Komora próżniowa do testów wibracyjnych

Testy wibracyjne są coraz częściej stosowane w przemyśle w celu udoskonalania opracowywanych produktów. Do odzwierciedlenia rzeczywistych obciążeń, którym poddawane są konstrukcje, oprócz rzeczywistych profili narażeń generowanych przez wzbudnik drgań stosowane są również komory klimatyczne pozwalające odtworzyć takie parametry środowiska pracy konstrukcji jak m.in. temperatura i wilgotność powietrza.

W specjalistycznych przypadkach powietrze, które otacza badany obiekt może mieć wpływ na tłumienie drgań badanej struktury. Z tego powodu, by móc jak najdokładniej odzwierciedlić środowisko pracy obiektu pojawia się zapotrzebowanie na przeprowadzenie testów wibracyjnych w warunkach próżni. Komory próżniowe zazwyczaj są spoczywającymi w trakcie pracy zbiornikami, dlatego projekt komory, która umieszczona na stole wibracyjnym ma umożliwić przeprowadzenie badań w warunkach próżni jest nietypowym wyzwaniem inżynierskim.

PROJEKTOWANIE KOMORY

W trakcie projektowania komory próżniowej zdecydowano się wykorzystać żebra wzmacniające, które pozwalają zachować niską masę przy wysokiej sztywności konstrukcji. Całość konstrukcji została osadzona na podstawie umożliwiającej przytwierdzenie komory do armatury wzbudnika, natomiast wewnątrz komory przewidziano platformę z punktami montażowymi dla stanowiska badawczego. Na bocznej ścianie znajduje się duży otwór wejściowy o wymiarach 290 mm x 240 mm. Poniższe rysunki ukazują komorę próżniową zamodelowaną w środowisku Siemens NX.

Całość procesu projektowania struktury przeprowadzono z wykorzystaniem podejścia symulacyjnego. W celu doboru grubości i materiału, z którego wykonane zostaną ściany komory, a także optymalizacji geometrii struktury, utworzono model MES z wykorzystaniem programu Simcenter 3D. Na utworzoną siatkę obliczeniową nałożono warunki brzegowe. Podstawa została utwierdzona, a do zewnętrznych powierzchni ścian komory przyłożono ciśnienie atmosferyczne. Krawędź otworu wizjera została obciążona dodatkową siłą o wartości 2200 N skierowaną zgodnie z kierunkiem siły nacisku generowanej przez różnicę ciśnień. Wartość siły
w zaokrągleniu odpowiada naciskowi wywieranemu przez ciśnienie atmosferyczne na powierzchnię szyby wizjera.

ANALIZA STATYCZNA I MODALNA

Dla tak zdefiniowanego modelu przeprowadzono analizę statyczną, a następnie analizę modalną (SOL103)  z naprężeniem wstępnym. Z ich wykorzystaniem dobrano materiał, z którego wykonano komorę – aluminium oraz grubość ścian wynoszącą 8 mm. Dla finalnej konfiguracji zamieszczono wyniki symulacji statycznej – przemieszczenia i naprężenia zredukowane będące wynikiem obciążenia różnicą ciśnień. Konstrukcję komory próżniowej przewidziano tak, aby w zakresie częstotliwości, w których będzie ona wykorzystywana do testów wibracyjnych nie wchodziła w stan rezonansu, co oddziaływałoby na stanowisko testowe i miałoby znaczący wpływ na rezultaty badań. Przy pomocy modelu symulacyjnego wyznaczono pierwszą częstotliwość rezonansową równą 396 Hz oraz postać drgań własnych komory. Przeprowadzona analiza potwierdziła, że zaprojektowana konstrukcja komory może być użytkowana bezpiecznie w stanie próżni oraz nadaje się do przeprowadzania testów w przewidzianym zakresie częstotliwości.

TESTY WIBRACYJNE

Na poniższych fotografiach widnieje wykonana komora próżniowa osadzona na wzbudniku drgań w trakcie przeprowadzanego testu wibracyjnego. Układ został wyposażony w odpowiednio dobraną dwustopniową pompę próżniową oraz system szczelnych przepustów umożliwiających wyprowadzenie przewodów czujników pomiarowych na zewnątrz komory.