книги из ГПНТБ / Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие

При неустановившемся режиме отсчеты по индикаторам затруднены. Более четкие показания во всех случаях могут быть получены с помощью самопишущих приборов. В наших условиях наиболее распространенным из них является вибро­ граф системы Гейгера (рис. 107). В этом приборе различно ориентированная (вертикально, горизонтально или наклонно) инертная масса 1, удерживаемая спиральной пружиной, дает возможность записывать колебания, направленные таким же образом. Запись ведется на движущейся бумажной ленте, приводимой в движение часовым механизмом, помещенным внутри корпуса прибора. Меняя податливую пружину на жесткую, можно этот же прибор использовать в качестве акселерометра.

димая в движение часовым механизмом; 7 — передаточные ры­ чажки

Несмотря на тщательно разработанную конструкцию, общие недостатки (ука­ занные выше) механических передач имеют место и в данном случае, ограничи­ вая, например, возможность увеличения записей (практически не более чем в 12 раз), что затрудняет расшифровку колебаний с размахом порядка десятых миллиметра и менее. Лучшие результаты дают вибрографы с безынерционной оптической регистрацией. Однако их применяют редко ввиду бесспорных преиму­ ществ рассмотренных ниже вибропреобразователей дистанционного действия.

2-4. Вибропреобразователи

Электрические вибропреобразователи вырабатывают дистан­ ционно передаваемые сигналы информации о наблюдаемых переме­ щениях (линейных и угловых), их скорости и ускорении.

Различают преобразователи индукционные, индуктивные, ем­ костные, омического сопротивления и т. д.

На рис. 108, а показана наиболее простая схема индукционного измерительного преобразователя, представляющего собой соленоид, в катушке которого при вибрациях магнитного сердечника возни­ кает электродвижущая сила, пропорциональная скорости колеба­ ний. Индукционные преобразователи, применяемые °в многочислен­

но

ных конструктивных вариантах*, просты, надежны и обладают'до­ статочной чувствительностью при использовании сильных магнитов.

В индуктивных преобразователях под действием вибраций ме­ няется индуктивное сопротивление. На рис. 108,6 схематически по­ казан преобразователь данного типа с переменным при вибрациях зазором между якорем и сердечником. Такие преобразователи имеют высокую чувствительность и реагируют на изменения в де­ сятые доли микрона.

•1— якорь

ются тензорезисторы, приме­ няемые, в первую очередь, при измерениях деформаций.

Запись быстропротекающих динамических процессов при приме­ нении преобразователей, передающих электрические сигналы, про-

* На данном принципе действуют также сейсмографы, регистрирующие коле­ бания земной коры.

1G1

изводится с помощью многоканальных светолучевых магнитоэлек­ трических осциллографов. При высокочастотных вибрациях приме­ няют осциллографы с электроннолучевой трубкой.

§ 3. Измерение деформаций. Контроль частот

Измерение деформаций осуществляется с помощью тензорезнсторов, по своей конструкции и способам крепления к исследуемым элементам аналогичных применяемым при статических испытаниях. Приборы же, основанные на механическом принципе действия, и измерительные преобразователи других систем ввиду свойственных им недостатков при исследованиях динамических деформаций ма­ териала строительных конструкции в настоящее время приме­ няются лишь в редких случаях *.

Сигналы, вырабатываемые тензорезнсторамп, записываются па осциллограммах многоканальных осциллографов. В ряде случаев эффективно использование для данной цели эпюрографов, которые дают возможность рассматривать и фиксировать передаваемые на экран осциллографа изображения сигналов от установленных в раз­ личных позициях тензорезисторов. Подробнее данный метод реги­ страции рассмотрен ниже.

Определение частот зарегистрированных вибраций при наличии записанных виброграмм не вызывает при их обработке каких-либо затруднений.

1

J

д

В)

Рис. 109. Многоязычковый частотомер:

корпус прибора; 4 —шкала частот

* В других областях техники, например при исследованиях работы элемен­ тов машин и механизмов, измерительные преобразователи других систем (рас­ сматриваемые в рекомендуемой литературе) находят широкое применение.

162

ГЛАВА IV

П Р О В Е Д Е Н И Е И С П Ы Т А Н И Й

§ 1. Подготовительные работы

Динамические испытания, как правило, менее трудоемки и про­ водятся быстрее, чем испытания статические, связанные с приложе­ нием и снятием громоздкой нагрузки и длительным выдерживанием ее на объекте*. Но, с другой стороны, при динамических испыта­ ниях требуется обеспечение безотказного действия ряда механизмов (источников динамических воздействий, регистрирующих приборов и т. д.) и четкое соблюдение синхронности их включения и работы.

Разработка программы, предусматривающей все взаимосвязан­ ные детали предстоящих испытаний, является поэтому первым и наиболее важным предварительным этапом.

Подготовительные работы — крепление конструкций, устройство подмостей и ограждений, подводка освещения к местам установки приборов и т. д., остаются, в основном, темн же, что и при статиче­ ских испытаниях. Дополнительно необходимы: устройства для крепления вибрационных машин и приложения ударных нагрузок; амортизирующие прокладки, предохраняющие элементы сооруже­ ния от повреждений при ударах; устройства для искусственного возбуждения толчков при пропуске подвижной нагрузки и т. д.

Меры по технике безопасности дополняются установкой ограж­ дении у механизмов, создающих динамические воздействия; при пропуске подвижной нагрузки на больших скоростях предусматри­ вают меры для исключения возможности несчастных случаев.

§ 2. Размещение приборов и проведение испытаний

Приборы должны быть помещены в тех сечениях и точках объек­ та, где наиболее отчетливо могут быть выявлены значения опреде­ ляемых параметров. Поскольку при динамических испытаниях в ря­ де случаев применяются довольно сложные приборы (имеющиеся в распоряжении испытательных групп обычно в ограниченном коли­ честве), существенна возможность неоднократного использования одного и того же прибора с установкой его в разных позициях. Вы*

* Исключением являются испытания на выносливость, требующие приложения сотен тысяч и миллионов циклов нагружения, на что уходит обычно не менее нескольких суток.

164

зываемое этими перестановками некоторое увеличение длительно­ сти всей работы компенсируется сокращением количества необхо­ димой аппаратуры и обслуживающего ее квалифицированного

персонала.

Так же как и при статических испытаниях, наиболее ответст­ венные измерения рекомендуется дублировать и применять для со- -поставления результатов приборы различного принципа действия. В то же время не следует без достаточного для этого основания уве­ личивать общее количество точек измерения во избежание ненуж­ ного усложнения как самого испытания, так и обработки его ре­

зультатов.

Отметчики времени. Для анализа записи динамических процес­ сов и сопоставления показаний, установленных в разных местах приборов, необходимо четко отмечать .время измерения. Такие от­ метки 'синхронно наносятся «а все диаграммы при замыкании сла­ боточной цепи, в которую должны быть включены регистрирующие устройства всех действующих приборов.

Замыкание цепи производится или автоматически, например, при нажатии специально установленных педалей при въезде и сходе подвижной нагрузки с объекта, .или включением вручную специаль­ ного контакта в нужный момент времени. Для повторных отметок, например через каждые 10—30 сек, используют «контактные часы», регулярно с заданной частотой замыкающие цепь.

В отдельных приборах (например, в описанных выше самописцах Гейгера и др.) имеются устройства для отметок временя через заданные интервалы от рас­ положенного внутри корпуса прибора часового механизма. Более надежными (при наличии нескольких приборов) являются, однако, централизованные сигналы, гарантирующие строгую синхронность нанесения отметок.

При дистанционной регистрации показаний удобно совмещение записей по группе приборов па одной ленте регистрирующего устройства (например, много­ канального осциллографа).

§ 3. Испытания ударной нагрузкой

Ударные испытания просты, требуют минимальной подготовки и сравнительно несложного оборудования. Наиболее удобны удар­ ные испытания для сравнительной оценки динамических характери­ стик однотипных конструкций, например овай, балок и плит пере­ крытий. Однако, чем массивнее исследуемые элементы, тем слабее оказывается на них действие удара, что требует применения более чувствительной'аппаратуры или увеличения силы удара, чем прак­ тически и ограничивается возможность применения данного метода испытаний.

Определяемые характеристики. Частоту и интенсивность затуха­ ния собственных колебаний, возникших в результате удара, опреде­ ляют путем обработки записанных виброграмм. Очень важно, что значения рассматриваемых параметров не зависят от силы удара. Это дает возможность проверять и уточнять полученные данные путем повторной записи при дополнительных ударных воздействиях.

165

Возможно также использование одного и того же прибора с уста­ новкой его в разных позициях.

При ударных испытаниях могут быть исследованы также ско­ рости распространения ударных волн, установлена форма колеба­ ний (что, однако, удобнее делать вибрационным путем), а также исследована чувствительность сооружения к действию ударов, на­ пример, для выяснения возможности работы на данном объекте под­ лежащего установке прецизионного оборудования.

Если для сравнительных оценок параметров однотипных кон­ струкций требуется уточнение только частот собственных колебаний, то вместо самопишущих приборов могут быть использованы много­ язычковые частотомеры (см. рпс. 109), что значительно упрощает проведение испытаний.

§ 4. Испытания вибрационной нагрузкой

При испытаниях вибрационной нагрузкой в исследуемых конст­ рукциях возбуждаются вынужденные колебания в широком диапа­ зоне частот, включая зону резонанса.

Вибрационные испытания позволяют наиболее полно н всесто­ ронне выявить динамические характеристики обследуемых объек­ тов. Но, с другой стороны, для их проведения требуются специаль­ ные вибрационные машины и наличие возможности крепления л пуска их на объекте.

В отдельных, сравнительно редких случаях, в качестве источника силовых воздействии может быть использовано установленное на испытываемом объекте динамически неуравновешенное технологическое оборудование при возможности изменения частоты оборотов или возвратно-поступательных ходов движущихся частей этих механизмов. Однако предварительно необходимо уточнять (что часто довольно сложно) фактические значения развиваемых оборудованием динамиче­ ских воздействий; эти затруднения отпадают при использовании заранее уже вы­ веренных вибрационных машин.

Определяемые характеристики. При вибрационных испытаниях получают «резонансные кривые», дающие значения измеренных ве­ личин (перемещений, деформаций и т. д.) в функции частот возму­ щающих сил.

При обработке этих кривых могут быть получены частоты соб­ ственных колебаний исследуемых элементов и интенсивность зату­ хания возникших колебаний.

При поддержании строго стабильного режима работы вибра­ ционной машины регистрирующие приборы могут быть использова­ ны неоднократно, с перестановкой их с места на место. При этом для определения перемещений можно пользоваться не только запи­ сывающими приборами (что предпочтительнее), но и приборами с визуальным отсчетом.

Определение частоты собственных колебаний можно произво­ дить даже без установки каких-либо измерительных приборов на самом объекте, поскольку момент резонанса может быть четко вы­ явлен по положению «пики» на кривой расхода энергии вибрацион­ ной машины.

166

Особенности вибрационных испытаний. При постепенном изменении числа обо­ ротов вибрационной машины приходится считаться с возможностью «срывов»А

машины и потребляемой ею мощностью №. На диаграмме отчетливо виден пик

резонанса с максимумом в точке /, соответствующей частоте со,.

На рис. 110, б показан ход эксперимента при постепенном возрастании ско­ рости вращения. При изменении мощности на валу электродвигателя вибромашины от нуля до W, скорость вращения плавно возрастает до сщ. Однако при дальней­

мента.

Обратная картина (рис. ПО, в) наблюдается при постепенном уменьшении скорости вращения. Скачок появляется в данном случае между точками 3 и 4 кривой и исключенным оказывается весь пик резонанса.

Рис. ПО. К срывам резонансной кривой:

п — общее очертание крнвоіі расхода энергии; б — разрыв непрерывности при пря­ мом ходе; в —то же. при обратном ходе; 1Г' — потребляемая энергия; со — частота

Рассмотренные явления обусловливаются тем, что электродвигатели вибро­ машин являются одновременно источником энергии п возбудителем частоты с определенной для каждого двигателя связью между данными характеристиками. Эти две функции должны быть разделены, что осуществлено, например, у рас­ смотренного выше гпдропульсатора * * с дополнительным вращением его цент­ ральной оси (стр. 152).

При использовании обычного оборудования эксперимент проводят сначала с возрастанием, а затем с уменьшением скорости вращения. Таким образом, удается путем наложения результатов, полученных при прямом и обратном ходах, по­ строить почти все очертание резонансной кривой за исключением ее крутой нисхо­ дящей ветви 1—3, что не снижает, однако, общей ценности получаемых резуль­ татов.

*Внезапное скачкообразное изменение скорости вращения называют «эффек­ том Зоммерфельда» по фамилии автора, впервые описавшего подобного рода срывы.

** В описанном гидропульсаторе один из двигателей, вращающий ротор, является основным источником энергии колебания. Скорость его вращения влияет только на амплитуду возбуждаемых колебаний.

Другой же двигатель, вращающий центральную ось пульсатора с золотни­ ком, задает частоту и фазу возбуждения.

При таком разделении назначения каждого из двигателей срывов частот не наблюдается.

167

ГЛАВА V

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Обработка результатов динамических испытаний складывается из двух основных операций:

1)общего анализа исследуемых процессов и

2)установления численных значений параметров, характеризую­ щих эти процессы.

Подлежащие обработке экспериментальные данные могут при этом иметь форму графиков, записанных приборами, как правило,

вфункции времени, и дискретных (т. е. прерывных во времени) циф­ ровых отсчетов или различным образом зафиксированных отметок*.

Графики, построенные в функции времени, являются наиболее удобной и наглядной формой при исследовании нестационарных, т. е. изменяющихся во времени процессов. При стационарных про­ цессах графики не столь обязательны (они полезны для контроль­ ного просмотра) и могут быть замерены рядом дискретных изме­ рений.

Этапы обработки: 1) зарегистрированные сложные процессы разделяют на более простые составляющие. Так, например, колеба­ ния любых сложных очертаний приемами гармонического анализа могут быть представлены в виде сумм простых гармонических ко­ лебаний;

2)определяют численные значения параметров, характеризую­ щих исследуемые процессы;

3)полученные данные в случае необходимости подвергаются дальнейшей обработке. Так, например, путем дифференцирования

иинтегрирования, выполняемого обычно при помощи специальных устройств, по измеренным перемещениям определяют скорости и ускорения и наоборот; путем сопоставления одновременно получен­ ных данных выявляют формы колебаний и т. д.

4)на основании произведенной обработки дают общую оценку динамической работы исследуемого объекта.

Способы проведения обработки. Рассмотренные выше этапы ана­ лиза динамических процессов широко применяются в самых раз­ личных областях техники: в машиностроении, самолетостроении, при исследованиях сейсмических процессов, в геофизической раз­ ведке и т. д.

Обработка получаемой информации в значительной степени или

* В последнее время прибегают к фиксации электрических сигналов электро­ магнитным путем на магнитной ленте. Полученные результаты могут быть представлены в виде осциллограмм (а также визуально просмотрены на экране осциллографа) или в виде серии дискретных измерений. Отработанные ленты легко размагничиваются п могут быть использованы неоднократно.

1691