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

полностью автоматизирована. Для этой цели применяют специаль­

ные приборы и их комплексы.

Результаты измерений можно переносить на. перфокарты и . перфоленты для дальнейшей обработки их на ЭВМ. Возможна также передача электрических сигналов от измерительных прибо­ ров и непосредственно на вычислительные машины.

§ 1. Графики динамических процессов

Графики, построенные в функции времени, являются наиболее распространенным видом документации динамических испытаний.

При пользовании механическими самопишущими приборами на движущейся бумажной ленте прибора вычерчивается обычно лишь одна диаграмма (рис. 111). Хотя скорость движения ленты может регулироваться, для точного определения масштаба времени необходимы дополнительные отметки.

Рис. 111. Образцы записей механического самописца:

а — со. ступенчатыми отметками времени; б — с

отметками, нанесенными вибрирующим пером отметчика времени; / —бумажная лента; 2 — за­

пись основной диаграммы; 3 п 4 — отметки, нане­

сенные «пером времени»; 7 •—интервалы ступен­ чатых отметок; t — период колебаний «пера вре­

мени»

Такие отметки наносятся обычно «пером времени». При разомкнутой электри­ ческой цепи, присоединенной к прибору, перо времени вычерчивает на ленте пря­ мую линию. При замыкании же цепи с помощью контактных часов пли другим способом перо подтягивается в магниту внутри корпуса прибора и фиксирует

170

на ленте отметку п виде небольшой ступеньки (рис. 111, а). Частоту нанесения таких отметок (через 1—2 сек или иные интервалы) назначают в соответствии со скоростью движения ленты.

На рис. 111, б показан другой вид отметок для больших скоростей. От,метки наносятся пером времени, удерживаемым гибкой пластинкой; отрываясь при раз­ мыкании цепи от магнита, такое перо вычерчивает на ленте затухающую кривую собственных колебаний с частотой, например в 25 или 50 гц.

При записях, выполняемых с помощью осциллографов, на их движущейся фотоленте может одновременно фиксироваться ряд диаграмм (до 8, 12 и даже 24). Показания группы приборов на од­ ной ленте дают возможность надежной увязки полученных данных во времени.

Для определения масштаба времени может быть использована

Рис. 112. Образцы осциллограмм:

а — масштаб времени определяется по записи колебаний задан­ ной частоты; б —масштаб времени дается отметками в виде поперечных линий; 1 —лента или пленка; 2 —записанные осциллограммы; 3 —колебания заданнойчастоты; 4 — попереч­ ные линии масштаба времени

171

одна из записей колебания со строго заданной частотой (рис. 112, а ); применяются также отметки времени в виде поперечных линий, за­ свечиваемых на фотоленте (рис. 112, б), например, вспышками нео­

новой лампы.

Эпюрограммы дают совмещенные условные изображения сигна­ лов, передаваемых одновременно рядом приборов на экран светолучевого осцпллографа-эпюрографа конструкции В. Л. Бурнштейна.

В качестве примера на рис. 113, а приведена эпюра распределе­ ния продольных деформаций по высоте изгибаемой балки. Каждому тензорезистору, установленному в рассматриваемом сечении (рис. 113,6), соответствует на зшорограмме свой сигнал с длиной, пропорциональной интенсивности измеряемой деформации.

J

° ) 4

М И

т

о)

Рис. 113. Эпгорограммп:

а —экран эшорографа; б — нагружаемая балка; / — контур экрана; 2 «—масштабная сетка: 3 — световые сигналы; 4 *—тензорезпсторы, наклеенные на боковой поверхности балки

По мере изменения значений определяемых величин непрерывно меняются и сигналы на экране эпюрографа, но в каждый отдельно взятый момент по этим сигналам могут быть сделаны дискретные отсчеты.

Регистрация эшорограмм при динамических процессах произво­ дится на фотоснимках с минимальной выдержкой и точной отмет­ кой момента съемки. Возможна также киносъемка экрана эпюро­ графа с последующей обработкой отдельных наиболее характерных кадров.

172

§ 2. Определение параметров колебательных процессов

2-1. Определение размахов и амплитуд колебаний

При заданном масштабе измерений размах определяется как разность значений экстремальных ординат колебаний за рассмат­ риваемый период (рис. 114, а).

помощью чувствительных фотоэлементов с автоматическим точным приведением к середине толщины линии записи. Результаты изме­ рений получают в виде дискретных отсчетов на лентах для дальней­ шей обработки их на ЭВМ.

2-2. Измерение периодов колебаний

173

2-3. Переход от перемещений к скоростям и ускорениям и обратно

Перемещения, скорости и ускорения связаны между собой диф­ ференциальными зависимостями.

Операции перехода могут быть выполнены графически, путем аналитической обработки и с применением приборов. Все эти спо­ собы подробно рассматриваются в специальной литературе.

Наиболее простым является случай установившихся гармониче­ ских колебаний с амплитудой а и частотой со, описываемых урав­ нением

Переход от измеренных амплитуд к максимальным ускорениям может быть выполнен путем простейшего пересчета, поскольку уско­ рение

Из сопоставления формул (56) и (57) находим требуемое соотноше­ ние в виде

Аналогично для определения максимальной скорости получаем

2-4. Определение коэффициента поглощения

Определение ф по затуханию свободных колебаний. При наличии развернутого во времени графика затухающих колебаний (рис. 116) находят логарифмический декремент б, связанный с ф зависи­

мостью (41):

ф = 26.

Логирафмический декремент подсчитывают по формуле

* Измерение амплитуд можно заменить измерением соответствующих размахов колебаний, что может быть выполнено без предварительного проведения нулевой линии на графике.

174

1) затухание колебаний в большинстве случаев происходит на­ столько медленно, что соседние амплитуды графика ап и ап+і весь­ ма мало отличаются друг от друга. Для увеличения этой разности с амплитудой ап сопоставляется амплитуда более отдаленного цикла — п + т (рис. 116).

Подсчет ведется в таком случае по формуле

(61),

т

которая дает усредненное значение декремента колебаний но длине взятого участка развертки, содержащего т циклов колебаний;

2) значения ö не остаются строго стабильными по длине диа­ граммы. Декремент колебаний следует поэтому определять не для одного, а для нескольких участков по длине графика с-отнесением получаемых значений 5 к середине каждого участка.

По полученным данным строят затем графики, представляющие зависимость ф от амплитуд динамических напряжений;

3) рассмотренный способ выявления ф по виброграммам зату­ хающих колебаний оказывается трудно применимым при сложном очертании диаграмм, обусловленном наложением друг на друга затухающих колебаний разных частот. В таких случаях целесооб­ разнее определять ф по резонансным кривым.

Определение ф по резонансным кривым. По измерениям, произ­ веденным при вынужденных колебаниях в зоне резонанса, коэффи-

175

циент поглощения может быть определен несколькими способами. Из числа рекомендуемых рассмотрим два способа, имеющих наи­ большее практическое значение при испытаниях натурных объектов.

1 Определение і|: по кривой расхода мощности при резонансе.

На рис. 117 приведены кривые расхода энергии W при работе цент­ робежных вибрационных машин для двух значений ф. Н-ачдльный и конечный участок этих кривых соединен пунктирной линией ОА, выделяющей очертание пика резонанса.

Как показывают соответствующие подсчеты, ф может быть опре­

По

где По— резонансная частота; щ и щ — частоты точек С и D резо­ нансной кривой, лежащих на пересечении этой кривой с отрезком CD, проведенным параллельно ОА через середину высоты Wü пика резонанса.

В соответствии с подсчетами коэффициент поглощения может быть определен по формуле

уз

где b —измеренная по графику ширина петли резонанса на поло­ вине ее высоты.

При крутом очертании пика резонанса Ь2 значительно меньше единицы и для практических подсчетов этой величиной можно пре­ небречь, тогда

176

3. Дополнительные замечания. При малых значениях ф возможно явление «срыва» резонансной кривой, условно показанное на рис. 117 пунктирной нисхо­ дящей ветвью E F пика резонанса. Точное определение частоты пг в формуле (62) и значений b в формулах (63) и (64) становится в этом случае невозможным * При определении ф но кривой расхода мощности необходимо учитывать, что при натурных испытаниях энергия, потребляемая вибрационной машиной, рас­ ходуется не только па возбуждение колебаний в исследуемых элементах конст­ рукции, по и во всех прочих колеблющихся элементах (часто с более значитель­ ным коэффициентом затухания) на преодоление трения в соединениях и т. д.

Все это может несколько завысить получаемые значения ф.

§ 3. Определение других динамических характеристик

3-1. Формы колебаний

Для выявления форм колебаний необходима одновременная за­ пись динамических перемещений в ряде точек колеблющейся систе­ мы с дальнейшим графическим анализом полученных результатов.

* Прибегают иногда к следующему искусственному приему: восходящую ветвь пика резонанса получают при возрастающем числе оборотов вибрационной машины, вплоть до момента срыва в точке Е\ обратным ходом получают отре­ зок AF. Затем наносят на графике наиболее вероятное очертание нисходящей вет­ ви EF. Данный прием дает, конечно, возможность лишь ориентировочной оценки значения коэффициента поглощения.

177

в сечениях I и II показания амплитудомера (или другого прибора), перемещаемого вдоль балочки 1, будут оставаться почти неизменны­ ми (соответствующая эпюра измеренных амплитуд показана на рис. 119, в). В случае же разности фаз получаемые отсчеты будут меняться по длине балочки, возрастая к ее краям от некоторой «ну­ левой» точки® промежуточном сечении III (рис. 119, г).

Для выявления фаз при пзгибных колебаниях пользуются также тензорезисторами, которые наклеивают до начала испытания в рас­ сматриваемых сечениях. Обработка записанных с их помощью виб­ рограмм деформации дает возможность убедиться в совпадении или сдвиге фаз колебании в сопоставляемых сечениях.

Этот способ может быть применен и в конструкциях более слож­ ного очертания.

3-2. Прочие данные

При динамических расчетах в ряде случаев пользуются значе­ нием приведенной массы, вычисляемой по соответствующим форму­ лам. В простейших системах значение приведенной массы можно определить и по экспериментальным данным. Так, например, для простой балки приведенная масса т связана с циклической часто­ той собственных колебаний со соотношением

где К — коэффициент жесткости балки.

Для нахождения т измеряем со дважды, помещая по середине

где у — ускорение массы т. Значения этих ускорений могут быть

178

найдены экспериментально по показаниям акселерометров или по данным обработки виброграмм перемещений.

Б тех случаях, когда значения приведенных масс могут быть

установлены с требуемой точностью, достаточно определить у лишь для точек приведения.

В более сложных случаях, где метод приведения масс не может быть использован, рекомендуется следующий прием: конструкция с учетом ее конфигурации и действующих на нее нагрузок разби­ вается на ряд простейших элементов с массами ти т2 и т. д.; определив экспериментальным путем ускорения центров тяжести этих масс, находим по формуле (69) приложенные к ним инерцион­ ные силы.

Динамические напряжения аДШ| могут быть найдены расчетным путем по действующим динамическим нагрузкам и уточненным зна­ чениям инерционных сил.

Полученные значения адш, в пределах упругой работы материа­ ла могут быть проверены по показаниям тензорезисторов и других приборов, измеряющих деформации, при условии, если динамиче­ ский модуль упругости материала известен.

Вышеприведенные примеры не исчерпывают всех вопросов, воз­ никающих при обработке результатов динамических испытаний, но дают необходимое представление о них в пределах поставленной задачи.

. § 4. Оценка и использование результатов динамических испытаний

Наиболее полное представление об условиях работы исследован­ ных конструкций дает сопоставление экспериментально определен­ ных значений динамических параметров (частот колебаний, значе­ ний перемещений, деформаций и т. д.) с соответствующими нм тео­ ретическими при условии, что в расчетах отражены необходимые данные, характеризующие фактическое состояние проверяемого объекта.

При наличии нормативных требований, например, в отношении значений параметров вибраций, не препятствующих работе преци­ зионных станков, и т. д. полученные фактические значения не долж­ ны превосходить допускаемых.

Экспериментально определенные частоты свободных колебаний элементов конструкции позволяют уточнять требования к режиму эксплуатации (в отношении действия установленного оборудования, скорости пропуска подвижной нагрузки и т. д.) для предупрежде­ ния возможности резонанса. Если же 'резонанс и связанные -с ним нежелательные явления уже имеют место, то полученные данные о частотах собственных колебаний используют при разработке не­ обходимых защитных мер.

При динамических испытаниях однотипных конструкций н эле­ ментов сопоставление частоты и интенсивности затухания колеба­

179