Защита от ударной нагрузки

Неповторимый комфорт

Попробовав стельки FP вернуться к любым другим почти нереально.

Чем меньше отскок, тем больше эффект защиты от ударной нагрузки.

Райдер Felipe Gustavo рассказывает о том, почему катается с FP.

Почувствуй свою доску

Поскольку стельки FP полностью запоминают форму вашей ступни, даже при начале использования (всего 2-3 дня), они позволяют Вашей стопе сформировать анатомически правильное положение и почувствовать изгибы вашей доски лучше чем обычные стельки.

Нанотехнологичная пена, запоминающая форму ноги (ступни)

Уникальная пена Kingfoam из которой изготавливаются стельки FP, содержит в 3 раза больше материала на миллиметр толщины, чем все другие конкуренты на рынке. Эта же пена используется в военных танках и подводных лодках для защиты солдат от взрывов! Непередаваемое ощущение этот материала. Когда говорят, что идут по облаку – вот это оно.

Стойкость – удар за ударом

FP стелька использующаяся 2 месяца, по прежнему поглощает больше энергии, чем новая стелька от любой другой фирмы.

Функция памяти позволяет возвращаться стельке в исходную форму после удара. В лабораторных испытаниях все другие стельки быстро понижали показатели с каждым ударом, в то время как FP Insoles продолжали показывать стабильно высокую эффективность даже после повторяющихся тяжелых ударов.

Пористый материал

Материал KINGFOAM является пористым, за счет чего влажность испаряется и не попадает внутрь стельки. Это предотвращает рост грибков и бактерий

Все, что требуется для очистки стельки FP, – это горячая вода и солнце.

Проверенное качество

В то время как почти все продавцы стелек используют такие ключевые факторы, как "амортизация" или "защита удара", большинство из них действительно не лучше, чем обычные стельки для обуви. FP Insoles – единственная стелька, которая действительно демонстрирует высокий уровень качества стелек. Просто посмотрите любое из наших тестовых видео или протестируйте сами.

Ни одна фирма не сравнится с нанотехнологичной пеной военного класса в FP стельках, которые защищают от болей в ступнях, коленях и локтях.

Мы настолько уверены, что наши стельки поглощают в 3-5 раз больше энергии, чем любая другая складская стелька или стелька премиум класса, что ставим на кон, всё что мы можем найти для окончательного теста.

Введение

Отказы, возникающие при эксплуатации носителей информации на жестких дисках, могут быть вызваны очень многими причинами, в том числе и производственными дефектами. В данной статье мы рассмотрим природу отказов, вызванных внешними механическими воздействиями на жесткий диск (удары, сотрясения, толчки, т. к. именно они являются «невидимыми» провокаторами гибели винчестера в 53% случаев), а также технологии, реализуемые в последних модификациях жестких дисков с целью значительного повышения устойчивости носителей к указанным воздействиям.

Любой отказ или неисправность в накопителе может обернуться частичной или полной потерей очень важной и порой бесценной информации. В виду того, что значительная доля неисправностей в накопителях является следствием непредусмотренных спецификациями механических воздействий на них, в настоящее время особое внимание стало уделяться защите HDD от ударов и толчков.

Ударное воздействие и его последствия

Падение жесткого диска (пусть даже с очень небольшой высоты) может вызвать внутренние повреждения в накопителе, несмотря на то, что внешне корпус винчестера выглядит безупречно, и на нем нет следов механического воздействия. Самым безопасным такое воздействия будет, если отказ HDD или наличие ошибок на нем были обнаружены при тестировании на заводе изготовителе. В этом случае, накопитель выбраковывается и на этом его жизненный путь закончен. Это не страшно, т. к. он никогда не поступит в эксплуатацию и на него никогда не будет записана информация. Гораздо хуже, если возникшие неисправности при тестировании себя никак не проявили, и накопитель поступил в продажу. Подобные неисправности опасны тем, что они проявят себя позже, постепенно ухудшая параметры накопителя, они несут угрозу хранящимся на накопителе данным…

Жесткие диски больше всего уязвимы перед механическими воздействиями в тот момент, когда они извлечены из оригинальной упаковки изготовителя, которая специально разработана для защиты накопителя после того, как он покинул заводские пределы. Жесткий диск, установленный в корпус компьютера, в большей мере защищен от внешних воздействий, т. к. в большинстве случаев корпус PC поглощает энергию ударного воздействия, и степень воздействия на винчестер может быть значительно снижена. Поэтому следует различать нерабочую и рабочую ударостойкость накопителей.

Удар — это резкое и сильное механическое воздействие на предмет характеризующееся очень малой длительностью. Удары характеризуются огромными ускорениями, которые получает предмет за очень непродолжительное время. Поэтому уровень ударного воздействия, которому подвергнулся предмет, принято измерять в единицах кратных ускорению свободного падения G, равное 9,8 мс2.

Ударостойкость накопителя определяет его способность переносить указанные в спецификациях значения ускорений полученных во время удара за определенное время. Стандартным временем ударного воздействия на накопители принято считать время в 2 миллисекунды.

С этого момента и далее в статье, все упоминания на ударостойкость накопителей будут соответствовать ударному воздействию за время в 2 миллисекунды.

Рабочая ударостойкость определяет его стойкость к ударам в рабочем состоянии, при которых обеспечивается безошибочность записи/чтения. Рабочая ударостойкость обычно не велика и составляет около 10-15G у старых накопителей и до 70-150 у новейших, собранных с применением технологий защиты. К счастью, накопители, находящиеся в рабочей системе подвергаются ударам очень редко, да и энергия этих воздействий значительно снижается элементами конструкции корпуса компьютера, поэтому повреждения в этом состоянии жесткие диски получают редко.

Ударостойкость в отключенном состоянии определяет его устойчивость к ударам в нерабочем (отключенном) состоянии при которых накопитель не получает внутренних повреждений. Это очень критическая характеристика, т. к. накопитель в 95% случаев получает ударные механические повреждения именно в те, моменты, когда он находится вне корпуса компьютера. Ударные воздействия, полученные в этих случаях, могут исчисляться сотнями G за время в 1-2 миллисекунды.

Чаще всего жесткие диски испытывают ударные воздействия в моменты транспортировок от поставщика к потребителю и в процессе его установки в PC недостаточно квалифицированным или плохо осведомленным персоналом. В России ситуация часто усугубляется тем, что партии винчестеров перевозят неподготовленным для этого транспортом, не предусматривая никаких дополнительных мер защиты на случай столкновения автомобиля или просто резкого торможения. Очень часто фирмы — продавцы комплектующих, при продаже винчестеров передают их покупателю упакованными в одну единственную электростатическую оболочку. А ведь покупателю его еще до дома или до работы везти. И где гарантия, что сам продавец, не стукнул этот винт, а это очень вероятно в таких точках торговли, как радиорынки. Достаточно посмотреть, как там с ними обращаются. Более того, достаточно сильное ударное воздействие жесткий диск может испытать, если случайно ткнуть его монтажным инструментом, например отверткой, стукнув два винчестера между собой или в результате усиленного проталкивания винчестера в его посадочное место в корпусе компьютера… На рисунке 1 показаны наиболее типичные случаи возникновения ударных воздействий на винчестеры и степень их воздействия на жесткие диски. По вертикали — сила воздействия в единицах кратным ускорению свободного падения (G), по горизонтали длительность воздействия.

Наиболее пагубными являются удары с большой энергетической силой и короткой длительностью воздействия, обычно это составляет сотни G за менее чем одну милисекунду. Такие ударные воздействиия сгруппированы в верхнем левом углу рисунка и они обычно выходят за пределы ударостойкости стандартных накопителей. Характерными следствиями этих ударов чаще всего бывают:

• шлепок головок;
• проскальзывание и смещение дисков в пакете;
• появление люфта в подшипниках.

Самым распространенным последствием удара в накопителе является «шлепок головок», Рисунок 2. Он происходит когда энергиия удара направлена вертикально или под некоторым углом к горизонтальной плоскости. В этом случае, происходит отрыв магнитой головки от поверхности диска и затем ее резкое опускание на поверхность магнитного диска. В момент соприкосновения, головка врезается в поверхность своей кромкой, положение головки выравнивается и она с силой прижимается к поверхности всей плоскостью. В результате этого диск получает поверхностные повреждения, мельчайшие частички и осколки рассеиваются по поверхности магнитного диска.

Не стоит думать, что эти осколки смогут улететь за пределы диска в виду центробежных сил возникающих при бешеном вращении диска. По причине магнитной природы диска и микроскопического размера осколков, они остануться на диске и ничем их оттуда не убрать. Кроме того, после удара, сама головка может получить физическое повреждение, а ее магнитные свойства резко ухудшаются. На практике данные повреждения проявляются в виде так называемых «битых кластеров». Если просматривать такой диск в программах с визуальным интерфесом типа Norton Speed Disk, то повреждения поверхности проявятся в виде одного или нескольких хаотично расположенных сбойных кластеров. Повреждения вызванные дефектом одной из головок скорее всего проявятся в виде гораздо большего количества дефектных кластеров и в их расположении будет четко отслеживаться некоторая закономерность. Но даже в том случае, если дефекты на диске не проявились сразу после ударного воздействия на накопитель, эти дефекты дадут о себе знать позже (через месяц или даже через год!). Почему? Давате рассмотрим этот вопрос детальней.

Магнитно-резистивные головки и их работа

Принцип работы магнитно-резистивной (MR) головки при чтении данных состоит в изменении сопротивления электрическому току в соответствии с изменением магнитного поля. Элемент чтения такой головки представляет собой очень тонкую пленку специального материала, которая меняет свое сопротивлении в соответствии с расположением магнитных доменов на поверхности вращающегося диска. Расположение этих доменов, определяется записанной на диск информацией. Изменение сопротивления пленки, регистрируется специальным каналом чтения и передается на дальнейшую обработку компаратору, окончательно определяющему, что было записано, ноль или единица. MR головки обладают еще одним свойством, непосредственно относящимся к нашей теме — конечное активное сопротивление пленки зависит от ее температуры.

В нормальных условиях, при раскрученном до рабочих оборотов диске, воздушный поток приподнимает головку над диском, и она парит над гладкой поверхностью диска, не касаясь его. Если же на диске будут частицы или неровности сопоставимые по размерам с зазором между головкой и диском, то они, проносясь с огромной скоростью под парящей головкой, задевают ее, и трение мгновенно разогревает головку. Этот нагрев, тут же сказывается на сопротивлении пленочного покрытия головки и оно резко повышается. Канал чтения неверно интерпретирует изменение сопротивления головки и чтение данных в этом месте становится невозможным.

Постоянное воздействие температуры преждевременно старит головку, а проносящиеся под головкой частицы действуют как абразивная шкурка. Способность головки реагировать на изменение магнитного поля ухудшается со временем (на диске появляются все новые и новые нечитаемые сектора, или как говорят диск начал «сыпаться»), и в конечном итоге происходит полный выход головки из строя.

Решение

Одним из возможных решений проблемы может явиться осторожность и квалифицированность людей обращающихся с накопителями. Но таким способом проблему решить тяжело, т. к. даже за рубежом, более 30% жестких дисков устанавливаются в компьютеры не подготовленным персоналом вне фирм производителей компьютеров. В России этот процент гораздо выше. Более того, очень много случаев, когда ударные воздействия являются следствием случайности, а не халатности.

Таким образом, решение данной проблемы должно реализовываться через повышение ударной стойкости самого накопителя. В последнее время производителя накопителей разработали целый ряд недорогих и эффективных технологических решений по повышению ударной стойкости и надежности продукции и к нашему счастью, теперь это решение не ограничивается надписью «Handle with care!» на корпусе.

Посмотрим, что же предлагают нам основные производители.

Quantum

Технология SPS

Технология SPS (Shock Protection System) была разработана в первой половине 1998 года и впервые внедрена в винчестерах серии Fireball EL. Она представляет собой 14 улучшений и технологических решений в конструкции накопителя направленных, прежде всего на поглощение и минимизацию отрицательного эффекта ударов с высокой энергией и коротким временем воздействия. Это явилось результатом долгого и тщательного исследования поведения, взаимодействия конструктивных элементов, нагрузок и их распределения во время удара. Повторимся, самым пагубным последствием таких ударов, является отрыв головки от диска и ее дальнейший резкий шлепок по нему. Решения примененные инженерами Quantum исключают или значительно уменьшают высоту отрыва головки при ударе (Рисунок 3). Основная энергия удара поглощается остальными конструкциями накопителя, что предотвращает шлепок и появление осколков, ведущих к преждевременному старению жесткого диска. На настоящий момент, следующие модели Quantum собираются с применением SPS: VikingII, Fireball EL, Fireball CX, Fireball CR, Fireball Plus KA, Fireball Plus KX, Atlas III, Atlas IV, Atlas 10k, BigFoot TS.

Технология SPS II

Технология SPS II явилась логическим продолжением технологии SPS и была объявлена в 1999 году. Первым жеским диском с такой технологией стал Fireball Ict В то время как, SPS обеспечивала повышенный уровень устойчивости к ударам полученным накопителем в нерабочем состоянии, SPS II дополнительно защищает работающий накопитель от производства записи /чтения в моменты удара и тряски возникающие в случае толчков системного блока работающего компьютера. Вместо записи на диск, данные кэшируются, и будут записаны на диск позже, когда энергия толчка будет поглощена и диск будет в спокойном состоянии. Рисуноки 4 и 5 показывают процесс записи в момент удара на не защищенный и защищенный технологией SPS II диски. На момент написания SPS II используется в трех новейших моделях Quantum — Fireball Ict, Fireball Ict10k и AtlasV.

Seagate

Технология GFP

Технология GFP (G-force protection) компании Seagate объединяет в себе ряд технологических решений направленных на улучшение нерабочей ударостойкости носителей. Эта технология обеспечивает большую степень защиты таких компонентов жестких дисков как: двигатель и подшипник вращения дисков, головки, гибкие держатели головок и диски.

Уменьшив массу и размеры головок, а так же увеличив величину клиренса между держателем и диском, инженеры компании заметно уменьшили кинетическую энергию этих компонентов приобретаемую ими в процессе удара. А значит, у головок становится меньше шансов произвести шлепок по диску в момент внешнего воздействия. Seagate также уделила внимание защите и прочности подшипников вращения дисков и узлу крепления дисков в пакете.

Дефекты возникающие в подшипнике (см. рис. 6) ведут к повышенной шумности и вибрациям винчестера, что к конечном итоге может привести к отказу двигателя.

Проскальзывание дисков в узле крепления происходит достаточно редко, но даже если это и происходило в результате удара, то жесткие диски семейства Barracuda и Cheetah всегда имели способность работать с проскользнувшим диском благодаря встроенной системе коррекции головок на каждый оборот диска (once per revolution compensation — OPR). Сервосистема диска использует OPR для определения величины, на сколько сдвинут диск от своего первоначального положения, и в соответствии с этим корректирует положение головок, так чтобы положение головки соответствовало записанной на диск дорожке. В технологии GPS применена улучшенная система OPR, что вдвое увеличивает способность сервосистемы обслуживать сдвинутые диски.

Технология GPS будет применена на новейших высокопроизводительных накопителях Seagate Barracuda 18LP/36/50 и Cheetah 18LP/36. В целом применение GPS позволит, по мнению производителя, увеличить сопротивляемость ударным воздействиям на 30% для дисков Barracuda и на 40% для семейства Cheetah.

Maxtor

Дальнейшим развитием этой технологии стала технология ShockBlock Enhanced. Теперь Maxtor утверждает, что ее технология позволяет накопителям ее производства противостоять ударам с уровнем до 1000 G!. Первым накопителем произведенным с этой технологией стал DiamondMax 6800. Чем же достигнута такая высокая ударостойкость. По мнению Maxtor, делая держатели головок более гибкими, производители не только не снижают силу шлепка головки о диск, а даже увеличивают его, так как эффект «хлыста», только усиливает удар. Maxtor наоборот сделала держатели гораздо более упругими в своих новых накопителях. Неизбежно, увеличив упругость держателя, компании пришлось дополнительно решать вопрос обеспечения прежнего «парения» головок над диском во время его вращения. И видимо ей это удалось. Более того, компания пошла дальше. Справедлив рассудив, что пагубным эффектом является не столько сам шлепок, а его последствия (частицы и осколки на диске), то нужно сделать так чтобы даже после шлепка появление осколков было мене вероятным. Посмотрите на рисунок. Головка, опускаясь после удара, всегда бьет о диск своей кромкой. Вероятность повредить диск — очень велика.

Поэтому компания изменила конструкцию крепления головки к держателю таким образом, что бы даже во время шлепка, головка ударялась о диск равномерно всей поверхностью. Это в несколько раз уменьшает вероятность появления осколков и частиц после удара головки.

Fujitsu

Компания не изобретала и не патентовала каких либо громких технологий по защите дисков от ударных воздействий, но, тем не менее, многие из производимых в настоящее время винчестеров очень устойчивы к нерабочим ударным нагрузкам. Например, винчестеры серий MPE3xxx имеют удароустойчивость на уровне 250 G. А модели серий Hornet 9, 10, 11 до 600 G! Причем, их варианты для мобильных компьютеров способны нормально переносить до 700 G в нерабочем состоянии и до 125 G во время работы.

Samsung

В первом квартале 2000 года компания Samsung представит в России две новые модели винчестеров серии SpinPoint: V9100 и V10200. Cовместное использование в этих моделях двух собственных технологий защиты от ударов ImpacGuard (ТМ) и Shock Skin Bumper (ТМ) позволит обеспечивать защиту от ударных воздействий с уровнем до 250G в нерабочем состоянии. Более ранние модели SpinPoint серий V6800, V4300, V4, V3, V3A, V3200 имеют показатели 75G для длительности воздействия в 11 ms (или 200G Ref. для длительности в 2ms). Несколько выпадает из этого ряда модели серии W2100, у которой эти показатели ниже.

Western Digital

Мне не удалось найти какой либо информации о применяемых в винчестерах данной компании специальных технологиях защиты от ударов. Но, судя по техническим данным винчестеров, этих технологий возможно и не было. Ряд моделей запущенных в производство совсем недавно, имеют повышенную ударостойкость на уровне 150-200 G. Остальные модели на уровне 60-70 G. Поэтому также требуют очень нежного обращения.

Существующие на настоящий момент накопители серий DeskStar и UltraStar емкостью свыше 3.5 Gb имеют удароустойчивость на уровне 175 G в нерабочем состоянии. Модели этих серий с емкостью ниже 3.5 Gb имеют меньшие возможности выдержать внешние ударные воздействия. Модели винчестеров для мобильных компьютеров серии TravelStar от 2.2 Gb и выше обладают очень неплохими показателями и способны переносить до 400-500G в нерабочем состоянии и до 150 G в рабочем. Недавно анонсированные новые модели винчестеров UltraStar 36, 72 будут производится с использованием технологии Active Damping, которая позволит эксплуатировать эти винчестеры в условиях с повышенным уровнем вибрации.

Заключение

Жесткий диск очень чувствительное к тряскам и ударам устройство и поэтому требует к себе очень внимательного отношения. Диски, произведенные год, полтора назад, имели очень не большую удароустойчивость (на уровне 60-100G), поэтому некоторые из вас, наверное, только сейчас видят на своем «винте» результаты удара произведенного год назад, о котором вы даже и не подозревали.

Купив винчестер, обратите внимание на появившиеся сбойные кластеры в течение гарантийного срока, и если появился хотя бы один – срочно меняйте. И не поддавайтесь ни на какие убеждения продавцов по поводу того, что один два нечитаемых кластера — это в пределах нормы. Появление битых кластеров неизбежно приведет к появлению новых и новых, вплоть до выхода винчестера из строя. Вопрос только в том, насколько долго он протянет.

В механике ударом называют механическое воздействие материальных тел, приводящее к конечному изменению скоростей их точек за бесконечно малый промежуток времени. Ударное движение — движение, возникающее в результате однократного взаимодействия тела (среды) с рассматриваемой системой при условии, что наименьший период собственных колебаний системы или ее постоянная времени соизмеримы или больше времени взаимодействия.

При ударном взаимодействии в рассматриваемых точках определяют ударные ускорения, скорость или перемещение. В совокупности такие воздействия и реакции называют ударными процессами. Механические удары могут быть одиночными, многократными и комплексными. Одиночные и многократные ударные процессы могут воздействовать на аппарат в продольном, поперечном и любом промежуточном направлениях. Комплексные ударные нагрузки оказывают воздействие на объект в двух или трех взаимно перпендикулярных плоскостях одновременно. Ударные нагрузки на ЛА могут быть как непериодическими, так и периодическими. Возникновение ударных нагрузок связано с резким изменением ускорения, скорости или направления перемещения ЛА. Наиболее часто в реальных условиях встречается сложный одиночный ударный процесс, представляющий собой сочетание простого ударного импульса с наложенными колебаниями.

Основные характеристики ударного процесса:

• законы изменения во времени ударного ускорения a(t), скорости V(t) и перемещения X(t) длительность действия ударного ускорения т – интервал времени от момента появления до момента исчезновения ударного ускорения, удовлетворяющий условию, а> ап, где ап – пиковое ударное ускорение;
• длительность фронта ударного ускорения Тф – интервал времени от момента появления ударного ускорения до момента, соответствующего его пиковому значению;
• коэффициент наложенных колебаний ударного ускорения – отношение полной суммы абсолютных значений приращений между смежными и экстремальными значениями ударного ускорения к его удвоенному пиковому значению;
• импульс ударного ускорения – интеграл от ударного ускорения за время, равное длительности его действия.

По форме кривой функциональной зависимости параметров движения ударные процессы разделяют на простые и сложные. Простые процессы не содержат высокочастотных составляющих, и их характеристики аппроксимируются простыми аналитическими функциями. Наименование функции определяется формой кривой, аппроксимирующей зависимость ускорения от времени (полусинусоидальная, косанусоидальная, прямоугольная, треугольная, пилообразная, трапецеидальная и т.д.).

Механический удар характеризуется быстрым выделением энергия, в результате чего возникают местные упругие или пластические деформации, возбуждение волн напряжения и другие эффекты, приводящие иногда к нарушению функционирования и к разрушению конструкции ЛА. Ударная нагрузка, приложенная к ЛА, возбуждает в нем быстро затухающие собственные колебания. Значение перегрузки при ударе, характер и скорость распределения напряжений по конструкции ЛА определяются силой и продолжительностью удара, и характером изменения ускорения. Удар, воздействуя на ЛА, может вызвать его механическое разрушение. В зависимости от длительности, сложности ударного процесса и его максимального ускорения при испытаниях определяют степень жесткости элементов конструкции ЛА. Простой удар может вызвать разрушение вследствие возникновения сильных, хотя и кратковременных перенапряжений в материале. Сложный удар может привести к накоплению микродеформации усталостного характера. Так как конструкция ЛА обладает резонансными свойствами, то даже простой удар может вызвать колебательную реакцию в ее элементах, также сопровождающуюся усталостными явлениями.

Механические перегрузки вызывают деформацию и поломку деталей, ослабление соединений (сварных, резьбовых и заклепочных), отвинчивание винтов и гаек, перемещение механизмов и органов управления, в результате чего изменяется регулировка и настройка приборов и появляются другие неисправности.

Борьба с вредным действием механических перегрузок ведется различными путями: увеличением прочности конструкции, использованием деталей и элементов с повышенной механической прочностью, применением амортизаторов и специальной упаковки, рациональным размещением приборов. Меры защиты от вредного воздействия механических перегрузок делят на две группы:

1. меры, направленные на обеспечение требуемой механической прочности и жесткости конструкции;
2. меры, направленные на изоляцию элементов конструкции от механических воздействий.

В последнем случае применяют различные амортизирующие средства, изолирующие прокладки, компенсаторы и демпферы.

Общая задача испытаний ЛА на воздействие ударных нагрузок состоит в проверке способности ЛА и всех его элементов выполнять свои функции в процессе ударного воздействия и после него, т.е. сохранять свои технические параметры при ударном воздействии и после него в пределах, указанных в нормативно-технических документах.

Основные требования при ударных испытаниях в лабораторных условиях — максимальная приближенность результата испытательного удара на объект к эффекту реального удара в натурных условиях эксплуатации и воспроизводимость ударного воздействия.

При воспроизведении в лабораторных условиях режимов ударного нагружения накладывают ограничения на0форму импульса мгновенного ускорения как функции времени (рис. 2.50), а также на допустимые пределы отклонений формы импульса. Практически каждый ударный импульс на лабораторном стенде сопровождается пульсацией, являющейся следствием резонансных явлений в ударных установках и вспомогательном оборудовании. Так как спектр ударного импульса в основном является характеристикой разрушающего действия удара, то наложенная даже небольшая пульсация может сделать результаты измерений недостоверными.

Испытательные установки, имитирующие отдельные удары с последующими колебаниями, составляют специальный класс оборудования для механических испытаний. Ударные стенды можно классифицировать по различным признакам (рис. 2.5!):

I — по принципу формирования ударного импульса;

II — по характеру испытаний;

III — по виду воспроизводимого ударного нагружения;

IV — по принципу действия;

V — по источнику энергии.

В общем виде схема ударного стенда состоит из следующих элементов (рис. 2.52): испытуемого объекта, укрепленного на платформе или контейнере вместе с датчиком ударной перегрузки; средства разгона для сообщения объекту необходимой скорости; тормозного устройства; системы управления; регистрирующей аппаратуры для записей исследуемых параметров объекта и закона изменения ударной перегрузки; первичных преобразователей; вспомогательных приборов для регулировки режимов функционирования испытуемого объекта; источников питания, необходимых для работы испытуемого объекта и регистрирующей аппаратуры.

Простейшим стендом для ударных испытаний в лабораторных условиях является стенд, работающий по принципу сбрасывания закрепленного на каретке испытуемого объекта с некоторой высоты, т.е. использующий для разгона силы земного тяготения. При этом форма ударного импульса определяется материалом и формой соударяющихся поверхностей. На таких стендах можно обеспечить ускорение до 80000 м/с2. На рис. 2.53, а и б приведены принципиально возможные схемы таких стендов.

В первом варианте (рис. 2.53, а) специальный кулачок 3 с храповым зубом приводится во вращение мотором. По достижении кулачком максимальной высоты H стол 1 с объектом испытания 2 падает на тормозные устройства 4, которые и сообщают ему удар. Ударная перегрузка зависит от высоты падения Н, жесткости тормозящих элементов к, суммарной массы стола и объекта испытания M и определяется следующей зависимостью:

Варьируя эта величины, можно получить различные перегрузки. Во втором варианте (рис. 2.53, б) стенд работает по методу сбрасывания.

Испытательные стенды, использующие гидравлический либо пневматический привод для разгона каретки, практически не зависят от действия гравитации. На рис. 2.54 показаны два варианта ударных пневматических стендов.

Принцип работы стенда с пневмопушкой (рис. 2.54, а) заключается в следующем. В рабочую камеру / подается сжатый газ. При достижении заданного давления, которое контролируется манометром, срабатывает автомат 2 освобождения контейнера 3, где размещен испытуемый объект. При выходе из ствола 4 пневмопушки контейнер контактирует с устройством 5, которое позволяет измерять скорость движения контейнера. Пневмопушка через амортизаторы крепится к опорным стойкам б. Заданный закон торможения на амортизаторе 7 реализуется за счет изменения гидравлического сопротивления перетекающей жидкости 9 в зазоре между специально спрофилированной иглой 8 и отверстием в амортизаторе 7.

Конструктивная схема другого пневматического ударного стенда, (рис. 2.54, б) состоит из объекта испытаний 1, каретки 2, на которой установлен объект испытаний, прокладки 3 и тормозного устройства 4, клапанов 5, позволяющих создавать заданные перепады давления газа на поршне б, и системы подачи газа 7. Тормозное устройство включается сразу же после соударения каретки и прокладки, чтобы предотвратить обратный ход каретки и искажение форм ударного импульса. Управление такими стендами может быть автоматизировано. На них можно воспроизвести широкий диапазон ударных нагрузок.

В качестве разгонного устройства могут быть использованы резиновые амортизаторы, пружины, а также, в отдельных случаях, линейные асинхронные двигатели.

Возможности практически всех ударных стендов определяются конструкцией тормозных устройств:

1. Удар испытуемого объекта с жесткой плитой характеризуется торможением за счет возникновения упругих сил в зоне контакта. Такой способ торможения испытуемого объекта позволяет получать большие значения перегрузок с малым фронтом их нарастания (рис. 2.55, а).

2. Для получения перегрузок в широком диапазоне, от десятков до десятков тысяч единиц, с временем нарастания их от десятков микросекунд до нескольких миллисекунд используют деформируемые элементы в виде пластины или прокладки, лежащей на жестком основании. Материалами этих прокладок могут быть сталь, латунь, медь, свинец, резина и т.д. (рис. 2.55, б).

3. Для обеспечения какого-либо конкретного (заданного) закона изменения п и т в небольшом диапазоне используют деформируемые элементы в виде наконечника (крешера), который устанавливается между плитой ударного стенда и испытуемым объектом (рис. 2.55, в).

4. Для воспроизведения удара с относительно большим путем торможения применяют тормозное устройство, состоящее из свинцовой, пластически деформируемой плиты, расположенной на жестком основании стенда, и внедряющегося в нее жесткого наконечника соответствующего профиля (рис. 2.55, г), закрепленного на объекте или платформе стенда. Такие тормозные устройства позволяют получать перегрузки в широком диапазоне n(t) с небольшим временем их нарастания, доходящим до десятков миллисекунд.

5. В качестве тормозного устройства может быть использован упругий элемент в виде рессоры (рис. 2.55, д), установленной на подвижной части ударного стенда. Такой вид торможения обеспечивает получение относительно малых перегрузок полусинусоидальной формы с продолжительностью, измеряемой миллисекундами.

6. Пробиваемая металлическая пластина, закрепленная по контуру в основании установки, в сочетании с жестким наконечником платформы или контейнера, обеспечивает получение относительно малых перегрузок (рис. 2.55, е).

7. Деформируемые элементы, установленные на подвижной платформе стенда (рис. 2.55, ж), в сочетании с жестким коническим уловителем обеспечивают получение длительно действующих перегрузок с временем нарастания до десятков миллисекунд.

8. Тормозное устройство с деформируемой шайбой (рис. 2.55, з) позволяет получать большие пути торможения объекта (до 200 — 300 мм) при малых деформациях шайбы.

9. Создание в лабораторных условиях интенсивных ударных импульсов с большими фронтами возможно при использовании пневматического тормозного устройства (рис. 2.55, ы). К числу достоинств пневмодемпфера следует отнести его многоразовое действие, а также возможность воспроизведения ударных импульсов различной формы, в том числе и со значительным заданным фронтом.

10. В практике проведения ударных испытаний широкое применение получило тормозное устройство в виде гидравлического амортизатора (см. рис. 2.54, а). При ударе испытуемого объекта об амортизатор его шток погружается в жидкость. Жидкость выталкивается через очко штока по закону, определяемому профилем регулирующей иглы. Изменяя профиль иглы, можно реализовать различный вид закона торможения. Профиль иглы можно получить расчетным путем, но при этом слишком трудно учесть, например, наличие воздуха в полости поршня, силы трения в уплотнительных устройствах и т.д. Поэтому расчетный профиль необходимо экспериментально корректировать. Таким образом, расчетно-экспериментальным методом можно получить профиль, необходимый для реализации любого закона торможения.

Проведение ударных испытаний в лабораторных условиях выдвигает и ряд специальных требований к монтажу объекта. Так, например, максимально допустимое перемещение в поперечном направлении не должно превышать 30% номинальной величины; как при испытаниях на ударную устойчивость, так и при испытаниях на ударную прочность изделие должно иметь возможность устанавливаться в трех взаимно перпендикулярных положениях с воспроизведением необходимого количества ударных импульсов. Разовые характеристики измерительного и регистрирующего оборудования должны быть идентичными в широком диапазоне частот, что гарантирует правильную регистрацию соотношений различных частотных составляющих измеряемого импульса.

Вследствие разнообразия передаточных функций различных механических систем один и тот же ударный спектр может быть вызван ударным импульсом различной формы. Это означает, что не существует однозначного соответствия некоторой временной функции ускорения и ударного спектра. Поэтому с технической точки зрения более правильно задавать технические условия на ударные испытания, содержащие требования к ударному спектру, а не к временной характеристике ускорения. В первую очередь это относится к механизму усталостного разрушения материалов вследствие накопления циклов нагружений, которые могут быть различными от испытаний к испытанию, хотя пиковые значения ускорения и напряжения будут оставаться постоянными.

При моделировании ударных процессов системы определяющих параметров целесообразно составлять по выявленным факторам, необходимых для достаточно полного определения искомой величины, которую иногда можно найти только экспериментальным путем.

Рассматривая удар массивного, свободно движущегося жесткого тела по деформируемому элементу относительно малого размера (например, по тормозному устройству стенда), закрепленному на жестком основании, требуется определить параметры ударного процесса и установить условия, при которых такие процессы будут подобными друг другу. В общем случае пространственного движения тела можно составить шесть уравнений, три из которых дает закон сохранения количества движения, два — законы сохранения массы и энергии, шестым является уравнение состояния. В указанные уравнения входят следующие величины: три компоненты скорости Vx Vy Vz> плотность р, Давление р и энтропия. Пренебрегая диссипативными силами и считая состояние деформируемого объема изоэнтропическим, можно исключить из числа определяющих параметров энтропию. Так как рассматривается только движение центра масс тела, то можно не включать в число определяющих параметров компоненты скоростей Vx, Vy; Vz и координаты точек Л", Y, Z внутри деформируемого объекта. Состояние деформируемого объема будет характеризоваться следующими определяющими параметрами:

• плотностью материала р;
• давлением р, которое целесообразней учитывать через величину максимальной местной деформации и Otmax, рассматривая ее как обобщенный параметр силовой характеристики в зоне контакта;
• начальной скоростью удара V0, которая направлена по нормали к поверхности, на которой установлен деформируемый элемент;
• текущим временем t;
• массой тела т;
• ускорением свободного падения g;
• модулем упругости материалов Е, так как напряженное состояние тела при ударе (за исключением зоны контакта) считается упругим;
• характерным геометрическим параметром тела (или деформируемого элемента) D.

В соответствии с тс-теоремой, из восьми параметров, среди которых три имеют независимые размерности, можно составить пять независимых безразмерных комплексов:

Безразмерные комплексы, составленные из определяемых параметров ударного процесса, будут некоторыми функциями независимы] безразмерных комплексов П1 — П5.

К числу определяемых параметров относятся:

• текущая местная деформация а;
• скорость тела V;
• контактная сила Р;
• напряжение внутри тела а.

Следовательно, можно записать функциональные соотношения:

Вид функций /1, /2, /э, /4 может быть установлен экспериментально, с учетом большого количества определяющих параметров.

Если при ударе в сечениях тела за пределами зоны контакта не появляются остаточные деформации, то деформация будет иметь местный характер, и, следовательно, комплекс Я5 = рУ^/Е можно исключить.

Комплекс Jl2 = Pttjjjax)

Cm называется коэффициентом относительной массы тела.

Коэффициент силы сопротивления пластическому деформированию Cp связан непосредственно с показателем силовой характеристики N (коэффициентом податливости материала, зависящим от формы соударяющихся тел) следующей зависимостью:

где р — приведенная плотность материалов в зоне контакта; Cm = т/(ра?) — приведенная относительная масса соударяющихся тел, характеризующая отношение их приведенной массы M к приведенной массе деформируемого объема в зоне контакта; xV — безразмерный параметр, характеризующий относительную работу деформирования.

Функцией Cp – /з(Я1( Яг, Я3, Я4) можно воспользоваться для определения перегрузок:

Если обеспечить равенство числовых значений безразмерных комплексов IJlt Я2, Я3, Я4 для двух ударных процессов, то эти условия, т.е.

будут представлять собой критерии подобия данных процессов.

При выполнении указанных условий одинаковыми будут и числовые значения функций /ь/г./з» Л» те- в сходственные моменты времени -V CtZoimax- const; ^r= const; Cp = const, что и позволяет определять параметры одного ударного процесса простым пересчетом параметров другого процесса. Необходимые и достаточные требования физического моделирования ударных процессов можно сформулировать следующим образом:

1. Рабочие части модели и натурного объекта должны быть геометрически подобными.
2. Безразмерные комплексы, составленные из определяющих пара, метров, должны удовлетворять условию (2.68). Вводя масштабные коэффициенты.

Необходимо иметь в виду, что при моделировании только параметров ударного процесса напряженные состояния тел (натуры и модели) будут обязательно различными.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8802 – | 7161 – или читать все.

78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно