 Технологии потребовались десятилетия, чтобы догнать математику, над которой Дэвид Смоллвуд работал, чтобы контролировать вибрационные столы.
Смоллвуд, отставной исследователь Национальных лабораторий Сандии, который проводит консультации в лаборатории, знал, что вибрация на всех направлениях сразу была ключом к реалистичному тестированию деталей. Теперь Сандия использует алгоритмы, разработанные им более 30 лет назад, на испытаниях, посредством встряски компонентов ядерного оружия.
Вибромашины имеют решающее значение для испытания сил, которые приводят к развалу компонентов в нестабильном реальном мире - от малых компонентов до завершенных систем, таких, как самолеты или ядерное оружие. Машины имеют важное значение для аэрокосмической и автомобильной промышленности, и использовались с момента их изобретения в Германии в конце 1920-х.
Большие, высокочастотные вибрационные машины, которые потрясают вещи в нескольких направлениях одновременно, являются относительно новыми устройства. Алгоритмы Смоллвуд сделали это возможным вместе с развитием цифровых систем управления, сложных датчиков, более быстрых компьютеров с большим объемом памяти и улучшенных механических конструкций.
Стандартная вибромашина имеет одну ось, которая качает вещи в одном направлении за один раз. Но части иногда выходят из строя, когда вибрации в реальном мире исходят из нескольких направлений: восток-запад, север-юг, вверх-вниз и вращение вдоль каждой из этих осей - что известно как шесть степеней свободы. Если тестировать детали в каждом направлении по отдельности, то можно получить совершенно иной вид отказа.
Сандия хочет использовать шесть степеней свободы для квалификации компонентов оружия и революционизировать метод проведения механических испытаний. Улучшенные тесты могут обнаружить в настоящее время неизвестные пути к провалу и сократить время тестирования и стоимость.
Исследователи имитируют перемещение на самолетах, на ракете или в кузове грузовика, чтобы обеспечить, как компоненты или системы, которые они тестируют, смогут выжить в их средах. Это один из наших инструментов для доказательства стандартов надежности, которым их компоненты должны соответствовать.
Смоллвуд, который начал делать тестирование на вибрацию пять десятилетий назад, говорил, что исследователи давно признали, что тестирования одной ось вибрации не было достаточно. «Она не представляет реальный мир», сказал он, проводя консультации с командой. Многоосные толчки были целью с самых ранних дней тестирования.
Исследователи начали изучать ранние версии цифровых контроллеров. В 1978 году, Смоллвуд разработал алгоритмы, излагающие цифровое управление вибрацией на нескольких машинах. Его концепция остается основой для сегодняшних многоосных контроллеров вибрации.
Прорыв произошел, когда он понял, как получить несколько коррелированных или частично коррелированных сигналов в реальном времени. «Это то, что мы должны были сделать для системы управления вибратором», сказал Смоллвуд. «Вы не можете поставить что-нибудь, ждать, чтобы сделать некоторые вычисления, а затем положить что-то еще. Система утверждает, что у вас есть постоянный вывод».
Лаборатория построила систему в начале 1980-х, чтобы управлять двумя шейкерами с цифровым управлением. Она работал, но при этом не была практичной, поскольку компьютеры того времени были слишком медленными.
Основанная в Сиэтле Team Corp. придумала конструкцию шейкера шести степеней свободы около десяти лет назад. «Я посмотрел на него и сказал: это может сработать», вспоминал Смоллвуд. Компания построила небольшую машину в качестве демонстрационного и исследовательского инструмента. После получения обратной связи, она разработала свою большую машину шести степеней свободы, способную испытывать предметы весом до 50 фунтов.
Машина имеет 12 бочкообразных электродинамических шейкеров - четыре на каждой стороне для горизонтальных осей и четыре для вертикальной оси. Использование различных шейкеров вместе в различных конфигурациях позволяет достичь вращения вокруг каждой оси. Шейкеры, которые оказывают 4000 фунтов силы за каждую ось, перемещают 14-дюймовый прямоугольный блок в центре, где располагается испытуемый образец.
Машина предназначена для тестирования компонентов или подсистем. Он не имеет достаточно силы для очень больших предметов, и дополняет большие одноосные шейкеры. Одноосные машины проходят отдельные испытания на отдельных осях, и экспериментаторы объединяют их, приходя к результатам множественного направления.
Сама новизна шести степеней свободы приводит ко сложным задачам. Есть тонны вопросов о том, как использовать шесть степеней свободы в философии тестирования, что использовать для спецификации и как управлять подобными машинами.
«Идея минимального привода состоит в том, что природа любит минимальные энергетические решения», сказал Смоллвуд. Команда хочет найти минимальные ресурсы, необходимые для ускорения системы для требуемых уровней на различных частотах. Они пытаются максимизировать возможности системы шейкера, имитируя природу.
Задача заключается в воспроизведении реальных сред для различных направлений и разработки спецификаций для минимального привода. Им также нужно действительно многое узнать о причудах управления этими несколькими степенями свободы одновременно. Зато эти тесты имеют гораздо лучше представление о том, что происходит в области, так как инженеры можем создать более лучшие вычислительные модели, и иметь больше уверенности в своих проектах.
Система требует различных способов определения тестов, иногда без всех необходимых данных из области. Большая часть подготовки к тесту заключается в определении того, что им нужно, а затем того, как добиться нужного результата.
Некоторые полевые испытания не проводились; другие не охватывали все, что могло случиться. Исследователи желали определить, как запустить успешный тест, когда им не хватает полной информации полевых испытаний. Члены команды обратились к компьютерному моделированию, чтобы выяснить из существующих данных, чего тесты должны добиться.
Исследователи начали объединения данных полевых испытаний из осей X, Y и Z для одновременно направленного тестирования. Но вращательных данных не существовало, и без них никто не был уверен, как проектировать тест вращения. Тем не менее, они могут доказать, что простое совмещение трех осей вместе позволит лучше представить реальную среду даже без поворотов.
|
