ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ С ЦЕЛЬЮ АНАЛИЗА НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Вибрационные испытания являются неотъемлемой частью процесса разработки и квалификации изделий, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия вибрационных нагрузок. Неудовлетворительные результаты таких испытаний требуют тщательного анализа для выявления причин возникновения дефектов и разработки корректирующих мероприятий.

Технические требования к испытаниям

Результаты испытаний считают удовлетворительными, если отклонения ускорений не превышают 25% по абсолютному значению. Допускаются выбросы отклонений ускорений, превышающие 25% по абсолютному значению в одной-трех полосах частот, суммарная ширина которых не превышает 10% от ширины рабочего диапазона частот в октавном измерении. [1]

Испытание на виброустойчивость не проводят, если низшая резонансная частота изделий превышает , где  – верхняя частота диапазона испытаний, а конструкция и технология изделий исключают нарушение работоспособности при действии вибрации. [2]

Цели моделирования вибрационных испытаний

1. Анализ причин неудовлетворительных испытаний результатов: определение слабых мест конструкции, которые приводят к повреждениям или отказам при вибрационных нагрузках.
2. Оптимизация конструкции: поиск путей усиления конструкции или изменения ее параметров для повышения устойчивости к вибрациям.
3. Снижение затрат: уменьшение количества физических испытаний за счет предварительного моделирования и анализа.
4. Прогнозирование поведения: оценка того, как изделие будет вести себя в реальных условиях эксплуатации.

Применение метода конечных элементов (МКЭ) является распространенным подходом к моделированию вибрационных испытаний. Программные комплексы, такие как ANSYS, позволяют создавать детальные модели конструкций, учитывать свойства материалов, граничные условия и характеристики вибрационных воздействий. В результате моделирования можно получить распределение напряжений, деформаций и ускорений в конструкции, что позволяет определить зоны концентрации напряжений и вероятные места разрушения.

Анализ собственных частот и форм колебаний конструкции также является важным этапом моделирования вибрационных испытаний. Резонансные явления могут приводить к значительному увеличению амплитуды колебаний и, как следствие, к разрушению конструкции. Моделирование позволяет выявить собственные частоты конструкции и оценить ее устойчивость к воздействию вибрационных нагрузок в заданном диапазоне частот.

Использование программных средств для моделирования вибрационных испытаний позволяет не только анализировать причины неудовлетворительных результатов испытаний, но и оптимизировать конструкцию изделия, повысить его надежность и устойчивость к вибрационным нагрузкам.

Для установления адекватности моделирования вибрационных испытаний необходимо проводить валидацию модели путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными. Методы экспериментальной модальной идентификации, такие как ударное возбуждение или использование вибростендов, позволяют определить собственные частоты и формы колебаний реальной конструкции. Сравнение этих данных с результатами моделирования позволяет оценить точность модели и внести необходимые корректировки.

Таким образом, применение программных средств для моделирования вибрационных испытаний является мощным инструментом для анализа неудовлетворительных результатов испытаний, оптимизации конструкции и повышения ее надежности.

Использование программных средств для моделирования вибрационных воздействий и анализа поведения конструкции

Таблица 1

Исходные данные для моделирования

Аналитические расчеты

Все аналитические расчеты выполнены в программе ANSYS Workbench. На рисунке 1 представлена испытываемая система, состоящая из стола вибростенда, приспособления и 4 изделий. Все детали конструкции между собой жестко закреплены.

Рисунок. 1. Испытываемая система: 1 – стол вибростенда; 2 – приспособление; 3 – изделие (4 шт.)

Для определения частоты собственных колебаний использовалась аналитическая система Modal. Для упрощения расчетов был выбран диапазон в 10 мод.

Таблица 2.

Частота при модальном расчете в Ansys для системы

Для моделирования вибрационных испытаний использовалась аналитическая система Harmonic Response. Диапазон испытаний 10 Гц – 10000 Гц, так как максимальная частота собственных колебаний системы  10997 Гц.

На рисунке 2 представлен график амплитудно-частотной характеристики. Из этого графика видно, что резонанс системы достигается при частоте .

Рисунок 2. Амплитудно-частотная характеристика приспособления

На рисунке 3 представлено смещение изделий при вибрационных испытаниях в модуле Total Deformation.

Рисунок 3. Смещение изделий

Уже на данном этапе испытаний можно сделать вывод, что результаты неудовлетворительны, так как максимальное смещение слишком большое, следовательно произойдет разрушение системы.

В результате исследования испытаний удовлетворительная погрешность не была достигнута.