Výzkum a vývoj v automobilovém průmyslu 2011
„Numerické simulace a zkušebnictví ve vývojovém cyklu automobilu“ Lázně Bělohrad, 10.11.2011
Únavové vibrační zkoušky ve SWELL Ing. Jaromír Kejval, Ph.D.
SPEKTRUM SLUŽEB Design a předvývoj Vývojová konstrukce Technologické centrum
Lisovací nástroje Prototypy
Zkušebnictví
Numerické simulace
VÝVOJOVÁ ZKUŠEBNA
Akreditovaná zkušební laboratoř č. 1552
Pracoviště vibračních zkoušek Pracoviště komponentních zkoušek Měřicí klimatizované pracoviště Pracoviště zkoušek ve změněném klimatu
Pracoviště vibračních zkoušek Vibrační zkoušky • Frekvenční a modální analýza dílů, sestav • Měření a analýza vibrací • Vibrační životnostní zkoušky – sinus, sweep, random, shock , sine on random … • Vibrační testy za klimatických podmínek (-70 ÷ 180°C, 0 ÷ 98% r.v.) • Vibrační testy za vysokých teplot – až do 1000°C • Vlastní konstrukce a výroba přípravků • Možnosti monitoringu, zákaznické požadavky …
Technické vybavení • Vibrační elektrodynamické systémy 1,6 kN / 22 kN / 35 kN – včetně kluzných stolů – vibrace ve všech osách XYZ • Externí klimatická komora pro vibrační systémy • Tepelné zdroje pro zkoušky za vysokých teplot – až 1200°C • Mobilní vybavení pro modální analýzu a sběr dat v terénu
Elektrodynamický vibrační stroj Výkon charakterizován silovým vektorem F Obvyklý frekvenční rozsah 5Hz – 2000Hz -2500Hz Varianty provedení zařízení –vertikální a horizontální vibrace Zpětnovazební řízení pomocí řídícího akcelerometru
Použití : Typické vibrační zkoušky Zkoušky
vibrační odolnosti Vibrační analýza vlastních frekvencí a tvarů Kombinované vibrační zkoušky – vibrace & teplota & provozní zátěž Analýza stavu dílů před a po zkouškách – proměření přenosových funkcí
Teorie vibrační systémy – 1DOF Teorie
Buzení
r Fi , &x&in
Dynamický systém
Odezva
&x&out
&x&out ( f ) &x&out ( f ) A( f ) = , nebo &x&in ( f ) F( f )
F m
k xin
xout b
Únavové zkoušky Nízkocyklová, vysokocyklová únava materiálu Woehlerovy křivky Mez únavy Způsoby zatěžování Vlivy vrubů na životnost Šíření únavových trhlin
Zkoušky celků x komponentů – význam porovnávacích testů (lepší x horší)
Únavové zkoušky – zkušební technologie Náročnost – doba, opakovatelnost, rozptyl výsledků, spolehlivost výpočtů n Elektromechanické pohony – točivé stroje, torze+ ohyb
F
Servopneumatické pohony , f < 10-20Hz Servohydraulické pohony, f < 50Hz
m
Resonanční stroje, nutnost min. tuhosti dílu
Využití elektrodynamických systémů ??
Systém RUMUL
Únavové vibrační zkoušky Řízení zkoušky na odezvu zrychlení
Acc 2 hmota
Acc 2 hmota
!
F = m⋅ a = konst Acc 1
Acc 1
Armatura
Armatura
Porovnávací vývojové zkoušky Řízené udržování dílů na vlastní frekvenci Cílem je konstantní odezva na acc2, Řízení na acc1 nebo acc2 (1 nebo více dílů) Naladění vlastní frekvence pomocí přídavných hmot, okrajových podmínek Střídavé zatěžování – náhodné x harmonické vibrace Možnost počítat počty cyklů, zátěžnou amplitudu zrychlení – síly, napětí Pro drobnější díly nutnost bezkontaktního měření - optika
Únavové vibrační zkoušky Test laserového spoje - ohyb Response acc. Control acc.
Modal shape No,1 Actual time response data
TF=response acc./control acc. TF=transfer function
Long time data - average Direction of vibration
Control acc.
Response acc.
The graphs shows data just before the damage of test specimen
Únavové vibrační zkoušky Test svarového spoje - ohyb
Fvm location of the accelerometer
additional mass (nut) - mn
additional mass (screw) - ms crank (mass = mc)
A
rB
MA FB rA
Řízení na zrychlení MB
A cce l e ra ti o n (G p e a k)
Únavové vibrační zkoušky Test svarového spoje – Tah, tlak load dynamic mass
Ch2 Ch1 Control Demand
Acceleration vs. Time 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
25
30
35
40
25
30
35
40
25
30
35
40
T ime (Min)
Transmissibility vs. Time (reference = Ch1) 25
R a ti o (G /G )
dynamic load cell
20 15 10 5 0
test sample
0
5
10
15
20
T ime (Min)
Ch2/Ch1
Force vs. Time 800 600 400 200 0
0
5
10
15
20
T ime (Min)
Ch3 Force
Frequency vs. Time 345
F re q u e n cy (H z)
test jig & armature
F o rce (N p e a k)
1000
340 335 330 325 320 315
0
5
10
15
20
T ime (Min) Frequency
Řízení zkoušky na sílu – princip rezonanční stroj, střídavé zatěžování
Měření dynamické tuhosti lůžek Využití opěrného rámu
Rám
Dynamický siloměr
dynamic load cell
Laser dráhoměr
test samples
Lůžka
600
500
Armatura - shaker Tuhost (N/mm)
400
300
200
100
0 0
50
100
150
Frekvence (Hz)
200
250
300
Závěr Vyvinuta a ověřena nová efektivní metoda komponentních únavových zkoušek. Výhody • Vysoká efektivita únavových zkoušek • Realizace na frekvencích typicky 100 – 1000 Hz (550Hz = cca 2 mil cyklů/hod) • Použitelnost standardních vibračních elektrodynamických systémů • Velká variabilita – volba okrajových podmínek pro simulaci reálného zátěžného stavu • Možnost přímého řízení na sílu a počítání cyklů • Pro porovnávací zkoušky možnost testovat více vzorků současně • Uplatnění i pro jiné typy zkoušek
Nevýhody • Převážně na drobnější díly • Silová zátěž od jednotek N až po cca cca 5kN • Jednodušší pouze pro střídavá zatěžování • Pro vzorky s vyšší tuhostí – definuje vlastní frekvenci •
Děkuji za pozornost
