Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 28

Оценка влияния конструкции на надежность работы всей ЭВМ вЂ” сложная проблема из-за трудности выбора критериев для оценки. Вероятностные критерии для оценки функциональной надежности дают ориентировочный результат, так как сами коэффициенты, учитывающие конкретные условия работы, получаются слишком приближенно. Оценка конструкции, базирующаяся на статистической обработке результатов массовых испытаний типовых конструктивных элементов, может быть дана только тогда, когда конструкция уже отработана, производство налажено и нежелательно какое-либо вмешательство, ведущее к удорожанию производства, Детальный анализ влияния конструкции на надежность работы может быть произведен на основе изучения основных технических характеристик узлов и блоков и степени их соответствия техническому заданию.

Такие критерии получили названия хор ктеристичзских. Они могут быть качественньояи или количественньиии (в том числе и вероятностными). Например, надежность работы ЭВМ в механическом аспекте можно характеризовать следующими группами: критерии, обеспечивающие обоснованность задания вибрационных воздействий (под этим понимается правильность выбора вида и параметров виброускорений и свойств вибрационного воздействия); критерии для оценки вибрационных свойств конструкции (определяют правильность конструктивных решений с точки зрения недопустимости отказов из-за виброускорений); критерии для оценки эксплуатационных аспектов надежности (предназначены для того, чтобы не допустить превышение заданной жесткости виброускорений, и требуют соблюдения правил транспортировки и эксплуатации).

Следовательно, оценка и обеспечение надежности должны быть основаны на тщательном анализе данных, характеризующих вибрационное воздействие, изучении поведения комплектующих элементов при этих воздействиях и т. п. Параметры вибрационного воздействия для нестационарных ЭВМ зависят от многих случайных факторов: количества и режимов работы источников возбуждения, упругих свойств конструкции, скорости движения и т. д, Поэтому само вибрационное воздействие — - случайный процесс, который описывается вероятностными характеристиками, определяемыми при статистической обработке некоторого количества реализаций записи колебаний в естественных условиях. В тех случаях, когда вычислительная аппаратура должна функционировать в строго определенных условиях и есть возможность заранее сделать запись этих воздействий, можно отказаться от вероятностной оценки и ограничиться испытаниями в этих условиях.

Во всех других случаях вероятностная постановка задачи — единственно возможный метод исследования. Основным недостатком такого метода является отсутствие полной информации о характере воздействий, что приводит к необходимости принимать приближения. В настоящее время вибрационное воздействие принято считать стационарным случайным процессом с постоянным энергетическим спектром в рабочем диапазоне частот и нормальным законом распределения амплитуд. Анализ причин возникновения отказов показывает, что они зависят от таких свойств случайного вибрационного воздействия„ как значение нагрузки, ее частотные свойства и продолжительность действия. Эти свойства в свою очередь определяются первой функцией распределения вероятностей и спектральной плотностью мощностей.

Первая функция распределения вероятностей стационарного эргодического процесса В' совпадает с математическим ожиданием относительной продолжительности интервалов времени, в течение которых выполняется условие; значение воздействия д меньше или равно заданному д0. Оно характеризует интенсивность и продолжительность действия на конструкцию инерционных сил, вызванных вибрацией. Спектральная плотность мощности случайного процесса определяет плотность распределения дисперсий по частотам непрерывного спектра и характеризует интенсивность и частотные свойства вибрационной нагрузки. Теоретическая и экспериментальная оценки воздействия вибраций на конструкцию при таком подходе очень сложны, поэтому необходимо ввести для них ряд упрощений: 133 откуда Ае = 1~ 2 ага рм =- 3 ((пооо5о)1(2Я))'~~, (7.2) где ооо — резонансная .

частота конструкции; Я вЂ” добротность конструкции, воспринимающей вибрационное воздействие; 5о — спектральная плотность дисперсии возмущения; о„р„ — среднеквадратичное значение амплитуды гармонического виброускорения; Ае — амплитуда гармонического колебания. Для сложной конструкции, имеющей несколько резонансных частот, трудно учесть одновременное воздействие всех форм колебаний, поэтому с целью упрощения расчетов вводят эмпирическое соотноше- ние О =- 5 —; 0,025о)о.

Такой вид испытаний на гармоническую вибрацию с переменной частотой широко распространен на практике и называется испытанием по метойу качающейся частоты. 2. Замена широкополосной случайной вибрации узкополосным случайным возмущением с переменной средней частотой спектра. Этот вариант замены основан на том, что реакция системы на широкополосную вибрацию является узкополосной вибрацией с релеевским законом распределения пиков ускорений. Такая замена дает более точный результат, но не учитывает одновременного воздействия всех форм колебаний и потому может быть рекомендована, когда определена полоса частот, в которой возможно разрушение конструкции.

3. Представление стационарной случайной вибрации полигармои ническим процессом д (Г) =- 5 а; з)п ы;Г. Амплитуды гармонических а ! составляющих и их частоты определяют, приравнивая соответственно моменты четного порядка и кривые спектральной плотности мощности случайной и полнгармонической вибрации. Частота каждой гармоники должна меняться в диапазоне ы;,~ ооа ( оо;~,. Условия эквивалентности являются довольно строгими. Испытание комплектующих элементов следует проводить либо на гармоническую вибрацию, либо на узкополосную случайную вибрацию. В первом случае задают уровень виброускорения (или амплитуду колебаний), частоту и время воздействия. Связь между уровнем виброускорений и амплитудой Ае (мм) следующая: Ае =- 9810д1(4яоооа), где оа — частота колебаний, Гц.

1. Представление стационарного случайного воздействия с постоянной спектральной плотностью в виде гармонической вибрации переменной частоты. Приравнивая среднеквадратичное значение реакции системы на случайную и гармоническую вибрации, определяем амплитуду гармонической вибрации. Например, для системы с одной степенью свободы это равенство будет иметь вид 3 1(ЛООЩ2) 50) = 1 2 ~агарм (7.1) Среднюю частоту спектра берут равной резонансной частоте элемента. Во втором случае задают среднеквадратичноезначение воздействия, ширину полосы и среднюю частоту спектра. Испытание конструкции в целом необходимо проводить на случайное широкополосное воздействие или на полигармоническую вибрацию. Вибропрочпостью типового конструктивного элемента называется свойство элемента в заданных диапазонах частот и ускорений противостоять разрушающему действию вибрации н продолжать выполнять свои функции после воздействия вибрации.

Виброустойчиеостью типового конструктивного элемента называется свойство элемента выполнять функции в условиях вибрации в заданных диапазонах частот н ускорений. При испытаниях на вибропрочность параметры элемента, могущие претерпеть изменения при воздействии вибраций, определяются до и после воздействия.

При испытаниях на виброустойчивость параметры элементов контролируются непрерывно в ходе испытаний (ТУ на испытания должны содержать перечень таких параметров). Характеристика вибропрочности связана с транспортировочной вибрацией, а характеристика виброустойчивости — с эксплуатационной. Обе эти характеристики определяются значением испытательной нагрузки, временем ее действия.

Например, для случая гармонической вибрации переменной частоты задают уровень нагрузки — 50 м/с', диапазон частот — от 5 до 5000 Гц; время действия — 10 ч. При положительном исходе испытаний можно сказать, что характеристики вибропрочности или виброустойчивости не ниже указанной нагрузки. Естественно.

что при этом подразумевается сопоставимость параметров реальной и испытательной вибраций. Однако не всегда в любой конструкции параметры реальной вибронагрузки будут совпадать с параметрами испытательной. $7.2. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ЗВМ Конструкция любой вычислительной машины является сложной механической системой, так как состоит нз механических узлов, обладающих разной степенью жесткости. С точки зрения динамики эта конструкция считается системой линейной н стационарной.