WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 15 работ (6 статей, 8 в сборниках трудов, 1 в сборнике тезисов докладов конференций), 4 из которых в рецензируемых изданиях, 1 положительное решение на изобретение РФ, подана заявка на изобретение РФ. Общее количество опубликованных материалов составляет 74 страницы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 216 страницах машинописного текста и состоит из 4 глав основной части, выводов, списка литературных источников из 84 наименований, приложений А, Б и В на 54 страницах, содержащих акты внедрения результатов исследований в производство, копию патента №2336507 «Способ калибровки в циклическом режиме нагружения машин для испытаний на усталость», результаты экспериментальных исследований и их статистическую обработку. В диссертационной работе содержится 51 рисунок и 62 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показано состояние проблемы, сформулированы основные направления, цели, задачи исследования и обоснована актуальность научно-практической реализации задач нормативно-методического и технического (приборного) метрологического обеспечения функционирования испытательных систем в динамическом режиме.

В первой главе рассматриваются основные недостатки метрологического контроля машин для испытания на усталость. Показано, что, если соосность приложения нагрузки может контролироваться технологически, то значение динамической составляющей погрешности без специальных средств может быть определено только расчетным путем.

Описываются объекты исследования, основные типы измерительных устройств, применяемых при проведении испытаний, их нормированные метрологические характеристики, методы и средства их метрологической аттестации. Показана актуальность решения задач метрологического обеспечения механических испытаний на усталость, заключающаяся в необходимости повышения точности измерения силы при усталостных испытаниях. Неточность определения механических характеристик приводит к значительным экономическим потерям в случае отбраковки пригодного материала и катастрофическим последствиям при разрушении конструкции, изготовленной из не отвечающего требованиям материала. Низкая сходимость серии испытаний на многоцикловую усталость, являющаяся следствием больших значений погрешности силоизмерения, приводит к непризнанию результатов дорогостоящих испытаний.

Во второй главе анализируются существующие в мировой практике методы калибровки канала силы в динамическом режиме нагружения разработанные в 70-80-х годах прошлого века, отмечаются их основные недостатки, которыми являются отсутствие универсальности, несовершенство используемых средств калибровки и методов расчета динамической составляющей погрешности, несоответствие заявленного в них технического уровня метрологических средств современным нормам. Приводятся свидетельства того, что данные методики не используются на протяжении нескольких десятков лет.

Разработана математическая модель динамических процессов в нагружающих устройствах машин типа УРС, ГРМ, МИУ для получения значений динамической составляющей погрешности аналитическим способом. Уравнения, колебаний нагружающего устройства испытательных машин, получено из эквивалентных механических схем замещения, показанных на рисунке 1а для машин УРС, МИУ и рисунке 1б для ГРМ.

На рисунке 1 а приняты следующие обозначения: C1 - жесткость траверсы и масляной подушки, С2 – жесткость колонны, C3 – жесткость образца, C4 – жесткость траверсы и датчика, m1 – масса поршня и нижнего захвата, m2 – масса траверсы, m3 – масса верхнего захвата, R1 – неупругое сопротивление в цилиндре, 1, 2, 3 – смещения масс m1, m2, m3.

а б

Рисунок 1 - Эквивалентные механические схемы замещения для машин УРС, МИУ (а) и для машины ГРМ (б)

На рисунке 1 б приняты следующие обозначения: C1 - жесткость траверсы, С2 – жесткость колонны, C3 – жесткость винта, C4 – жесткость траверсы, цилиндра и масляной подушки, C5 – жесткость образца; m1 – масса поршня и моторной траверсы, m2 – масса траверсы цилиндра, m3 – масса подвижной траверсы и верхнего захвата, m4 – масса нижнего захвата; R1 – неупругое сопротивление в цилиндре, R2 – неупругие сопротивления в направляющих; 1, 2, 3 4 – смещения масс m1, m2, m3, m4.

В предложенной модели определены резонансные частоты системы. Установлено, что в нагружающие устройства всех рассматриваемых машин работают в до резонансной области частот. Системы дифференциальных уравнений описывающих вынужденные колебания систем машин показаны ниже. Система уравнений (1) для машин УРС и МИУ и система уравнений (2) для ГРМ.

(1)

(2)

В результате решения систем уравнений (1) и (2) получены следующие выражения для определения значения относительной динамической составляющей погрешности:

Для машин УРС и МИУ:

, (3)

для машины ГРМ:

(4)

В работе рассмотрены конкретные машины данного типа: УРС-20 с предельной нагрузкой 200 кН и частотой нагружения до 50 Гц, ГРМ с предельной нагрузкой 500 кН и частотой до 12 Гц и МИУ-500К с предельной нагрузкой 500 кН и частотой нагружения до 50 Гц. Машины УРС-20 и ГРМ были выбраны в связи с их широким применением (это самый массовый выпуск в истории испытательной техники). Машина МИУ-500К была выбрана как самая высокочастотная сервогидравлическая испытательная машина, выпущенная в России из числа машин с современной кинематикой нагружающего устройства.

Приведены значения относительной динамической погрешности для этих машин, рассчитанные с использованием предложенных математических моделей. Сравнение их значений приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 –Зависимость относительной динамической погрешности от частоты нагружения для машин УРС-20, МИУ-500 и ГРМ

Приведены, разработанные автором, методики калибровки испытательной техники в динамическом режиме нагружения и определения относительной динамической погрешности пикового и амплитудного значения нагрузки.

Определение пикового значения относительной динамической погрешности (первая методика) дает возможность оценить значение динамической составляющей погрешности в точке экстремума функции, что само по себе важно при проведении калибровки испытательного оборудования и его аттестации как средства измерения. Однако, для самого эксперимента, более целесообразно определение погрешности измерения амплитудного значения нагрузки а. Это связано с тем, что именно этот параметр контролируется в процессе испытания. В результате испытания на усталостную прочность при любом значении коэффициента асимметрии цикла строят кривую усталости в координатах а – N (Вёллера), при несимметричном цикле обычно строят диаграмму предельных амплитуд а – m (диаграмму Хейя). Во всех этих случаях в расчетах применяется именно амплитудное значение напряжения а, и только в редких случаях, при несимметричном цикле строят диаграмму предельных напряжений цикла в координатах max, min - а (диаграмму Смита). Для этого можно использовать вторую методику. Такая методика является универсальной для любого случая нагружения, как симметричного, так и несимметричного. Методика калибровки по пиковому значению согласована с ГЦИ СИ «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» г.С-Петербург и включена в комплект технической документации серийно выпускаемых машин типа МИУ в качестве методики калибровки канала силы в динамическом режиме.

Описывается средство калибровки – динамометр переменных сил, используемое в соответствии с методикой калибровки как компаратор. За прототип этого динамометра принят динамометр образцовый электрический типа ДОРЭ. Для обеспечения возможности зажатия образца в гидравлических захватах различных конструкций и исключения проскальзывания в захватах динамометр имеет гладкие цилиндрические концы с головками. Напряжения в местах наклейки тензорезисторов рассчитаны с учетом сохранения динамометром своих метрологических с свойств при динамическом нагружении.

Рисунок 3 - Динамометр переменных сил с пределом нагрузки 200 кН

В третьей главе описываются эксперименты по калибровке машин типа УРС-20, ГРМ и МИУ в динамическом режиме нагружения по разработанной методике и с использованием разработанного динамометра переменных сил.

Статистическая обработка полученных результатов показала, что имеет место нормальный закон распределения вероятностей всей совокупности результатов, который был подтвержден по статистическому критерию Пирсона. Относительная ошибка измерений, по каждой из полученных выборок данных, не превышала значений приборной погрешности. Была получена высокая воспроизводимость результатов измерений. Результаты калибровки и сравнение значений относительной динамической погрешности полученных при помощи математической модели и экспериментально показаны на рисунках 4, 5, 6. Из рисунков видно, что значения относительной погрешности силоизмерения, полученные расчетным путем, занижены по сравнению с экспериментальными.

Рисунок 4 - Зависимость расчетных и экспериментальных значений относительной динамической погрешности от частоты нагрузки для машины типа УРС-20

Рисунок 5 - Зависимость расчетных и экспериментальных значений относительной динамической погрешности от частоты нагрузки для машины типа ГРМ

Рисунок 6 - Зависимость расчетных и экспериментальных значений относительной динамической погрешности от частоты нагрузки для машины типа МИУ-500

Особенно велика разница между расчетными и экспериментальными значениями для машин УРС и ГРМ. Это является следствием упрощений, допущенных при расчете. В частности допущение о том, что все детали оказывающие влияние на значение динамической погрешности закреплены друг с другом жестко. Однако, предварительное напряжение всех элементов нагружающего устройства при нагрузке превышающей рабочую стало применяться в конце 70-х годов. В машинах УРС и ГРМ предварительное напряжение не реализовано, что в свою очередь означает меньшую жесткость нагружающего устройства по сравнению с расчетными. В связи с этим, перемещение инертной массы значительно больше расчетной, а значение динамической погрешности имеет прямую зависимость от перемещения инертной массы.

Оценить расчетным способом снижение жесткости в соединительных элементах нагружающего устройства не представляется возможным. В «НИКЦИМ Точмашприбор» проводился эксперимент с целью определения влияния предварительного напряжения соединительных частей нагружающего устройства с превышением номинальной нагрузки на жесткость нагружающего устройства. В результате эксперимента было показано, что при отсутствии предварительного напряжения с нагрузкой 4-х соединительных частей нагружающего устройства, его жесткость падает в 10-12 раз. В испытательных машинах типа УРС и ГРМ таких соединительных частей более 10, чем и объясняется результат эксперимента.

Результат проведенной калибровки свидетельствует о недопустимо высоком значении динамической составляющей погрешности на некоторых частотах у машин УРС и ГРМ. Полученные значения не отвечают требованиям как отечественных, так и зарубежных стандартов и другим нормативным документам. Машина типа МИУ отвечает требованиям технической документации.

В четвертой главе приводятся рекомендации по внесению изменений в стандарты на испытательную технику заключающиеся в изменении пределов допустимых значений ряда погрешностей в сторону уменьшения, исключении ограничений по конструктивным особенностям машин. Все приведенные рекомендации направлены в Технический комитет 311 «Машины и приборы для определения механических свойств материалов» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии и включены в «Перспективную программу развития национальных стандартов в научно-технической и производственной сферах на 2008-2012 годы».

Даны рекомендации по изменению конструкции силовой рамы машины с целью снижения значения динамической составляющей погрешности. Они включают обоснованное с точки зрения металлоемкости повышение жесткости нагружающего устройства, уменьшение количества соединительных элементов в силовой цепи, предварительное натяжение всех соединительных элементов с нагрузкой, превышающей испытательную до 20%, снижение инерционной массы, выбор места расположения датчика силы с точки зрения действия на него наименьшей инерционной массы, внесение поправочного коэффициента в результат измерения.

Описана разработанная система измерения с автоматическим определением силы инерции и учета поправочного коэффициента. Сущность состоит в том, что на пассивном захвате установлен акселерометр, который через блок измерения ускорения подключен к системе измерения силы, приложенной к испытываемому образцу. Измерение силы, приложенной к образцу, производится при помощи сигналов, полученных от электротензометрического датчика силы и от акселерометра. Обработка сигналов при помощи ЭВМ позволяет внести поправку в значение силы, приложенной к образцу, на значение силы инерции, возникающей от инерционного движения массы, находящейся между датчиком силы и образцом и вносящей погрешность в измерение приложенной к образцу силы, в соответствии с выражением (7).

, (7)

, (8)

где F – приложенная к образцу сила с учетом силы инерции;

Fизм – измеренное датчиком значение силы приложенной к образцу;

Fин – сила инерции;

m – масса колеблющихся элементов находящихся между датчиком силы и испытываемым образцом (пассивный захват)

а – ускорение колеблющихся элементов находящихся между датчиком силы и испытываемым образцом (пассивный захват) измеренное акселерометром.

Учет влияния силы инерции на датчик силы производится на каждом цикле испытания в автоматическом режиме Суммарная погрешность силоизмерения уменьшается за счет исключения динамической составляющей погрешности.

Рисунок 7 - Машина испытательная для механических испытаний материалов на усталость с системой автоматического учета силы инерции

В состав этой машины входят нагружающее устройство, содержащее основание 1, колонны 2, траверсу 3, силовой привод нагружения 4, захваты 5 и 6 (активный и пассивный), электротензометрический датчик силы 7, датчик перемещения активного захвата 8, датчик деформации (тензометр) 9, акселерометр 10, блок измерения силы 11, блок измерения ускорения пассивного захвата 12, блок измерения деформации образца 13, блок измерения перемещения активного захвата 14, ЭВМ 15, блок управления 16 и линии связей ЭВМ с блоками измерения и управления 17-26.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Итоги проведения теоретических и экспериментальных исследований и предложенные технические решения, можно сформулировать в виде следующих общих выводов:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»