1.
В результате механических воздействий в элементах конструкций
РЭС могут происходить обратимые и необратимые изменения.
Обратимые изменения характерны для электрорадиоэлементов и
приводят к нарушению устойчивости и ухудшению качества функцио-
нирования аппаратуры. В зависимости от физики протекающих в конст-
рукции процессов факторы, вызывающие обратимые изменения, можно
объединить в следующие группы:
деформации в активных и пассивных элементах, приводящие к измене-
нию их параметров (конденсаторы, катушки индуктивности, пьезоэлект-
рические кварцевые резонаторы, электровакуумные приборы и др.);
нарушение электрических контактов в разъемах и неразъемных сое-
динениях, вызывающее изменение омического сопротивления контак-
тов;
изменение параметров электрических, магнитных и электромагнит-
ных полей, которое может привести к нарушению условий электромаг-
нитной совместимости в конструкции.
Таблица 4.1
Название группы | Уровни механических воздействий | ||||||
Вибрации | Удары | Акусти- | Линейные | ||||
частота | ускорение | ускорение | длительность | частота | ускорения | ||
с'1 | м/с2 | м/с2 | мс | мин -1 | ДБ | м/с2 | |
Возимые | 4 ... 80 | 78,5 | 147 | 5... 10 | 40 ... 80 | 100 | 3,12 |
Судовые: | 4... 100 | 78,5 | 147 s 147 ; | 5... 10 | 40 ... 80 | 140 | 3,12 |
Носимые | 10 ... 70 | 37 | 98 | 5... 10 | 40 ... 80 | 85 | |
Носимые | 10... 30 | 10,7 | 98 | 5... 10 | 40 ... 80 | 85 | |
Самолетные | 5. ..2000 | 1 ... 196 | 117...736 | 5... 15 | 150 | ||
Ракетные | 0 ... 500 | 196,2 | 981 | 10...12 | 170 | ||
Космические | 1 ... 2500 | 4,9 ...59 | 170 |
Необратимые изменения свойственны конструктивным элементам
РЭС, связаны с нарушением условий прочности и проявляются в меха-
нических разрушениях элементов. Разрушениям под влиянием механи-
ческих воздействий наиболее подвержены элементы, предварительно
нагруженные при их монтаже. Такими элементами являются болты,
винты, заклепки в предварительно напряженном (затянутом) соедине-
нии. Если запас прочности такой детали недостаточно велик, то при
дополнительных нагрузках в результате механических воздействий мо-
жет произойти ее разрушение. Нередки случаи разрушения сварных
швов, в которых имеют место остаточные термические напряжения, об-
рывы объемных проводников, соединяющих радиоэлементы, если при
выполнении монтажа проводники получили излишнее натяжение.
К необратимым изменениям, происходящим в конструктивных эле-
ментах РЭС при механических воздействиях, относятся усталостные
119
разрушения. Усталостью называется процесс постепенного накопления
повреждений в материале детали под действием переменных напряже-
ний. Механизм этого процесса связан со структурной неоднородностью
материала (отдельные зерна неодинаковы по форме и размерам, по-
разному ориентированы в пространстве, имеют включения, структур-
ные дефекты). В результате этой неоднородности в отдельных небла-
гоприятно ориентированных зернах (кристаллитах) при переменных на-
пряжениях возникают сдвиги, границы которых со временем расширя-
ются, переходят на другие зерна и, охватывая все более широкую об-
ласть, развиваются в усталостную трещину. Усталостная прочность ма-
териалов зависит от величины и характера изменения напряжений, от
числа циклов нагружения.
Конструкции РЭС, работающие в условиях механических воздейст-
вий, должны отвечать требованиям прочности и устойчивости. Соглас-
но ГОСТ 16962-71 под прочностью (вибро- и ударопрочностью) к воз-
действию механических факторов подразумевается способность конст-
рукций выполнять функции и сохранять значения параметров в преде-
лах норм, установленных стандартами, после воздействия механиче-
ских факторов.
Под устойчивостью (вибро- и удароустойчивостью) к воздействию
механических факторов понимают способность конструкции выпол-
нять заданные функции и сохранять свои параметры в пределах норм,
установленных стандартами, во время воздействия механических фак-
торов.
4.2. Моделирование механических воздействий
на конструкции РЭС
Конструкция РЭС представляет собой сложную механическую сис-
тему, состоящую из бесконечно большого числа материальных точек.
Поэтому при исследовании динамических процессов, возникающих в
конструкциях в условиях механических воздействий, неизбежен пере-
ход от реальных систем к упрощенным абстрактным моделям на основе
приближений и допущений. При этом должны учитываться следующие
факторы:
распределение инерционных и упругих характеристик системы и
число ее степеней свободы;
зависимость упругих восстанавливающих сил от деформаций;
характер сил неупругого сопротивления.
Из механики известно, что число степеней свободы механической
системы равно числу независимых обобщенных координат, определяю-
щих положение всех материальных точек системы в пространстве в
120
произвольный момент времени. Поскольку связи между материальны-
ми точками конструкции не абсолютно жесткие, то число степеней сво-
боды конструкции как сложной системы является бесконечно боль-
шим. При решении практических задач анализа динамических процес-
сов в конструкциях РЭС реальная механическая система заменяется мо-
делью с ограниченным числом степеней свободы, которое определяет-
ся структурой конструкции и требуемой точностью результатов.
Применяются два основных вида моделей механических систем:
с сосредоточенными массами и связями (упругими и демпфирующи-
ми) и с распределенными параметрами.
Так, например, конструкция, совершающая под действием внешней
силы колебания вдоль одной координаты, может быть представлена
расчетной моделью с одной степенью свободы и сосредоточенными па-
раметрами: массой т, упругой связью с коэффициентом жесткости k и
демпфирующей связью с коэффициентом вязкого сопротивления (3
(рис. 4.2). В то же время, если сосредоточенная масса совершает слож-
ные пространственные колебания, то такую конструкцию обычно пред-
ставляют расчетной моделью с п степенями свободы (рис. 4.3).
Рис. 4.2. Расчетная модель Рис. 4..3. Расчетная с
с одной степенью свободы модель
с n степенями свободы
Расчетные модели с распределенными параметрами используются
при исследовании динамических процессов в отдельных элементах
конструкции типа балок, стержней и др.
Динамические свойства любой механической системы существенно
зависят от характера восстанавливающих и диссипативных сил. В кон-
струкциях РЭС восстанавливающими являются силы упругости, возни-
кающие при деформации элементов. В общем случае зависимость вос-
121
станавливающих сил от смещений нелинейна. Однако при малых де-
формациях характеристики упругих связей подчиняются закону Гука и
зависимость между восстанавливающими силами и смещениями в рас-
четных моделях систем принимается линейной.
Диссипативные силы (силы неупругого сопротивления) вызывают
необратимое рассеяние энергии механических колебаний. К ним отно-
сятся силы трения в сочленениях элементов конструкции, силы «внут-
реннего трения» в материалах, силы аэро- или гидродинамического со-
противления окружающей среды. Действие диссипативных сил приво-
дит к затуханию свободных и ограничению вынужденных колебаний.
При построении расчетных моделей механических систем обычно при-
нимают допущение о пропорциональности диссипативных сил переме-
щению или скорости перемещения (линейная модель).
Проведем анализ динамических процессов в конструкциях РЭС,
представленных абстрактными моделями, в условиях воздействий виб-
раций и ударов.
4.2.1. Вибрационные воздействия на систему
с одной степенью свободы
Модель системы с силовым возбуждением приведена на рис. 4.2.
Возбуждающая гармоническая сила Р = РQsinωt приложена к массе и