Имитация испытаний на вибростенде. Гармонический анализ

[Zeloniy 2]

Здравствуйте, проконсультируйте, пожалуйста. Задача: необходимо определить изменения амплитуды виброускорений на платах при плавном изменении частоты синусоидальных вибраций. Платы закреплены в корпусе устройства, который жестко крепится к платформе стенда.

 

Сделал следующее:

1. Создал гармоническое исследование и задал необходимый диапазон частот, решение FFEPlus.

2.В корпусе (упрощенная модель) зафиксировал цилиндрические грани отверстий и верхние разделенные плоскости вокруг отверстий корпуса.

3. На грани соприкасающейся с платформой установил крепление типа ролик/ползун.

4. Втулки креплений платы к корпусу и платы закрепил штифтовым соединением цилиндрических граней отверстий (нет смещения). Оставил глобальный контакт связанные с совместной сеткой.

5. Для плат используются следующие характеристики: модуль упругости 3.02e+010 Н/м^2, модуль сдвига 1.2e+010 Н/м^2, массовая плотность 2005 кг/м^3, коэффициент Пуассона 0.22.

6. Во внешние нагрузки добавил возбуждение основания с требуемым ускорением на верхнюю плоскость общей сборки (или надо на грань, соприкасающуюся с креплением ролик/ползун?).

7. Демпфирование 0.02.

 

Результаты экспериментов не соответствуют тому, что получилось при моделировании, поэтому хотелось бы узнать, что надо исправить.

По этому поводу вопросы:

1) Платы: надо ли их делать в виде тонкостенных оболочек, нужно ли учитывать удаленную массу электронных компонентов или их надо добавлять поэлементно и делать сборку или не учитывать вообще? Можно ли использовать линейный анализ, несмотря на то, что в анализ должен входить композитный материал и как его учитывать и создать, если это действительно критично?

2) По общей сборке: нужны ли все компоненты сборки или достаточно только плат с заданными креплениями и ограничениями, а корпус можно убрать?

3) По креплениям: надо ли дополнительно указывать крепления плат или достаточно глобального связывания? Сделал штифтовые соединения для крепления плат, но они не работают, если задать платы как оболочки. Правильно ли заданы крепления?

4) По нагрузкам: ускорение задается возбуждением основания и выбирается одна из стандартных плоскостей, это правильно?

 

 

[soklakov 1 475]

Результаты экспериментов не соответствуют тому, что получилось при моделировании

В чем именно несоответствие?

 

нужно ли учитывать удаленную массу электронных компонентов

Нужно. Массово-жесткостные характеристики матмодели должны с желаемой точностью соответствовать реальности.

а корпус можно убрать?

 

Маловероятно, но возможно. Кто такой корпус в этом варианте?

Правильно ли заданы крепления?

Вряд ли. Но чтобы правильно задать крепление нужно анализировать конструкцию этого узла.

ускорение задается возбуждением основания и выбирается одна из стандартных плоскостей, это правильно?

 

Скорее всего да. Смущает "одна из стандартных плоскостей", но это к кнопкам солида.

 

Где можно ошибаться:

- свойства материалов (как правило, ошибка несущественна, поскольку свойства худо-бедно известны, а линейное приближение часто справедливо)

- граничные условия - закрепление, нагрузка. Нагрузка в меньшей степени, закрепления определяют половину результата

- соединения (контакты, связи) - наличие люфтов в гармоническом анализе впрямую не учесть. либо анализировать вилку двух крайних вариантов закрепления, либо уходить от гармонического анализа

- некорректный эксперимент. сюда входят как неправильные измерения, так и неправильная интерпретация результатов, когда сравниваете не те параметры, которые следовало бы сравнивать.

[Zeloniy 2]

В чем именно несоответствие?

Показатели ускорений не те (подозревал демпфирование) и всплески не совсем на тех частотах.

 

Маловероятно, но возможно. Кто такой корпус в этом варианте?

В данном случае корпус упростил до Т-образной детали которая жестко фиксируется и к которой крепится пластина-плата.

 

Вряд ли. Но чтобы правильно задать крепление нужно анализировать конструкцию этого узла.

Тут основной вопрос в том как задать крепление платы к корпусу, я думал сделать это посредством штифтов, т.е. как я предполагал имитацию винтов жестко крепящих плату.

 

Скорее всего да. Смущает "одна из стандартных плоскостей", но это к кнопкам солида.

Я имел в виду "Top" в корневой сборке.

 

Где можно ошибаться: - свойства материалов (как правило, ошибка несущественна, поскольку свойства худо-бедно известны, а линейное приближение часто справедливо) - граничные условия - закрепление, нагрузка. Нагрузка в меньшей степени, закрепления определяют половину результата - соединения (контакты, связи) - наличие люфтов в гармоническом анализе впрямую не учесть. либо анализировать вилку двух крайних вариантов закрепления, либо уходить от гармонического анализа - некорректный эксперимент. сюда входят как неправильные измерения, так и неправильная интерпретация результатов, когда сравниваете не те параметры, которые следовало бы сравнивать.

Спасибо, буду разбираться.

[soklakov 1 475]

В данном случае корпус упростил до Т-образной детали которая жестко фиксируется и к которой крепится пластина-плата.

И выкинули к чертям массу и жесткость? Не добро.

 

Показатели ускорений не те (подозревал демпфирование) и всплески не совсем на тех частотах.

Ответ на этот вопрос должен сопровождаться графиками АЧХ, как минимум, выполненными в эксперименте и расчете, вынесенными на один рисунок.

 

Если речь в основном об амплитудах на резонансах, то верно подозреваете - калибруйте демпфирование.

[Борман 2 375]

Ну блин.. что мне в двух местах писать чтоль :)

[Zeloniy 2]

И выкинули к чертям массу и жесткость? Не добро.

Понял. Хотел просто ускорить расчет.

Ну блин.. что мне в двух местах писать чтоль :)

Можете просто ссылку дать)

[Zeloniy 2]

Переборщил я с упрощением немного

Вернул на место корпус. Жесткости добавилось столько, что графики теперь вообще не похожи. Пробовал с разными креплениями, результат примерно одинаков.

Надежда на электронные компоненты плат - добавлю самые массивные и попробую с ними.

 

[soklakov 1 475]

графики теперь вообще не похожи

А должны быть? Что это за графики? Конечно, видно, что АЧХ ускорений каких-то, но каких? Вы до конца представляете себе, как получены ОБА этих графика?

Вас экспериментальный график не смущает? На нем явно недостаточное разрешение по частоте.

Вот на расчетном графике виден четко резонанс. Вы даже можете его визуализировать и посмотреть, что за колебания соответствуют этому пику.

А на экспериментальном у Вас что? Пик, описанный одной точкой? Выглядит, как будто это результат преобразования Фурье акселерограммы, снятой со стенда. А должна вроде быть АЧХ в точке. Если в точке, то в какой и т.д.

Отсюда не очень понятно, что Вы делаете. А Вам понятно, что Вы делаете?

[Zeloniy 2]

А Вам понятно, что Вы делаете?

До этого было понятно, теперь уже сомневаюсь. График смущает. По описанию эксперимента это данные показания вибродатчика, прикрепленного на плату при возбуждении платформы стенда по вертикальной оси. Изначально экспериментальные данные были записаны в таблицу из них построил график и совместил с полученными в solid'е. Да данных там маловато.

Попытался промоделировать также. Т.е. задал возбуждение основания с такими же значениями ускорений и прозондировал в точке на плате, в которой был прикреплен датчик при испытаниях.

Полученный пик резонанса на этом моделировании также совпадает с данными частотного анализа.

Изменено 17 марта 2016 пользователем Zeloniy

[soklakov 1 475]

Полученный пик резонанса на этом моделировании также совпадает с данными частотного анализа.

Еще бы он не совпадал. КЭМ-то одна и та же. К тому же, судя по графику решение гармонического анализа выполняется методом суперпозиции с кластеризацией результатов вокруг собственных частот.

 

И еще вот вопрос к кнопкам солида. Возбуждение основания это что? На уровне вычислений превращается ли это в объемные силы, приложенные гармонически ко всему объему? Или пересчет в перемещения основания, учитывая частоту?

Как искать ответы на эти вопросы? Очень просто. Берете задачу об одномассовом осцилляторе, решаете аналитически и моделируете в солиде. Так неспеша разберетесь, какие кнопки чему соответствуют.

[Zeloniy 2]

И еще вот вопрос к кнопкам солида. Возбуждение основания это что?

В справке солида описывается так:
"Возбуждение однородного основания PropertyManager применяет одинаковые возбуждения ко всем местам, которые ограничены в заданных направлениях для линейных и нелинейных динамических исследований."
 http://help.solidworks.com/2014/russian/SolidWorks/cworks/IDH_HELP_UNIFORM_BASE_EXCITATION.htm?id=72671a2edeb147a2bbdb72bc727a2b2c#Pg0&ProductType=&ProductName=

У Алямовского чуть подробнее.

 

Берете задачу об одномассовом осцилляторе, решаете аналитически и моделируете в солиде.

Спасибо, попробую. Подобную задачу находил и в их мануалах.

 

Надо, наверно, ещё эксперимент уточнить. А то подозрения возникли в его адекватности.

Есть ли вероятность того, что датчик может быть плохо закреплен или неправильно присоединен? И из-за этого получен такой график? Хотя вряд ли, скорее я в исследовании что-то напортачил)

[soklakov 1 475]

В справке солида описывается так

Читайте английский вариант. Перевод ужасен, местами просто неверный.

 

Надо, наверно, ещё эксперимент уточнить. А то подозрения возникли в его адекватности.

Результатам экспериментов доверяют все, кроме самих экспериментаторов.

Правильно поставить эксперимент задача даже более сложная, чем провести расчет. Там большое поле для ошибок. Но на практике, чтобы опровергнуть эксперимент расчетным методом нужно много времени и сил. Эксперименту доверие выше и это правильно, но не всегда эксперимент верный.

[kolo666 253]

В 17.03.2016 в 13:40, soklakov сказал:

Правильно поставить эксперимент задача даже более сложная, чем провести расчет.

Помнится давненько проводили аналогичный "эксперимент", тоже корпус был, тоже платы внутри, только еще была оснастка изготовлена, разумеется "на глаз", что бы потрясти устройство в другом направлении, перпендикулярном... Так там эту оснастку даже без устройства колбасило во всех формах в исследуемом диапазоне частот.. Так что да, эксперимент та еще лотерея =)

 

У автора хоть додумались датчики поставить на платы, у нас датчики стояли где угодно только не там где нужно было, лепили их пластилином как мне помнится..

Изменено 1 февраля 2017 пользователем kolo666

[ALF007 7]

Эм, когда то считал подобную задачу для сейсмоплатформ. долго результаты не сходились с экспериментом.
Попробуйте более подробно задать все Ваши элементы с соответствующими массами/плотностями. Может что то и получится. Мне во всяком случае помогло.

Изменено 2 февраля 2017 пользователем ALF007

[hr4d 87]

Есть еще такой метод при верификации моделей, как метод "больших масс" , где основная фишка в том, чтобы масса изделия была несущественна по сравнению с оснасткой/вибростендом. Варьируя некоторые моменты, как-то жесткости, демпфирование можно добиться очень хорошей согласованности с экспериментом по основным формам колебаний. Но геморрой это еще тот))

[soklakov 1 475]

В 01.02.2017 в 18:14, kolo666 сказал:

Так что да, эксперимент та еще лотерея =)

Год назад, когда я писал предыдущий пост в этой ветке, у нас как раз заканчивался проект, в котором выполнялась калибровка на эксперимент по двум геометриям прибора.

 

То есть, у клиента есть два принципиально отличающихся решения, которые уже собраны в металле и готовы к экспериментам. При этом, геометрия1 показывает результаты значительно хуже, чем геометрия2.

 

Мы быстро сошлись с экспериментом по геометрии1 и готовились столь же быстро сойтись по геометрии2, но не тут-то было. Высланные нам результаты не совпадали с результатами численного моделирования чуть более, чем полностью. Полгода мы выясняли, как так могло получиться: мы взяли одни и те же расчетные методики для фактически идентичных задач и получили разную сходимость с экспериментом. В первом случае разница между расчетом и экспериментом не превышала погрешности измерительного прибора, а во втором... не совпадало ничего. Ни температуры стационарного режима работы, ни скорость разогрева, ни перемещения.

 

Полгода мы изменяли численную модель, в надежде подстроиться под результаты второго эксперимента, сохранив совпадение с первым. Мы пробовали вводить тепловые сопротивления, имитируя недостаточную пайку в некоторых местах. Результаты не сильно менялись. Мы пробовали варьировать коэффициентами теплового излучения, поскольку это была самая неизвестная справочная характеристика. Результаты менялись и даже значительно, но не по скорости разогрева. Единственное, что мы не пробовали - это варьировать мощностью тепловыделения во времени.

 

Дело в том, что это должно было осуществляться на втором этапе, в поисках режима наискорейшего выхода на стационар. А пока интересовала сходимость с экспериментом на постоянной мощности тепловыделения. Мы долго плясали с бубном, пока не пришли к экспериментаторам и не сказали "вы чего-то недоговариваете или даже сами не знаете".

 

Назначили проведение совместного эксперимента. Уже сам факт назначения такого события, позволил раскрыть некоторые тайны. Оказалось, что имеющаяся аппаратура не умеет с первой секунды выдавать постоянную мощность, а начинает с "импульса в несколько секунд". Сколько это - "несколько секунд" - никто не знал, это в том числе предстояло выяснить на эксперименте.

 

В ходе эксперимента обнаружилось, что несколько - это 30 секунд двухкратной мощности при характерном времени процесса не более пяти минут. Что уже как бы заставило насторожиться. Дальнейший разбор полетов показал, что ранее предоставленные экспериментальные данные вообще результат произвольной мощности. Лаборанты выполняли задание минимизировать время выхода на стационар и крутили ручку мощности как могли, не записывая ни в журнал эксперимента, ни на видео. В итоге получили целевой график, который мы принимали за результаты эксперимента с геометрией2 на постоянной мощности.

 

Так несогласованность в передаче данных между расчетчиками и экспериментаторами стоила шести месяцев работы. Конечно, за это время было проведено множество исследований, которые в любом случае будут полезны на дальнейшем этапе работы. Но мораль сей истории такова: иногда расчет точнее эксперимента.

[kolo666 253]

20 часов назад, hr4d сказал:

Есть еще такой метод при верификации моделей, как метод "больших масс" , где основная фишка в том, чтобы масса изделия была несущественна по сравнению с оснасткой/вибростендом. Варьируя некоторые моменты, как-то жесткости, демпфирование можно добиться очень хорошей согласованности с экспериментом по основным формам колебаний. Но геморрой это еще тот))

В основном все вибростенды классифицируются по усилию толчка, поэтому мне сложно представить изготовление такой оснастки =) В нашем случае как раз имелось достаточно сильное ограничение по массе оснастка плюс устройство, и весь процесс оптимизации оной был направлен на уменьшение массы при сохранении первой резонансной частоты за пределами 2000 Гц.

2 часа назад, soklakov сказал:

иногда расчет точнее эксперимента.

Нам как то признались официальные представители TIRA-VIB что, например, у самой плиты вибростенда, расхождения по амплитуде от центра около 30% =) А например, их оснастки, размерами порядка 10х10 см, имеют расхождения в зоне крепления устройства в районе 50%. Так что даже покупая кусок сварного металла за 5к евро нельзя быть уверенным ни в чем)

Изменено 7 февраля 2017 пользователем kolo666

[Victor_M 30]

наверно для начала нужно выяснить - является ли исследуемая конструкция ЛИНЕЙНОЙ при нагрузках данной интенсивности?
т.е. возможно при воздействиях с МАЛОЙ интенсивностью - результаты будут "лучше" совпадать с экспериментом?

вопрос по креплениям:
весьма часто (точнее почти всегда) разного рода болтовые и пр. соединения - являются модуляторами по фазе и по частоте...., да и по амплитуде....

Вопрос по плате:
Можно ли данную плату рассматривать как ИЗОТРОПНУЮ пластину?
*** часто планы многослойные и имеют "хитрую" структуру - типа композитов.....

Ну и последнее - стоит наверно проверить - На сколько можно доверять экспериментальным данным?