ГОСТ Р 59368.5-2021 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 5. Измерения с использованием ударного воздействия на конструкцию неприкрепляемым возбудителем

     5 Оборудование

5.1 Опора испытуемой конструкции

5.1.1 Общие положения

Измерения механической подвижности могут быть проведены как для конструкций в безопорном (свободно подвешенном) состоянии, так и для конструкций в опертом положении (с использованием одной или нескольких опор) в зависимости от целей испытаний.

5.1.2 Безопорная конструкция

Измерения в безопорном положении предполагают использование податливого подвеса для испытуемой конструкции. Значения всех составляющих матрицы входных подвижностей подвеса в точках крепления к конструкции должны не менее чем в десять раз превышать значения соответствующих составляющих матрицы подвижности конструкции в тех же точках.

5.1.3 Конструкция в опертом положении

Данный тип измерений, если иное не определено, предполагает использование для конструкции опоры, аналогичной той, что используется при обычном эксплуатационном применении этой конструкции. В отчет об испытаниях следует включать описание и характеристики опоры и крепления.

Следует иметь в виду, что способ опирания конструкции может сильно повлиять на получаемые значения частотных и модальных характеристик. Защемление конструкции обычно делает ее более жесткой, что приводит к повышению значений собственных частот.

5.2 Ударник

Метод ударного возбуждения допускает возможность применения ударников разных конструкций, выбираемых в зависимости от объекта испытаний. Распространенным видом ударника, применяемого в испытаниях, когда требуемое возбуждение обеспечивается за счет достаточно небольшой энергии удара, является ручной силоизмерительный молоток. Однако при его использовании следует помнить, что точность измерений будет зависеть от искусства испытателя наносить правильные удары в заданное место конструкции в заданном направлении. Если испытуемая конструкция мала, то для обеспечения повторяемости в нанесении ударов в нужной точке и в нужном направлении может потребоваться применение направляющего устройства. Для испытаний крупных конструкций, где требуется большая энергия возбуждения, может быть использован ударник в виде большой массы, либо подвешенной на тросах, либо свободно падающей вертикально вниз. Масса ударника может быть уменьшена, если для придания ей перед ударом высокой скорости используют дополнительные средства, например пружину, пневматический привод и т.д.

Чтобы обеспечить желаемые характеристики удара, такие как форма и длительность импульса силы и связанные с ними вид и ширина спектра силы, в передней части ударника, приходящей при ударе в соприкосновение с испытуемой конструкцией, закрепляют насадку определенных формы и жесткости, а необходимую ударную массу изменяют добавлением сменной массы. Уменьшение жесткости насадки и/или увеличение массы ударника ведут к сужению диапазона частот возбуждения. Если ударник предполагается использовать в испытаниях разных конструкций с разными требованиями к удару, то обычно его комплектуют набором сменных насадок с разными характеристиками и набором сменных масс.

Площадь поверхности ударной насадки должна быть достаточно большой, чтобы удары максимальной силы не приводили к деформациям насадки или испытуемой конструкции. В то же время насадка с малой площадью поверхности необходима, когда требуется очень высокое пространственное разрешение. Направление скорости ударника должно совпадать с осью чувствительности датчика силы и быть перпендикулярным к поверхности испытуемой конструкции с максимальным отклонением в пределах 10°. Выдержать направление удара, как правило, легче, если длина корпуса ударника велика по сравнению с его поперечными размерами.

Примечание 1 - Если позволяет испытуемая конструкция и условия испытаний, то диапазон частот возбуждения можно варьировать, наклеивая на конструкцию в месте нанесения удара прокладки разной степени упругости и используя для удара молоток со стандартной жесткой насадкой. Применение жесткой насадки сферической формы позволяет уменьшить погрешность из-за неточного соблюдения направления удара.

Типичная конструкция силоизмерительного молотка показана на рисунке 2.

Примечание 2 - Конструкция молотка, изображенного на рисунке 2, основана на прямом измерении силы преобразователем силы, на который непосредственно действует сила реакции со стороны испытуемого объекта. Принципиально возможна другая конструкция, основанная на косвенном методе измерения силы, который исходит из того факта, что под действием реакции испытуемой конструкции масса ударника приобретает ускорение, определяемое силой реакции. Соответственно в конструкции ударника преобразователь силы заменяется акселерометром, измеряющим ускорение массы ударника и устанавливаемым на ее тыльной части. В этом случае акселерометр вместе с массой (массами) ударника калибруют как преобразователь силы.

1 - преобразователь силы; 2 - сменная насадка; 3 - основная масса; 4 - сменная масса

Рисунок 2 - Типичный ударник с преобразователем силы

5.3 Преобразователи

5.3.1 Общие положения

При выборе преобразователей и устройств согласования сигналов рекомендуется руководствоваться ГОСТ Р 59368.1 и ГОСТ Р ИСО 7626-2. Для измерения подвижности с использованием ударного возбуждения особенно важно, чтобы измерительная система имела низкий уровень шума и широкий линейный динамический диапазон.

5.3.2 Проверка калибровки

В начале и в конце каждой серии измерений, а также в случае изменения массы ударника или смены насадки выполняют проверку калибровки измерительной цепи, которая в основном соответствует методике, установленной в ГОСТ Р ИСО 7626-2-2016 (пункт 7.5.2).

Проверку калибровки выполняют путем измерения подвижности или ускоряемости свободно подвешенного жесткого калибровочного блока известной массы (включая массы прикрепленных преобразователей), чьи частотные характеристики известны (например, значение ускоряемости для такого блока равно ). Полученная в результате измерений частотная характеристика калибровочного блока должна соответствовать известному значению в пределах ±5% во всем диапазоне частот измерений. Если испытания проводят с измерением вибрации по нескольким каналам (например, с использованием трехкоординатного преобразователя вибрации или нескольких преобразователей), то калибровку проверяют для каждого канала. Измерительная система и ударник должны иметь ту же конфигурацию, что будет использована при измерении подвижности. Массу калибровочного блока выбирают таким образом, чтобы его подвижность находилась в диапазоне значений, которые можно ожидать для данной испытуемой конструкции.

Если в ходе проверки калибровки получаемое значение ускоряемости изменяется по диапазону частот измерений, то причину этих изменений необходимо выявить и устранить до начала испытаний.