7.2. Thử nghiệm hình sin

Phương pháp thử nghiệm hình sin là phương pháp kích thích lâu đời nhất đối với thử nghiệm động học. Phương pháp này được mô tả ở TCVN 7699-2-6 (IEC 60068-2-6).

7.2.1. Ưu điểm

Thử nghiệm hình sin có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phương tiện và thiết bị thử nghiệm đơn giản, ít tốn kém hơn và đặc biệt hữu dụng cho các mục đích chẩn đoán trong quá trình thử nghiệm rung thiết kế/phát triển.

Thử nghiệm hình sin dễ hiểu và đáp ứng rung có thể được hiển thị dễ hơn. Do đó, hình sin được sử dụng để khảo sát đáp ứng hệ thống, nhiều khi bằng cách sử dụng chiếu sáng bằng đèn chớp sáng ở các biên độ nhìn thấy được.

Thử nghiệm hình sin có thể được sử dụng để thực hiện thử nghiệm mỏi biên độ không đổi trong thời gian ngắn (các thử nghiệm gia tốc, xem 4.3). Bằng cách sử dụng các tần số cộng hưởng của mẫu thử, có thể làm tăng các lực thử nghiệm với các lực rung lắc giới hạn.

7.2.2. Nhược điểm

Trong khi thử nghiệm hình sin, có thể xảy ra các biên độ đáp ứng phi thực tế do hiệu ứng cộng hưởng, kiểu và vị trí sai hỏng mà thử nghiệm gây ra có thể là không thực tế.

Thực nghiệm chỉ ra rằng đôi khi ít có sự tương quan giữa các kết quả thử nghiệm hình sin (các sai hỏng trong khi thử nghiệm) và tuổi thọ làm việc của mẫu (sai hỏng trong khi sử dụng). Do đó, để đánh giá các kết quả thử nghiệm hình sin cần có nhiều kinh nghiệm hơn nhiều và cần thực hiện quá trình đánh giá.

...

...

...

Phương pháp thử nghiệm ngẫu nhiên được sử dụng phổ biến và được mô tả chính xác ở TCVN 7699-2-64 (IEC 60068-2-64).

7.3.1. Ưu điểm

Hầu hết các môi trường vận chuyển về bản chất là ngẫu nhiên.

Nếu thông tin có được về môi trường rung cho thấy không có thành phần hình sin, thì thử nghiệm ngẫu nhiên là phương án thay thế phù hợp cho thử nghiệm chế độ hỗn hợp.

Nhiều cộng hưởng được kích thích đồng thời, nhưng các đáp ứng cộng hưởng có cường độ yếu hơn so với khi thử nghiệm hình sin; do đó, ít có khả năng xảy ra hư hại do mỏi không thực tế do đáp ứng cộng hưởng.

CHÚ THÍCH: Xem ASTM D4728.

7.3.2. Nhược điểm

Thiết bị thử nghiệm đắt hơn, phức tạp hơn và yêu cầu nhân viên có nhiều kinh nghiệm hơn tiến hành các thử nghiệm.

7.4. Thử nghiệm chế độ hỗn hợp

...

...

...

7.4.1. Ưu điểm

Phương pháp thử nghiệm này cho phép kết hợp các loại môi trường kích thích rung khác nhau với trọng số khác nhau. Phương pháp này bao gồm thử nghiệm ngẫu nhiên và hình sin:

- hình sin trên ngẫu nhiên (SoR);

- ngẫu nhiên trên ngẫu nhiên (RoR)

- hình sin trên ngẫu nhiên trên ngẫu nhiên (SoRoR).

Các phương pháp thử nghiệm hỗn hợp thể hiện kỹ thuật đỉnh cao đạt được hiện nay, thực hiện được thử nghiệm trong phòng tạo ra một đáp ứng rung gần hơn với các điều kiện trong sử dụng. Do đó, cơ chế và vị trí sai hỏng gần với thực tế hơn so với các phương pháp thử nghiệm khác.

7.4.2. Nhược điểm

Phép đo ban đầu cũng như phương pháp thử nghiệm đều cần có một sự mô tả chính xác thành phần ngẫu nhiên và thành phần hình sin của tín hiệu rung. Tính phức tạp yêu cầu đối với phép đo và phân tích dữ liệu cao hơn nhiều so với thử nghiệm ngẫu nhiên hoặc hình sin.

Thử nghiệm chế độ hỗn hợp cần các lực kích thích đỉnh lớn hơn, và do đó, cần có thiết bị thử nghiệm công suất lớn hơn so với thử nghiệm hình sin hoặc thử nghiệm ngẫu nhiên ở độ khắc nghiệt như nhau.

...

...

...

8.1. Tổng quan

Nếu được quy định trong quy định kỹ thuật liên quan, cần đo đáp ứng rung của mẫu thử trước và sau thử nghiệm sức chịu đựng để xem liệu mẫu thử có thể hiện các thay đổi về đáp ứng động do suy giảm về cơ ở dạng nào đó, ví dụ như mỏi hoặc mòn.

Nếu được quy định trong thử nghiệm rung ngẫu nhiên TCVN 7699-2-64 (IEC 60068-2-64), cần đo độ nhọn của cộng hưởng mẫu thử trước khi thử nghiệm sức chịu đựng bằng cách khảo sát đáp ứng rung, nhằm xác định độ phân giải tần số đối với quy trình kiểm soát.

Thông tin hữu ích về mẫu thử sẽ nhận được bằng cách đo các đặc tính rung của toàn bộ mẫu thử hay một số bộ phận của mẫu thử, ví dụ, các đáp ứng từ các điểm đo khác nhau của kết cấu.

Nếu xảy ra các vấn đề đối với bản thân hệ thống thử nghiệm rung, phép đo các đặc tính đáp ứng của hệ thống với mẫu thử đã được tháo ra sẽ cung cấp thông tin có ích để giải quyết các vấn đề này.

Tiêu chuẩn này giúp lựa chọn phương pháp kích thích phù hợp cho việc khảo sát đáp ứng rung. Điều này có thể thực hiện bằng kích thích hình sin hoặc kích thích ngẫu nhiên và nên được lựa chọn một cách độc lập với phương pháp thử nghiệm môi trường đã chọn, ví dụ, có thể tiến hành khảo sát bằng kích thích hình sin khi phơi nhiễm môi trường là ngẫu nhiên và điều ngược lại cũng có thể được sử dụng. Bảng 2 nêu các phương pháp ưu tiên để khảo sát đáp ứng rung.

8.2. Mục đích, mục tiêu

Cần phải khảo sát đáp ứng rung của mẫu thử khi được quy định trong quy định kỹ thuật liên quan. Mục đích của việc khảo sát đáp ứng rung là như sau:

a) xác định các tần số tới hạn và/hoặc hệ số tắt dần để lựa chọn các điều kiện thử nghiệm sức chịu đựng;

...

...

...

c) nghiên cứu đặc tính bằng đèn chớp sáng để nghiên cứu các đặc tính động khi chịu rung hình sin;

d) đo khả năng truyền dẫn hoặc hàm truyền giữa các điểm trên mẫu thử để nghiên cứu các đặc tính động của mẫu thử;

e) đo hệ số tắt dần ở các tần số cộng hưởng để nghiên cứu các đặc tính động của mẫu thử;

f) đo tính phi tuyến của đáp ứng của mẫu thử để khảo sát các khe hở, tiếng lạch cạch, bulông lỏng, tăng hoặc giảm lực lò xo;

g) đo độ méo (dung sai tín hiệu) trong các điều kiện thử nghiệm có mẫu thử để xác định chất lượng của thử nghiệm, hoặc không có mẫu để xác định chất lượng của phương tiện thử nghiệm;

h) đo tính phi tuyến của phương tiện thử nghiệm để khảo sát các bộ phận bị nới lỏng hoặc sự hoạt động của bộ khuếch đại (tính năng).

Phương pháp kích thích nên được nêu trong quy định kỹ thuật liên quan. Khi cần so sánh các tần số tới hạn trước và sau thử nghiệm sức chịu đựng, nên sử dụng cùng một phương pháp kích thích, cùng một quy trình và cùng một mức rung, cùng các vật cố định và các điểm cố định cho cả trước và sau thử nghiệm.

8.3. Kích thích hình sin

Kích thích hình sin được khuyến cáo

...

...

...

b) để quan sát đặc tính của mẫu thử bằng cách sử dụng đèn chớp sáng,

c) khi nghi ngờ tính phi tuyến của đáp ứng mẫu thử,

d) để phát hiện các tần số tới hạn sinh ra tiếng lạch cạch hoặc lóc cóc bên trong mẫu.

Cấn lưu ý rằng kích thích hình sin có thể gây ra cộng hưởng kéo dài và ứng suất cộng hưởng quá mức cho mẫu thử.

8.4. Kích thích ngẫu nhiên

Kích thích ngẫu nhiên có hiệu ứng tuyến tính hóa lên mẫu thử có kết cấu phi tuyến. Do đó, chỉ có thể sử dụng kích thích ngẫu nhiên để phát hiện hoặc đo các tần số cộng hưởng, hệ số tắt dần, tính truyền dẫn và/hoặc hàm truyền khi dự kiến mẫu thử sẽ thể hiện đặc tính tuyến tính ở mức khảo sát đáp ứng so với mức thử nghiệm thực tế.

Tuy nhiên, khi ước lượng các hàm đáp ứng tần số của các hệ thống được ngờ là có các đặc tính phi tuyến, nên sử dụng các đầu vào thực tế hoặc các mô phỏng chính xác trong phòng thí nghiệm của các đầu vào thực tế, thay vì các đầu vào tự chọn trong phòng thí nghiệm. Thực vậy, trong trường hợp này, kết quả sẽ là xấp xỉ tuyến tính tốt nhất có thể theo nghĩa bình phương nhỏ nhất đối với hàm đáp ứng tần số trong các điều kiện đầu vào quy định.

Khuyến cáo sử dụng kích thích ngẫu nhiên khi kích thích hình sin được dự kiến có thể gây ra cộng hưởng kéo dài và ứng suất cộng hưởng quá mức cho mẫu thử.

Thông thường, thời gian kích thích đối với kích thích ngẫu nhiên với phép đo 120-200 độ tự do (DOF) ngắn hơn so với thời gian kích thích của phương pháp quét hình sin. 120-200 độ tự do được coi là đủ để đo ASD. Các độ tự do nhỏ hơn 120 có thể được sử dụng để đo tính truyền dẫn hoặc hàm truyền với độ chính xác thống kê giảm dần.

...

...

...

8.5. Khảo sát vấn đề rắc rối (phát hiện rắc rối)

Các rắc rối trong khi thử nghiệm, ví dụ như tiếng ồn hoặc tiếng lạch cạch quá mức, có thể được tạo ra do lỏng lẻo hoặc các cộng hưởng trong cơ cấu lắp. Để phát hiện nguyên nhân của loại rắc rối này, khuyến cáo sử dụng kích thích hình sin và tuân thủ các lịch sử-thời gian của tín hiệu kích thích trong khi thử nghiệm. Sai lệch so với dạng sóng hình sin nhiều khi là do tiếng lạch cạch và các khe hở gây ra.

Có thể phát hiện các rắc rối về thiết bị thử nghiệm (bộ khuếch đại công suất, máy rung lắc) bằng cách sử dụng kích thích ngẫu nhiên. Cần so sánh tính truyền dẫn (tín hiệu truyền động, tín hiệu bàn rung) với các phép đo trước đây thu nhận được trong các thử nghiệm lắp đặt bàn giao hoặc sau khi thực hiện bảo trì trên hệ thống.

8.6. Các tiêu chí đạt/không đạt về yêu cầu không hỏng

Có thể sử dụng các thay đổi về tần số tới hạn trước và sau thử nghiệm độ bền, như mô tả ở 8.2 b), làm các tiêu chí đạt/không đạt.

Trong các trường hợp này, quy định kỹ thuật liên quan phải quy định chế độ rung được áp dụng hoặc xác định, có tham chiếu mẫu thử (ví dụ tần số cộng hưởng thấp nhất), các điểm đo tương ứng, trục kích thích và cách lắp mẫu thử.

Đặc tính kích thích (rung hình sin hay ngẫu nhiên) phải được quy định, ghi nhớ là hai phương pháp kích thích này có thể cho kết quả khác nhau đặc biệt đối với các cộng hưởng phi tuyến. Nói chung, khuyến cáo sử dụng kích thích ngẫu nhiên, tuy nhiên khuyến cáo sử dụng kích thích hình sin cho các khảo sát chính xác, xem Bảng 2.

Độ khắc nghiệt (dải tần số, mức rung và khoảng thời gian rung) cũng phải được quy định.

Một trong các thay đổi lớn nhất cho phép tính bằng phần trăm dưới đây (giảm tần số) đối với các chế độ kích thích đó phải được quy định trong quy định kỹ thuật liên quan:

...

...

...

Thay đổi tương ứng (giảm) về độ cứng vững tính bằng phần trăm là

4 - 10 - 19 - 36 % (giá trị được làm tròn).

Điều thiết yếu là phải sử dụng độ chính xác đủ trong phép đo tần số khi cần phát hiện các thay đổi nhỏ về tần số. Sử dụng kích thích ngẫu nhiên, có thể đạt được điều này bằng cách tăng độ phân giải tần số trong máy phân tích. Độ phân giải tần số tăng cao sẽ yêu cầu kéo dài thời gian phân tích.

Độ không chính xác lớn nhất về tần số được khuyến cáo như dưới đây:

0,1 - 0,2 - 0,5 - 1 % tương ứng với CCF, như nêu trên.

Có thể tính toán mức thay đổi tần số thực tế bằng cách sử dụng các giá trị đo được đã hiệu chuẩn theo độ không chính xác của phép đo.

Nếu f₁ và f₂ là các tần số đo được trước và sau khi thử nghiệm (giả sử f₂<f₁) và độ không chính xác của phép đo là Df thì mức thay đổi phần trăm thực tế của tần số tới hạn là trong khoảng:

- nhỏ nhất [(¦₁ - Ѧ) - (¦₂ + Ѧ)]/¦₁

- lớn nhất [(¦₁ - Ѧ) - (¦₂ - Ѧ)]/¦₁

...

...

...

Độ không chính xác lớn nhất được khuyến cáo như ở trên sẽ chỉ ra các CCF trong khoảng

1,8 - 2,2 % (CCF= 2 %)

4,6 - 5,4 % (CCF= 5 %)

9,0 - 11,0 % (CCF= 10 %)

18 - 22 % (CCF= 20 %)

8.7. Thông tin cần nêu trong quy định kỹ thuật liên quan

Khi tiêu chí đạt/không đạt dựa trên thay đổi tần số tới hạn được đưa vào trong quy định kỹ thuật liên quan thì phải nêu các chi tiết dưới đây liên quan đến các phép đo tần số:

a) cách lắp mẫu thử;

b) chế độ rung hoặc ký hiệu nhận biết;

...

...

...

d) trục kích thích;

e) đặc tích kích thích (hình sin hoặc ngẫu nhiên);

f) độ khắc nghiệt kích thích;

g) thay đổi lớn nhất cho phép của tần số tới hạn;

h) độ không chính xác lớn nhất của phép đo tần số.

Bảng 2 - Phương pháp khảo sát đáp ứng khuyến nghị

Các thuộc tính

Phương pháp ưu tiên

Khảo sát chính xác

...

...

...

Các đặc tính rung của mẫu

Hàm truyền (tính truyền dẫn)

Hình sin

Ngẫu nhiên

Tần số cộng hưởng

Hình sin

Ngẫu nhiên

Hệ số tắt dần

Hình sin

...

...

...

Tính phi tuyến của mẫu thử: khảo sát các khe hở, tiếng lạch cạch, méo, tăng hoặc giảm lực lò xo

Hình sin (kiểm tra lịch sử-thời gian dạng sóng)

Các chế độ rung bằng cách sử dụng đèn chớp sáng

Hình sin

Đạt/không đạt, trường hợp tổng quát

Ngẫu nhiên

Khảo sát vấn đề rắc rối của thiết bị thử nghiệm

Phát hiện rắc rối, có lắp hoặc không lắp mẫu thử

Hình sin (kiểm tra dạng sóng)

...

...

...

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] IEC 60721-3-0:1984, Classification of environmental conditions - Part 3-0: Classifications of groups of environmental parameters and their severities - Introduction (Phân loại điều kiện môi trường - Phần 3-0: Phân loại các nhóm các thông số môi trường và độkhắc nghiệt của chúng - Giới thiệu)

[2] DIN 30787-2: 1998, Transportation loads; Measurement and analysis of dynamic-mechanical loads - Part 2: Data acquisition and general requirements for measuring equipment (Tải chuyên chở; Đo lường và phân tích tải động học-cơ - Phần 2: Thu thập dữ liệu và yêu cầu chung đối với thiết bị đo)

[3] DIN 30787-3: 1998, Transportation loads; Measurement and analysis of dynamic-mechanical loads - Part 3: Data validity check and data editing for evaluation equipment (Tải chuyên chở; Đo lường và phân tích tải động học-cơ - Phần 3: Kiểm tra giá trị dữ liệu và chỉnh sửa dữ liệu đối với thiết bị đánh giá)

[4] DIN 30787-4: 1999, Transportation loads; Measurement and analysis of dynamic-mechanical loads - Part 4: Data analysis equipment (Tải chuyên chở; Đo lường và phân tích tải động học-cơ - Phần 4: Thiết bị phân tích dữ liệu)

[5] DIN 30787-5: 1999, Transportation loads; Measurement and analysis of dynamic-mechanical loads - Part 5: Data Derivation of test specification equipment (Tải chuyên chở; Đo lường và phân tích tải động học-cơ - Phần 5: Nguồn gốc dữ liệu của thiết bị quy định kỹ thuật thử nghiệm).

[6] ASTM D4728:1995, ASTM Standard D4728-95: Standard test method for method random vibration testing of shipping containers (Tiêu chuẩn ASTM D4728-95: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn dùng cho thử nghiệm rung ngẫu nhiên các contênơ vận chuyển)

[7] IES-RP-DET 012.1, Institute of Environmental Sciences and Technologies, IES Recommended Pratice 012.1 - Handbook for dynamic data acquisition and analysis (Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, IEC Khuyến cáo thực tiễn 012.1, - Sổ tay hướng dẫn thu thập và phân tích dữ liệu động)

...

...

...

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Mô tả các phương pháp thử nghiệm rung

5. Môi trường rung của mẫu thử

6. Ước lượng các điều kiện động “thực tế” đối với mẫu thử

...

...

...

8. Khảo sát đáp ứng rung của mẫu thử

Thư mục tài liệu tham khảo

1 Theo Randall và các tác giả khác, xem Thư mục tài liệu tham khảo

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7699-3-8:2014 (IEC 60068-3-8:2003) về Thử nghiệm môi trường - Phần 3-8: Tài liệu hỗ trợ và hướng dẫn - Lựa chọn trong số các thử nghiệm rung