ГОСТ Р 59368.5-2021

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация и удар

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОДВИЖНОСТИ

Часть 5

Измерения с использованием ударного воздействия на конструкцию неприкрепляемым возбудителем

Mechanical vibration and shock. Experimental determination of mechanical mobility. Part 5. Measurements using impact excitation with an exciter which is not attached to the structure

ОКС 17.160

Дата введения 2022-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр"), Закрытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (ЗАО "НИЦ КД")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 мая 2021 г. N 458-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения международного стандарта ИСО 7626-5:2019* "Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 5. Измерения с использованием ударного воздействия на конструкцию неприкрепляемым возбудителем" (ISO 7626-5:2019 "Mechanical vibration and shock - Experimental determination of mechanical mobility - Part 5: Measurements using impact excitation with an exciter which is not attached to the structure", NEQ)     

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Метод измерений динамической подвижности с использованием ударного возбуждения конструкции получил широкое распространение вследствие относительной легкости реализации и своей малой стоимости. Однако точность результатов, получаемых данным методом, сильно зависит от испытуемого объекта и применяемого испытательного оборудования, а также от квалификации исполнителя.

Зачастую ударное возбуждение не позволяет получить данные той же точности, что при использовании стационарного возбуждения прикрепляемым к конструкции возбудителем (см. [2]). Применение метода ударного возбуждения требует высокой квалификации от исполнителя.

В настоящем стандарте рассматриваются различные аспекты, связанные с применением метода ударного возбуждения, включая выбор испытательного оборудования, а также исследование свойств испытуемой конструкции, особенно нелинейности ее отклика, которая может сильно ограничить применение метода.

Пользуясь тем, что в данном методе возбудитель не требует крепления к конструкции, можно получить значения динамической подвижности в разных точках конструкции, просто изменяя место нанесения удара и оставляя точку измерения отклика неизменной. При этом полученные данные будут эквивалентны данным, получаемым при перемене местами точек возбуждения и отклика. Данное свойство линейных конструкций называется принципом взаимности и особенно применимо в тех случаях, когда доступ к ряду точек конструкции для их возбуждения ограничен.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод измерений механической подвижности и других динамических частотных характеристик (входных и переходных) разных конструкций посредством ударного возбуждения импульсной силой, прилагаемой возбудителем, не прикрепленным к испытуемой конструкции.

Применяемые в настоящем стандарте способы обработки сигналов основаны на дискретном преобразовании Фурье (ДПФ), реализованном в виде быстрого преобразования Фурье (БПФ). Это объясняется исключительно тем, что оборудование, реализующее такое преобразование, получило широкое распространение и часто используется на практике. Аналогичные результаты могут быть получены и другими методами обработки сигналов, не рассматриваемыми в настоящем стандарте.

Ударное возбуждение часто используют для получения качественных или ограниченных сведений о конструкции, например ее собственных частот или форм изгибных колебаний, которые затем используют при планировании испытаний с использованием других форм возбуждения (например, в виде гармонического сигнала или стационарного случайного процесса). Однако метод, установленный настоящим стандартом, исходит из того, что целью испытаний является получение точных значений определяемой частотной характеристики в диапазоне частот измерений.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ИСО 2041 Вибрация, удар и контроль технического состояния. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 7626-2-2016 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 2. Измерения, использующие одноточечное поступательное возбуждение присоединенным вибровозбудителем

ГОСТ Р 59368.1-2021 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 1. Общее руководство и требования к преобразователям

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р ИСО 2041, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 (динамическая) частотная характеристика (frequency-response function): Частотно-зависимое отношение Фурье-преобразования отклика линейной динамической системы к Фурье-преобразованию возбуждающей силы.

Примечания

1 Частотная характеристика линейной системы не зависит от вида возбуждения (гармоническое, случайное или импульсное). Таким образом, частотная характеристика, полученная с применением одного вида возбуждения, может быть использована для прогнозирования отклика конструкции на возбуждение другого вида.

2 Линейность - свойство системы, которое на практике всегда выполняется с некоторой степенью приближения в зависимости от вида системы и уровня входного возбуждения. С этой точки зрения импульсное возбуждение требует особого внимания, поскольку характерные для него высокие пиковые значения могут выходить за границы диапазона линейности. Если заранее известно, что поведение конструкции принципиально нелинейно (что характерно, например, для клепаных конструкций), то для определения их динамических свойств ударное возбуждение не применяют.

3 Отклик конструкции может быть выражен в единицах перемещения, скорости или ускорения. Тогда определяемыми частотными характеристиками будут соответственно динамическая податливость, механическая подвижность или ускоряемость, а обратными к данным частотным характеристикам - динамическая жесткость, импеданс или эффективная масса.

4 На практике вместо непрерывного Фурье-преобразования используют ДПФ, реализуемое в виде алгоритма БПФ на временной выборке. Вычислительные ошибки такого приближения могут быть сведены до значений, несущественных по сравнению с другими погрешностями измерения, поэтому использование процедуры ДПФ не приводит к ограничениям на точность измерения.

5 Частотную характеристику конструкции называют также передаточной функцией.

3.2 диапазон частот измерений (frequency range of interest): Диапазон частот от самой низкой до самой высокой частоты, в пределах которого должны быть получены значения подвижности в данной серии измерений.

3.3 спектральная плотность мощности (сигнала) (power spectral density): Произведение квадрата модуля Фурье-преобразования сигнала на величину , где - длина временного сигнала.

3.4 спектральная плотность энергии (сигнала) (energy spectral density): Произведение спектральной плотности мощности на длину временного сигнала.

Примечание - Настоящее определение предполагает, что импульсный процесс, описываемый спектральной плотностью энергии, полностью содержится в записи сигнала.

     4 Особенности метода ударного возбуждения

4.1 Общее описание метода

Измерительная система для испытаний с использованием ударного возбуждения (см. рисунок 1) включает в себя ударник (например, в виде силоизмерительного молотка со встроенным преобразователем силы), один или несколько преобразователей вибрации с согласующими усилителями, а также систему ДПФ-анализа (анализатор), обеспечивающую обработку поступающих с преобразователей сигналов как минимум по двум каналам одновременно. После каждого нанесения удара сигналы с преобразователей поступают на антиалиасинговые фильтры, после чего оцифровываются.

- основные элементы и связи; - дополнительные элементы и связи; 1 - испытуемая конструкция; 2 - преобразователь вибрации; 3 - устройства согласования; 4 - запоминающий осциллограф; 5 - показывающее устройство (дисплей); 6 - выходное устройство (принтер, графопостроитель); 7 - усилитель с антиалиасинговым фильтром; 8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 9 - бок обработки сигнала (ДПФ/БПФ) и вычисления частотной характеристики; 10 - анализатор сигнала

Рисунок 1 - Блок-схема измерительной системы

Метод ударного возбуждения, рассматриваемый в настоящем стандарте, включает в себя два способа приложения силового воздействия:

а) возбуждение одиночным ударом, при котором оцифрованная выборка сигнала, поступившего по каналу измерения силы или ускорения, содержит информацию об одном ударе;

б) возбуждение последовательностью часто наносимых ударов (множественными ударами), при котором оцифрованная выборка содержит информацию о нескольких несинхронизованных ударах, т.е. нанесенных в случайные моменты времени.

Каждой выборке сигнала силы соответствует синхронная выборка сигнала отклика с преобразователя вибрации, вместе составляющие пару выборок. Каждому из указанных способов возбуждения соответствует свой способ обработки выборок.

Оба способа предполагают возможность усреднения в частотной области по нескольким парам выборок, полученных для одних и тех же точек измерения и возбуждения, в целях улучшения качества оценки частотной характеристики. Однако при возбуждении одиночными ударами следует убедиться в том, что перед нанесением последующего удара отклик конструкции затух, т.е. в новой выборке отсутствует след предыдущего удара.

4.2 Преимущества и недостатки метода

4.2.1 Общие положения

По сравнению с непрерывным возбуждением присоединенным возбудителем использование неприкрепляемого возбудителя имеет следующие преимущества:

а) оперативность измерения;

б) отсутствие необходимости установки (крепления) возбудителя;

в) простота переноса возбуждения от точки к точке на конструкции;

г) минимальное влияние возбудителя на динамическое поведение испытуемой конструкции, которое при закрепляемом возбудителе может быть значительным (см. ГОСТ Р ИСО 7626-2).

С другой стороны, следует принимать во внимание особенности метода ударного возбуждения неприкрепляемым возбудителем, такие как:

а) возможное влияние нелинейности конструкции;

б) пониженное отношение сигнал/шум;

в) возможное ограничение разрешающей способности по частоте;

г) необходимость учета величины демпфирования конструкции;

д) зависимость качества получаемых результатов от квалификации лица, проводящего эксперимент (далее - испытателя).

Указанные особенности метода рассматриваются в 4.2.2-4.2.5.

4.2.2 Нелинейность конструкции

Измерения механической подвижности конструкций, обладающих значительной нелинейностью, следует проводить с особой осторожностью. Целесообразно в таких случаях использовать вместо метода ударного возбуждения синусоидальное или случайное возбуждение присоединенным возбудителем.