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6.2 随机振动复验的特殊考虑因素

在4.1节中,要求有足够的鉴定试验量级和持续时间来完成验收复验。虽然该段没有要求任何具体元器件验收复验次的数,但是必须注意:飞行设备在其使用寿命过程中可能需要额外的验收随机振动试验(除了初始验收随机振动试验外)。因此,需要通过一种方法来确定已经进行了多次随机振动验收试验的元器件的剩余振动寿命,从而证明元器件有足够的可用寿命来进行复验以及后续操作。

有两种方法可以评估剩余的随机振动寿命。如果鉴定随机振动试验提供了合适的响应加速仪数据,则应使用第一种方法。在使用这种方法时,必须注意确保可用的响应加速仪数据能够代表元器件中的关键疲劳位置。比如,如果一个带内部电路板的电子元器件只有来自底盘位置的响应数据,那么这些数据不足以供第一种方法使用。在设计振动环境所用电子元器件时,一种常用的“经验规则”是在任何底盘共振和任何电路板共振之间至少保持一个Oct距离(所谓的“Oct规则”)。因此,使用这种方法,只能根据底盘共振给出使用寿命,不能为关键内部电路板提供合适的寿命数据。

如果没有合适的响应数据,应采用第二种方法。这种方法利用了相关环节的复合均方根(rms)加速度输入来确定剩余的使用寿命。

如果设备中只有一些(而不是所有)疲劳关键位置有合适的响应数据,那么应同时使用第一种方法(针对没有响应数据的位置)和第二种方法,通过更保守的结果确定设备使用寿命。

不管采用哪种方法,都应特别关注如何选择疲劳指数 b 。这个指数值对使用寿命计算结果有显著影响,因而必须认真选择。如果使用的数值大于4,应记录下来,并需要根据设备材料和设计方案进行技术证明。如果可用数据表明应使用小于4的数据,则应采用这个较低的数值。

一般来说,这种方案假定除了验收试验和发射(比如运输、在轨和返回/降落)外的使用寿命随机振动环境显著低于验收和发射数值,因此可以忽略。不过,应评估所有操作寿命环境,如果认为除了验收和发射环境以外的一个操作环境会导致疲劳损害的累积,则应按照本手册为飞行定义的方式考虑此环境,并在计算可用剩余验收试验时间时包含它。

如果按照本手册所述的方式定义试验环境,则可以使用在验收和鉴定试验流程中记录的标称试验量级和持续时间。不过,如果飞行设备承受设施中的随机振动试验或使用与进行鉴定试验不同的试验设备(如振动器台和/或试验固件),则应使用所有试验得到的已运行加速仪和试验时间数据来取代指定的标称试验量级和持续时间。如果在鉴定或验收试验过程中的任何时刻采用响应限制,则也使用已运行试验数据。

如果根据下文所述方法分析复验能力的结果表明剩余的使用寿命不够,那么工程人员应建议采用合适的应对方式,比如不进行振动试验,进行振动试验并接受使用寿命风险,通过对原鉴定试验件进行鉴定振动试验来延长已经证明的使用寿命,或者获取其他备件。此建议应提交给国际空间站试验和验证控制委员会并由其审核。如果通过额外的鉴定试验来验证已经证明的使用寿命,则应进行评估,并记录是否对鉴定试验件进行任何返工或修复,从而确保额外的鉴定试验能够有效延长设备验证过的使用寿命。

6.2.1 第一种方法

如果随机振动鉴定试验提供了元器件响应数据,则应通过如下方法,根据元器件在共振频率下的输入加速度频谱密度(功率频谱密度)来确定剩余使用寿命。

[第1步]

根据鉴定试验的可用响应数据确定元器件共振响应频率。

针对每个共振频率 i (根据峰值共振响应)确定每个如下环境的加速度频谱密度:飞行、验收以及鉴定。

[第2步]

使用如下关系将一次飞行的接触时间转化为验收试验量级的等效时间(一次飞行为30s接触):

img

式中 t ae —等效验收试验时间;

t f —一次飞行的接触时间(30s);

img f i )—共振频率 i 下的飞行输入加速度频谱密度;

img f i )—在验收试验过程中共振频率 i 下的输入加速度频谱密度;

b —一个疲劳指数。

[第3步]

确定鉴定失败的总验收试验时间(每轴):

img

式中 t a —每个轴的随机振动鉴定验收试验时间;

t q —每个轴的随机振动鉴定试验时间;

img f i )—在鉴定试验过程中在共振频率 i 下的输入加速度频谱密度;

4—一个疲劳散射系数。

[第4步]

计算每个轴的剩余允许验收随机振动试验时间:

img

式中 t ar —每个轴上的验收试验剩余时间;

t a —方程[6.2]给出的每个轴上的总鉴定验收试验时间;

t ae —方程[6.1]给出的一次飞行过程中每个轴上的等效验收试验时间;

F —所需的飞行次数;

t au —每个轴上已经耗费的验收试验时间。如果一个元器件有多个临界共振响应频率,则应针对每个共振频率采用上述流程,并根据得到的最短验收试验时间来确定元器件的剩余寿命。

[实例]

一个元器件有如下可用数据:

f 1 = 150Hz 元器件的第一个临界共振响应频率

f 2 = 560Hz 元器件的第二个临界共振响应频率

W f 1 f 1 )= 0.04G 2 /Hz 在150Hz的飞行输入加速度频谱密度

W f 2 f 2 )= 0.008G 2 /Hz 在560Hz的飞行输入加速度频谱密度

W a 1 f 1 )= 0.04G 2 /Hz 在150Hz的验收试验输入加速度频谱密度

W a 2 f 2 )= 0.025G 2 /Hz 在560Hz的验收试验输入加速度频谱密度

W q 1 f 1 )= 0.08G 2 /Hz 在150Hz的鉴定试验输入加速度频谱密度

W q 2 f 2 )= 0.05G 2 /Hz 在560Hz的鉴定试验输入加速度频谱密度

验收试验持续时间(每个轴)为60s

鉴定试验持续时间(每个轴)为180s

飞行持续时间(一次飞行)为30s

b =4

所需的飞行次数为2。

对于第一个共振频率(150Hz)(根据方程[6.1])有

img

因此,一次飞行等效于30s的验收试验。

接下来,每个轴的总鉴定验收试验时间为(根据方程[6.2])

img

假设元器件已经进行了2次随机振动验收试验,则保持两次发射能力的剩余验收试验时间可以根据方程[6.3]得到

img

因此可知,没有验收振动复验能力。

可以使用相同的方法来计算560Hz共振的剩余时间。不过,根据150Hz共振的计算结果推断已经没有剩余寿命了,因此不需要再计算。

6.2.2 第二种方法

[第1步]

通过如下关系将一次飞行接触时间转换为验收试验量级的等效时间:

img

式中 t ae —一次飞行的等效验收试验时间;

t f —一次飞行的接触时间(30s);

G f —最大预期飞行环境的均方根(rms)加速度值(grms);

G a —每个轴验收试验环境的rms加速度值(grms)。

[第2步]

确定鉴定设备的总验收试验持续时间(每个轴):

img

式中 t a —验收振动试验在每个轴上的鉴定时间;

t q —鉴定随机振动试验在每个轴上的时间;

G q —鉴定随机振动试验环境的rms 加速度值(grms)。

[第3步]

计算在每个轴上的剩余允许验收随机振动试验时间:

img

式中 t ar —验收试验在每个轴上的剩余时间;

t a —方程[6.5]给出的每个轴上的总鉴定验收试验时间;

t ae —方程[6.4]给出的在所有操作环境下每个轴的总等效验收试验时间;

F —设备所需的飞行次数;

t au —在每个轴上已经耗费的验收试验时间。

[实例]

机架安装的内部元器件具有如下鉴定、验收和飞行随机振动环境:

鉴定= 8.6 grms(所有轴):每轴180s;

验收= 6.1 grms(所有轴)每轴60s;

飞行= 4.3 grms(所有轴)每次飞行30s,需要3次发射;

b =4。

一次飞行的等效验收试验时间(根据方程[6.4])为

img

因此,一次飞行等效于7.5s的验收试验。

接下来,计算总鉴定验收试验时间(根据方程[6.5])为

img

假设元器件已经进行了2次随机振动验收试验(所有轴),则保持3次发射能力的剩余验收试验时间(根据方程[6.6])为

img

因此可知,无法在任何轴上进行另外一次全面的验收振动试验。 daPYtP0asOK8zQ+EQcUcD4uGmbIGIs1sZbwfVKr3t4k/G7Uw9v1P+Yx6kuxZaTaU

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