Диссертация (1090673), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Режим переменного акустического давления используется как один из способов вибрационного возбуждения тонкостенных иоболочковых поверхностей [45]. Поясним принцип его действия.Пусть диффузор динамической головки площадью S1 совершает колебаниясо скоростью 1 под действием силы F1 . Вытесняемый им поток воздуха имеетобъемную скорость 1S1 . Пренебрегая сжатием воздуха в камере, можно считать,что весь вытесняемый поток пройдет через установленное сечение диафрагмы S 2 ,так что 1S1  2 S2 , тогда 1  2  S2 / S1   2 / n.

Здесь 2 – скорость установленной пластины в герметичном подвесе перед диафрагмой, n  S1 / S2 – коэффициент трансформации. При смещении диффузора в область камерного объема в камере возникает избыточное давление p , уравновешивающее силу F1  pS1. Этодавление действует равномерно на всю внутреннюю поверхность камеры, в томчисле на установленную пластину, поэтому F2  pS2 . Отсюда F1 / F2  S1 / S2 [42].97Разработанный стенд может быть эффективно использован и рекомендованкак одно из устройств виброакустического возбуждения тонкостенных, сверхлегких и оболочковых жестких конструкций при проведении вибрационных испытаний, поскольку интересно иметь представление не только о собственно вибрационных характеристиках системы, но и о ее восприимчивости к переменному потоку воздушных масс, что, например, актуально при оценки такого показателя какпарусность зеркальных антенн.4.3.2 Спецификация виброиспытанийСпецификация вибрационных режимов испытания конструкции зондируемого объекта на воздействие механических вибраций подбирается и зависит отусловий ее эксплуатации [A8].

Однако в соответствии с ГОСТ ИСО 10846-1-2002и серией ГОСТ 30630.0.0-99, 30630.1.1-99, 30630.1.2-99 классифицируют следующие группы режимов испытания на виброустойчивость и вибропрочность[14…17]:1) моногармонической вибрации;2) моногармонической вибрации с качающейся (скользящей) частотой;3) полигармонической вибрации;4) случайной узкополосной/широкополосной вибрации;5) ударным награждением (импульсное воздействие заданной формы);6) синусоидальной вибрации, наложенной на случайную;7) нахождения резонансных и критических частот (как следствие из п.

2).8) нахождения границ виброустойчивости и т.д.При этом каждой группе согласно требованиям протокола испытаний (ГОСТ30630.1.2-99) соответствуют свои значения амплитуд виброперемещений (виброускорений) в установленных частотных диапазонах (на переходных частотах)[16]. Испытания проводят при амплитуде перемещения, значение которой выби-98рают из ряда 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 мм, и частоте перехода f п , Гц, значение которой определяют по формуле f п  25 A0 / S0 , где A0 (м× с2 ), S0 (мм) –амплитуды виброускорения и виброперемещения соответственно [16].

Амплитудуускорения устанавливают в соответствии с техническими требованиями на конструкцию изделия. Выбор амплитуды перемещения определяется соотношениеммежду частотой перехода и диапазоном частот требований к изделию. При этомдиапазон частот, соответствующий предъявленным требованиям, разбивают наподдиапазоны с граничными частотами, значения которых выбирают из ряда: 1; 2;3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200 Гц и т.д.[16].Однако целью практических экспериментальных исследований являетсяоценка достоверности результатов измерений, их воспроизводимость и эффективность предложенного сверхкороткоимпульсного радиоволнового метода.

Поэтомурассмотрим три основных режима, позволяющих оценить возможности и условияприменения системы СКИ РСЗ [44-46]:- моногармонической вибрации с качающейся частотой. Испытание синусоидальным сигналом является самым распространенным. При таких испытанияхсигнал задающего генератора имеет форму синусоиды, частота которой изменяется во времени.

Уровень или амплитуда сигнала может задаваться в виде ускорения, скорости или перемещения. Существует множество параметризацийрежима испытаний скользящей синусоидой: установка верхней и нижней границ частотного диапазона, уровень нагружения на каждой частоте, октавнаяскорость и закон изменения частоты (логарифмический, линейный), длительность испытаний или количество проходов;- полигармонической вибрации. Данный режим предполагает испытание объектагармоническим спектром из серии заданных дискретных колебаний на заданных частотах и амплитудах;99- случайной широкополосной вибрации.

Если исследовать объект, состоящий изэлементов различной массы, длины и жесткости, возбуждая его скользящей синусоидой, то каждый элемент его конструкции будет последовательно колебаться при возбуждении собственной частотой. Это явление последовательногорезонанса. Если же возбуждать конструкцию широкополосным случайным сигналом, то все элементы будут резонировать одновременно, поскольку сигналпредставлен широкополосным спектром. Однако спектр широкополосной вибрации формируется во времени и в действительности случайный сигнал имеетсоставляющие, амплитуды и фазы которых изменяются случайным образом.При данном режиме чаще используется нормальный закон распределения виброперемещения.Таким образом, придерживаясь предложенной спецификации вибрационных режимов, проведем серию тестовых радиоволновых стендовых испытаний.

Вкачестве реперных методов для проведения сравнительного корреляционногоанализа воспользуемся импульсным аналоговым оптическим стетоскопом, построенным на эффекте апертурно-амплитудной модуляции обратного луча, и исходным сигналом генератора, задающим режим колебания.Для нахождения нижнего диапазона восприимчивости виброперемещенияосуществим оценку пороговой чувствительности системы СКИ РСЗ, учитываявлияние фактора отношения сигнал-шум, и покажем преимущество спектральнойобласти обработки СКИ в условиях динамической ЭПР.4.4 Выбор фазодевиометрических методов и оценка пороговойчувствительности радиосенсорной системыЧувствительность и быстродействие системы СКИ РСЗ определяется нетолько длительностью радиоимпульса, отношением сигнал-шум, присутствиеммноголучевых помех, но во многом будет зависеть от численного метода и кос-100венного критерия оценивания виброметрологических параметров зондируемойкинематической поверхности [A17].Механизм, предложенных в разделе 3.4 численных методов, по своей сутиможно рассматривать с нескольких позиций ФДО интенсивности виброперемещения:- с точки зрения анализируемого пространства: во временной, либо частотной области;- с точки зрения косвенного параметра ФДО: амплитудный (по оси квантования), временной (по оси дискретизации) и амплитудно-временной.

Воспроизводимость критерия косвенного оценивания во многом будет определяться отношением сигнал-шум, что особенно влияет на эффективность энергетического оценивания показателя τ z .В качестве алгоритмов косвенного оценивания интенсивности виброперемещений в среде MatLab были промоделированы все предложенные группы методов, однако для проведения экспериментальных исследований в работе быловыбрано два метода: ЭФ и ВКА.Обоснование отданного предпочтения временному энергетическому методуФДО обусловлено простотой его реализации, в то время как выбор спектральногометода объясняется желанием устранить эффект динамической ЭПР и возможностью эффективной реализации подповерхностного зондирования, когда в частотной области исследования форму ФСПМ СКИ можно считать квазистационарной[A3,A15].

С другой стороны, представляется возможность сравнительного анализарезультатов, полученных путем параллельной реализации каждого из группы методов.Отметим особенность организации череспериодного зондирования в реализации технологии СФД. В разделе 3.1 уже были предложены некоторые рекомендации по выбору частоты радиоволнового СКИ зондирования вибрирующей поверхности, однако не было отмечено, что периодичность зондирования фактически определяет временной интервал между серией периодов стробирования и101итерационно кратна частоте процессора, равной 100 МГц.

Таким образом, периодзондирования выбирается из расчета не менее 10 выборок на меньший период(высшуюгармонику)полигармоническогомеханическогоколебания,т.е.Fд  10Fв , где Fд(з) , Fв – частота дискретизации (зондирования) и вибрации(высшей гармоники) соответственно.Определим минимальную пороговую чувствительность радиоволной системы на предмет оценки виброперемещения с частотой F  20 Гц и амплитудами изноминального ряда, представленного в разделе 4.3.2.Длительность зондируемого СКИ – 200 пс по относительному уровню 0,5;излучаемая мощность сигнала 0,5…10 мВт; частота зондирования Fд(з)  200 Гц;частота стробирования Fс  3 МГц; дальность располагаемой пластины размерами200  200 1мм на виброакустическом стенде – 4 м.

Ширина ДН облучающейTSA-антенны Вивальди  100 в направлении главного лепестка по уровню 0,5.Предполагается, что минимальный порог чувствительности не должен превышатьнижнюю границу номинального ряда виброамплитуд – 0,5 мм. Отношение сигнал/шум – не хуже 40 дБ.Оценку пороговой чувствительности радиоволновой системы к амплитудевиброперемещений удобно производить в специальном нестационарном режимевынужденныхгармоническихосцилляций(убегающейамплитуды)видаr (t)  R0cos(2Ft )exp(-t ) (рисунок 30), где R0  4,0 мм – верхняя граница испытаний, β  0,15F– коэффициент затухания, обратный величине времениτβ  1/ β  NT , в течение которого амплитуда уменьшается в е раз за Nколебаний. Причем произведение β на период механического колебания T – величина логарифмического декремента затухания   T  1/ N [44,45].Поскольку оцениваемым параметром радиоволнового метода являетсясреднее значение интенсивности виброперемещения за период зондирования, анеобходимо получить минимальное пороговое значение чувствительности к пе-102ремещению, воспользуемся формулой связи (2), полагая, что при относительномалом периоде зондирования средняя виброскорость близка к своему мгновенному значению в окрестности текущего времени.Таким образом, по результатом экспериментальных исследований, минимально воспринимаемое радиоволновой системой виброперемещение при отношении сигнал-шум не хуже 40 дБ составило около 0,25 мм для ЭФ метода и 0,42мм – для ВКА.

Как можно заметить из рисунка 30, эпюра виброперемещения,обозначенная пунктирной линией, как раз обрывается на участке времени, соответствующему минимальной чувствительности к линейной вибрации зондируемой поверхности.Рисунок 30. Оценка минимального порогового значения чувствительности кперемещению в режиме генерации убегающей амплитуды: методом ВКА(сплошная линяя), ЭФ методом (пунктирная линяя)По сути, интенсивность виброперемещения, оцениваемая численными методами, во временной области представляет собой дискретную величину, мгновенные значения которой в 2πF раз превышают уровень виброперемещения. Поэтому для сглаживания сигнала используется низкочастотная фильтрация на базефильтра Баттерворта 2-порядка, после чего сигнал виброскорости интегрируется ввиброперемещение.Как можно заметить из эпюр рисунка 30, амплитудные значения механических колебаний несколько не дотягивают до своих истинных значений согласнофункции, задаваемой генератором.

Характеристики

Список файлов диссертации