Климатические воздействия и их характеристики. Радиационные воздействия их характеристика (стр. 3 из 4)
1) возбуждающая сила, приводящая к колебаниям опорного основания (например, стола вибростенда) с частотой со и амплитудой А;
Fосн=Asin(ωt),(6)
2)сила инерции Тx2 (х2 — ускорение); сила вязкого демпфирования ŋx1 (х1—скорость), пропорциональная мгновенной скорости массы и направленная в сторону, противоположную этой скорости;
3)сила упругости пружины Сх (х — координата центра масс груза). Уравнение движения массы m от относительно положения статического
равновесия имеет вид:
mx2+ŋx+Сx= A∙sin∙ωt.(7)
Разделив правую и левую части уравнения (1.3) на m после преобразования получим:
Х2+2∙δо∙ωо∙x+ ω2оx=ω2о∙XCT∙sin(ωt),(8)
где δо = ŋ/(2
) — параметр, пропорциональный коэффициенту демпфирования;ω=
—угловая частота собственных недемпфированных колебаний системы;Хст=A/С — удлинение пружины, которое она получила бы под действием статической силы, равной амплитуде Л возбуждающей силы.
Решение уравнения (1.4) может быть представлено в виде суммы свободных и вынужденных колебаний:
(9)
где φ0 и φ — начальные фазы
(0)μ — коэффициент динамичности, показывающий, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при действии возбуждающей силы вида (2) больше статического отклонения пружины;
v=ω/ω0 - безразмерный параметр, пропорциональный частоте возбуждающей силы.
Из первого слагаемого уравнения (5), представляющего выражение для свободных колебаний системы при наличии демпфирования, видно, что даже при малом значении δо множитель
с течением времени t стремится к нулю и, следовательно, свободные колебания затухают.Установившиеся вынужденные колебания определяются вторым слагаемым (5). Особенность этих колебаний состоит в том, что их амплитуда зависит не только от параметров системы и возбуждающей силы, но от частоты
со. При v= 
коэффициент динамичности максимален:
(11)где Q/ — добротность механической колебательной системы, зависящая
от количества энергии, рассеиваемой при вибрации.
Чем выше добротность, тем меньше затухание колебаний и тем острее пик резонансной кривой. Если частота со возбуждающей силы совпадает с собственной частотой со0 механической системы без трения (δ0=О, v=l), то происходит резонансное колебание. В этом случае нагрузки на РЭСИ возрастают в несколько раз. При нулевых начальных условиях (в отсутствие трения) уравнение для предельного случая резонансного состояния рассматриваемой системы принимает вид:
X2=-(ω0XcTicosω 0t)/2.(12)
Из формулы (8) видно, что амплитуда резонансных колебаний линейно зависит от времени t и частоты ω0собственных колебаний. При наличии трения в механической системе резонансный пик будет тем выше, чем большее время изделие находится в резонансном режиме и чем выше собственная частота конструкции.
Время достижения установившейся амплитуды резонансных колебаний реальных изделий измеряется, как правило, долями секунды. Ширина 2∆fрезонансной полосы частот определяется разностью частот f˝ и f´ (f˝> f´), при которых амплитуда А колебаний уменьшается до 0,7 своего значения при резонанс.
Так как
(13)где f0 — резонансная частота, то
(14)Отсюда
(15)Для расчета добротности изделия необходимо после настройки на резонанс измерить амплитуду колебаний, затем уменьшать частоту до тех пор, пока амплитуда колебаний не станет равной 0,7 амплитуды при резонансе. Полученная частота будет соответствовать частоте f'. Аналогичные действия следует провести, увеличивая частоту до значения f". Тогда, вычислив 2Δf по (9) и зная f0, можно по (10) найти добротность Q.
Удар. Ускорения, возникающие при резком изменении скорости или направления движения объекта, в котором применяются РЭСИ, вызывают механическое воздействие на них в виде удара. Вследствие удара возникают силы, деформирующие конструктивные элементы изделий и приводящие к образованию в них механических напряжений. Последние могут служить причиной разрушения изделий. Удар, как правило, сопровождается возбуждением затухающих колебаний, т.е. неустановившейся вибрацией на частотах собственных колебаний конструктивных элементов изделий. Уровни разрушающих усилий возрастают, если элементы конструкции резонируют на частотах возмущений, вызванных ударом. Если на РЭСИ действует серия ударов в виде импульсов, следующих один за другим, то возникающую вибрацию называют тряской.
Акустический шум. Особый интерес представляют так называемые баллистические волны, образующиеся от артиллерийских или реактивных снарядов, а также от самолетов, пролетающих через рассматриваемую среду со сверхзвуковой скоростью. Некоторые виды вибрации также сопровождаютсявыделением энергии звуковой частоты. Это явление принято называть акустическим шумом или акустической вибрацией.
Выделение энергии колебаний звуковой частоты сопровождается механическими колебаниями частиц среды воздуха, которые приводят к изменению давления по сравнению с атмосферным (статическим). Разность между статическим давлением и давлением в данной точке звукового поля называется звуковым давлением. Колебательное движение частиц среды при распространении звуковой волны характеризуется также колебательным смещением их от положения покоя. Скорость распространения звуковых волн в воздухе зависит в основном от температуры среды по закону
. При нормальном атмосферном давлении р = 101300 Па и Т = 273 К (0°С) скорость звука равна 331 м/с. С повышением температуры до 290 К она увеличивается до 340 м/с.На распространение звуковых волн в атмосфере большое влияние оказывают ее неоднородности. При этом скорость звука зависит не только от температуры воздуха, но и от его влажности, а также направления и силы ветра.
Радиационные воздействия их характеристика
Микроэлементы и интегральные микросхемы, находящиеся в зоне воздействия радиоактивных излучений, могут существенно изменять свои параметры и выходить из строя. Это происходит вследствие изменения физических и химических свойств материалов и (или) деградации параметров изделий под действием излучения.
Излучения возникают в результате естественных или искусственных радиоактивных распадов веществ и некоторых физических процессов в космосе. Поскольку радиоактивные излучения, проникая в толщу материала, вызывают в нем ионизацию, то часто они называются ионизирующими.
Радиоактивные излучения подразделяются на корпускулярные и квантовые. Первые представляют собой потоки быстрых элементарных частиц (нейтронов, протонов, ядер атомов химических элементов, бета-, альфа- и других частиц), вторые — электромагнитные ионизирующие излучения (гамма-и рентгеновское).
Нейтронное и гамма-излучения, образующиеся в результате реакций деления, принято называть проникающим излучением.
В процессе взаимодействия с материалами происходит упругое или неупругое рассеяние нейтронов и их энергия постепенно уменьшается, приближаясь к энергии теплового движения атомов и молекул среды, равной примерно 0,025 эВ. Такие нейтроны называют тепловыми. Тепловой нейтрон будет блуждать в веществе до тех пор, пока его не захватит одно из ядер атомов, в результате чего образуется изотоп исходного элемента, а избыток энергии ядра излучается в виде гамма кванта. Этот тип взаимодействия называется радиационным захватом.
Вероятность различного типа взаимодействий нейтронов с ядрами зависит от их энергии, поэтому нейтроны условно разделяются на три группы: быстрые нейтроны с энергией от 500 кэВ до 10 МэВ, промежуточные нейтроны с энергией от 0,5 эВ до 500 кэВ и тепловые нейтроны с энергией менее 0,025 эВ. Для быстрых нейтронов доминирует упругое рассеяние. С увеличением энергии нейтронов до 10 МэВ растет вероятность неупругого рассеяния, которое становится доминирующим при 20 МэВ. Для промежуточных нейтронов наиболее характерным процессом взаимодействия является неупругое рассеяние, а также радиационный захват.