Ресурсные испытания

Фактором, имеющим исключительно важное значение при эксплуатации технических систем, является их ресурс, оценка которого проводится либо в стендовых условиях (на стадии разработки), либо в эксплуатационных условиях. Последнее, как правило, для систем с длительными сроками активного существования мало подходит, так как информация успевает устареть, теряет ее ценность. В этой связи особое значение приобретают ускоренные методы испытаний.

Методы ускоренных ресурсных испытаний должны обеспечивать связь ускоренных и эксплуатационных режимов работы технических

систем, позволяющих анализировать полученные результаты и переносить их на нормальные эксплуатационные условия. Существующие методы ускоренных испытаний можно разделить на две группы: методы испытаний в форсированном и в нормальном эксплуатационном режиме [13].

Испытания, проводимые в нормальном эксплуатационном режиме, основаны на экстраполяции характеристик случайного процесса появления отказов. Ускорение при этом достигается за счет ограничения времени испытаний до момента появлений отказов только определенной части однотипных технических систем или выявления тенденций и закономерностей изменений контролируемых параметров.

При проведении ускоренных испытаний в форсированном режиме ускорение достигается путем применения более жестких условий функционирования по сравнению с эксплуатационными с целью увеличения скорости протекания всех процессов старения в контролируемой технической системе. Однако следует иметь в виду, что «жесткость» режимов имеет ограничения, превышение которых может приводить к качественным изменениям в испытуемой системе, включая разрушение. Таким образом, главным условием адекватности ускоренных и эксплуатационных испытаний является требование совпадения или незначительного отличия характера и вида, протекающих в испытуемой системе процессов.

Масштабным параметром, связывающим скорости протекания процессов в нормальных условиях и при ускоренных испытаниях, является коэффициент ускорения К_у, под которым понимается следующее соотношение [31]:

K = > 1,

где Т_э - время, затраченное на получение требуемой информации при испытаниях в условиях, аналогичных эксплуатационным;

Рис.3.2

Ту - время, в течение которого эта информация получена методом ускоренных испытаний. Следует обратить особое внимание, что коэффициент ускорения в общем случае не может быть постоянным в течение всего интервала испытаний, так как характер протекания процессов, в том числе и их скорость, изменяется в зависимости от времени, прошедшего от начала эксплуатации технической системы.

Для обеспечения эквивалентности процессов, характеризующих изменение состояния технической системы при различных режимах испытаний, коэффициент К_у приближенно можно определять, используя дискретную аппроксимацию (рис. 3.2), при которой весь временной интервал (Т₀, Т_n) разбивается на непересекающиеся временные интервалы (Т , Т ), следовательно:

(Т₀, Т_n) = (Т , Т ).

В этом случае для каждого интервала справедливо равенство [31]:

Y = y (K τ), (3.8)

которое, строго говоря, при дискретной аппроксимации будет соблюдаться лишь в узловых точках. В выражении (7.8) Y_τ - вектор параметров, характеризующих состояние технической системы; c(t) -вектор, характеризующий ускоряющий фактор; τ и t - время, характеризующее соответственно «медленные» и «быстрые» процессы в испытуемой системе. Выбор вида и параметров ускоряющих воздействий, анализ их влияния на испытуемую систему наиболее удобно производить, если имеются уравнения, описывающие изменения состояния системы во времени.

Ускоряющий фактор может носить детерминистический и стохастический характер, оказывая влияние на протекающие в технических системах процессы путем увеличения интенсивности их изменения. Например, увеличение скоростей движения трущихся элементов технической системы приводит к изменениям интенсивности износа, а также приводит и к увеличению вибраций. В то же время на интенсивность износа трущихся элементов можно повлиять, увеличивая статические нагрузки, но при этом снижается уровень собственных вибраций и, следовательно, фактор, определяющий динамические нагрузки, изменяется в противоположную сторону.

Из приведенных примеров можно видеть, что каждое воздействие, как правило, имеет комплексный характер, изменяющий одновременно интенсивность и «быстрых» (вибрационные колебания), и «медленных» (износ элементов системы) процессов. Теоретическое обоснование ускоренных испытаний, оптимальность их проведения, однозначность анализа полученных результатов возможно, как уже отмечалось выше, при наличии уравнений, описывающих изменение технического состояния. Решить эти задачи оказывается возможным при совместном исследовании этих уравнений при наличии ускоряющего воздействия c(t) и при эксплуатационных условиях (c(t)=0).

Однако в практике ресурсных испытаний находят достаточно широкое применение и эмпирические методы определения коэффициента ускорения и других параметров может также осуществляться с использованием моделей технических систем, имитирующих эксплуатационные условия и работу системы при форсирующем воздействии c(t) [31]. Но вполне понятно, что такой подход требует создания достаточно точных моделей изменения технического состояния системы.