Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Экспериментальная интеграционная механика

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
15.08.2026
Размер:
973 Кб
Скачать

3.1.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

51

Таблица 3.3. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот (пружина №8), i = 5, Dср = 95 мм; d = 6мм; P0 = 47, 2 Гц [51]

 

 

m = −0, 1

 

 

 

 

 

m = −0, 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

 

 

 

ω −

 

 

ω

 

 

 

ω −

 

 

 

ω

ω

ω

ω

45,9

46,1

0,10

0,2

45,5

45,7

0,13

0,2

52,4

51,4

0,15

1,0

 

 

53,3

51,5

0,15

1,8

 

 

59,0

 

62,3

 

60,9

59,2

0,15

1,7

 

 

64,2

62,3

0,10

1,9

 

 

88,7

88,0

0,10

0,7

 

 

85,0

84,1

0,10

0,9

 

 

97,2

96,8

0,10

0,4

 

 

85,4

88,0

0,13

-2,6

 

 

98,6

98,3

0,3

0,3

 

 

87,8

89,2

0,25

-1,4

 

 

103,8

 

103,4

98,9

0,15

4,4

 

 

123,2

124,1

0,10

0,9

121,8

122,9

0,15

1,1

131,7

130,6

0,10

1,1

 

 

127,0

126,9

0,15

0,1

 

 

137,0

134,5

0,15

2,5

 

 

129,0

 

138,3

137,8

0,10

0,5

 

 

134,5

134,5

0,15

0

 

 

141,6

139,6

0,15

2,0

 

 

139,2

135,7

0,15

3,5

 

 

146,8

148,9

0,10

2,1

145,3

147,8

0,15

2,5

152,5

155,0

0,24

2,5

151,0

152,4

0,10

1,4

158,1

 

152,0

154,4

0,10

1,6

165,6

165,8

0,24

0,2

167,1

164,2

0,24

2,9

 

 

182,2

133,4

0,15

1,2

 

 

182,2

181,5

0,1

 

 

182,6

185,6

0,1

3,0

182,7

184,2

0,24

1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статистическая обработка проведена с использованием коэффициента Стьюдента ta(n), где n = 7, ta(n) = 6, 0. Граница доверительного интервала w определена с учётом погрешности прибора и с надёжностью 0,999. В таблицах доверительный интервал дан через среднеквадратическое отклонение .

На основе ранее проведенных экспериментальных исследованиях [60], удалось подтвердить эффект наличия основных частот поперечных колебаний кольца вблизи особых частот W 11, W 21, W 22 и доказать отличие основных частот поперечных колебаний симметричных форм от антисимметричных форм. Последнее позволило внести существенное уточнение в расшифровку частотного спектра. При близком совпадении основных частот поперечных колебаний реализуется одна экспериментальная частота, численно ближе к симметричной основной частоте поперечных колебаний. В верхней части частотного спектра так же наблюдаются случаи, когда реализуется одна частота из двух близко совпадающих, при этом формы двух

52 ГЛАВА 3

Таблица 3.4. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот, i = 5, Dср = 95 мм; d = 6мм;m = −0, 1;µ = 0, 29; P0 = 47 Гц [51]

Программа 1

Программа 2

Эксп.

w − wэкс.

w − wэкс.

Примечания

w Гц [51]

w Гц [44]

w Гц

[51] Гц

Гц

 

 

 

 

 

 

 

45,9

45,7

46,1

−0, 2

−0, 4

осн. прод.

52,4

52,2

51,4

1,0

0,8

осн. крут.

 

 

 

 

 

 

59,0

59,2

59,2

−0, 2

Осн. попер.

60,9

60,6

1,7

Осн. попер.

 

 

 

 

 

 

88,7

88,1

88,0

0,7

0,1

 

 

 

 

 

 

 

97,2

95,7

96,8

0,4

−1, 1

 

98,6

97,2

98,3

0,3

−1, 1

 

 

100,2

 

 

 

W 22

103,8

102,5

 

 

1 гарм. крут.

123,2

122,4

124,1

−0, 9

−1, 7

 

131,7

130,8

130,6

1,1

0,2

 

137,0

135,3

134,5

2,5

0,8

 

138,3

137,2

137,8

0,5

-0,6

 

141,6

140,4

139,6

2

0,8

 

146,8

146,0

148,9

−2, 0

−2, 9

осн.поп.

 

 

 

 

 

около W 11

152,5

151,2

155

−2, 4

 

осн.поп.

 

 

 

 

 

около W 11

 

154,3

 

 

 

W 11

158,1

157,1

155

 

2,1

 

165,6

164,9

165,8

−0, 2

−0, 9

 

182,2

181,1

 

 

 

осн.поп.

 

 

 

 

 

около W 21

 

181,4

183,3

1,2

−2, 0

осн.поп.

 

 

 

 

 

около W 21

182,6

 

185,6

−3, 0

 

 

123,2

188,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

53

Таблица 3.5. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот, i = 5, Dср = 95 мм; d = 6 мм; m = −0, 5; µ = 0, 29; P0 = 47 Гц [51]

Программа 1

Программа 2

Эксп.

w − wэкс.

w − wэкс.

Примечания

w Гц [51]

w Гц [44]

 

w Гц

[51] Гц

Гц

 

45,5

45,6

45,7

0,13

−0, 2

−0, 1

осн. прод.

53,3

52,6

51,5

0,15

1,8

0,9

осн. крут.

62,3

62,9

 

 

 

−0, 2

Осн. попер.

 

 

 

 

 

 

симметр.

 

 

 

 

 

 

 

64,2

64,9

62,3

0,1

1,9

 

Осн. попер.

 

 

 

 

 

 

антисимм.

 

65,3

 

 

 

 

W 22

85,0

83,4

84,1

0,1

0,9

−0, 7

 

 

83,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

85,4

88,2

88,0

0,13

−2, 6

0,2

 

87,8

 

89,2

0,25

−1, 4

 

 

103,4

102,0

98,9

0,15

4,4

2,1

 

 

 

 

 

 

 

 

121,8

122,0

122,9

0,15

−1, 1

−0, 9

 

127,0

127,2

126,9

0,15

0,1

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

129

128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

134,5

132,8

134,5

0,15

0

−1, 8

 

139,2

137,3

135,7

0,15

3,5

1,6

 

 

 

 

 

 

 

 

145,3

146,1

147,8

0,5

−2, 5

−1, 7

 

 

149,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

151,0

151,8

152,4

0,1

−1, 4

−0, 6

 

152,0

154,7

154,4

0,1

−1, 6

0,3

W 11

167,1

164,6

164,2

0,24

2,9

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

182,2

179,5

181,5

 

0,7

−2

осн. попер.

 

 

 

 

 

 

симметр.

 

 

 

 

 

 

около W 21

182,7

179,9

184,2

0,24

−1, 5

 

осн. попер.

 

 

 

 

 

 

антисимметр.

 

 

 

 

 

 

около W 21

 

187,1

 

 

 

 

W 21

54 ГЛАВА 3

Таблица 3.6. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот, i = 4, 8, Dср = 95 мм; d = 6мм; m = 0; µ = 0, 29; P0 = 48, 9 Гц [51]

wэкс.

Программа 2

w wэкс.

Примечания

Гц [51]

Гц

w Гц

Гц

 

 

 

0,6

 

нуль-частота

 

 

 

 

 

47,8

0,17

47,6

−0, 2

осн. прод.

53,6

0,1

53,9

0,3

Осн. крут.

62,4

0,17

60,6

−1, 8

Осн. попер.

 

 

 

64,0

Осн. попер.

 

 

 

 

 

91,6

0,13

91,3

−0, 3

 

99,4

0,15

99,0

−0, 4

 

 

 

100,1

 

 

 

 

 

 

 

108,4

0,10

108,5

 

W 22

 

 

111,6

3,2

 

126,8

0,21

124,4

2,4

 

 

 

 

 

 

135,6

0, 33

136,9

1,3

 

 

 

 

 

 

138,4

0,15

137,3

−1, 1

 

142,5

0,25

143,0

0,5

 

 

 

 

 

 

147,2

0,15

146,7

−0, 5

Осн. попер.

 

 

 

 

около W 11

149,6

0,15

149,5

−0, 1

 

153,4

0,1

153,9

0,5

 

156,1

0,1

154,2

1,9

W 11

168,7

0,15

169,5

1,8

 

 

 

 

 

 

173,1

0,15

178

42,9

 

184,7

0,15

182,3

−2, 4

 

 

 

182,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

188,6

 

W 21

3.1.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

55

Таблица 3.7. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот, i = 5, 2, Dср = 95 мм; d = 6мм; m = 0; µ = 0, 29; P0 = 48, 9 Гц [51]

wэкс.

Программа 2

w − wэкс.

Примечания

Гц [51]

Гц

w Гц

Гц

 

 

 

0,6

 

нуль-частота

245,0

0,39

44,2

−0, 8

осн. прод.

48,8

0,1

49,6

0,8

Осн. крут.

55,5

0,1

55,9

0,4

Осн. попер.

 

 

 

 

 

 

 

56,2

 

Осн. попер.

 

 

 

 

 

85,6

0,25

85,7

0,1

1 гарм. прод.

 

 

 

 

 

90,8

0,1

93,6

2,8

 

 

 

 

 

 

97,9

0,1

97,1

−0, 8

1 гарм. попер.

 

 

97,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

108,5

 

W 22

121,1

0,1

119,8

0,3

 

 

 

 

 

 

131,3

0, 15

130,8

−0, 5

 

 

0,15

133,8

 

1 гарм. попер.

 

 

 

 

около W 11

135,7

0,15

135,8

0,1

 

 

 

 

 

 

137,6

0,1

138,8

1,2

 

 

 

 

 

 

139,5

0,1

143,7

4,2

 

 

 

 

 

 

148,2

0,15

145,4

−2, 8

Осн. попер.

 

 

 

 

около W 11

152,6

0,17

151,3

−1, 3

Осн. попер.

 

 

 

 

около W 11

 

 

154,2

 

W 11

164,5

0,17

163,6

−0, 9

 

177,5

0,17

174,7

−2, 8

 

184,4

0,15

181,0

−3, 4

Осн. попер.

 

 

 

 

около W 21

 

 

182,2

 

Осн. попер.

 

 

 

 

около W 21

 

 

188,6

 

W 21

56 ГЛАВА 3

Таблица 3.8. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот, i = 4, Dср = 95 мм; d = 6мм; m = −0, 1; µ = 0, 29; P0 = 58, 7 Гц [51]

Программа 2

wэкс.

w wэкс.

Примечания

w Гц [51]

Гц

w Гц

 

56,8

57,2

−0, 4

 

76,9

74,2

2,7

 

 

 

 

 

80,1

78,8

1,3

 

 

 

 

 

100,2

 

 

W 22

106,2

107,9

−1

 

110,9

112,2

 

 

 

 

 

 

112,6

 

 

 

 

 

 

 

124,8

123,3

1,5

 

 

 

 

 

141,1

144,2

−3, 1

 

145,7

146,8

−0, 9

 

154,3

 

 

W 11

159,1

159,9

−2, 2

 

164,6

161,6

3,0

 

 

 

 

 

174,8

176,1

−1, 3

 

181,3

181,9

−0, 6

 

близко совпадающих частот соответствуют «основным частотам поперечных колебаний около W 11 или W 21».

Как правило погрешность в районе «особых частот» резко возрастает. «Особые частоты» W 11, W 21 «притягивают» к себе собственные частоты.

Из представленных результатов видно, что в области рассматриваемых частот нет ни одной реализованной частоты, не подтвержденной теоретически. Кратные резонансы наблюдаются ниже основной частоты продольных колебаний, в диапазоне основная частота продольных колебаний — «особая частота» W 21 кратные резонансы не обнаружены.

3.2.Область кратных резонансов во взаимосвязанных нелинейных колебаниях винтового тонкого бруса

Параметрические резонансы (кратные резонансы) рассмотрены экспериментально на примере пружины с числом витков, равным четырём. Данные эксперимента приведены в таблице 3.10.

3.3. О ЗОНАХ СГУЩЕНИЯ И РАЗРЯЖЕНИЯ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

57

Таблица 3.9. Сравнение аналитических и экспериментальных значений собственных частот, i = 4, Dср = 95 мм; d = 6мм; m = −0, 5; µ = 0, 29; P0 = 58, 7 Гц [51]

Программа 2

wэкс.

w wэкс.

Примечания

w Гц [51]

Гц

w Гц

 

56,7

56,5

0,2

 

65,3

 

 

W 22

65,3

64,3

0,8

 

 

 

 

 

80,2

75,5

4,7

 

84,4

82,4

2

 

97,3

 

 

 

 

 

 

 

97,8

98,7

0,9

 

107,0

107,5

0,5

 

124,7

122,7

−2

 

140,9

142,6

−1, 7

 

144,7

145,2

−0, 7

 

 

153,7

 

 

 

 

 

 

154,7

159,4

−4, 6

W 11

164,3

167,2

2,9

 

172,6

173,7

−1, 1

 

181,4

180,3

1,1

 

 

 

 

 

Из анализа экспериментальных результатов таблицы 3.10 видно, что кратные резонансы к основной частоте поперечных колебаний «выбирают» более сильную симметричную форму основной частоты поперечных колебаний. Удалось в данном эксперименте получить особые частоты W 22 и W 11, как частоты притягивающие к себе близко лежащие частоты. Важный вывод из этого эксперимента, что кратные частоты являются кратными к основным частотам по модели винтового тонкого бруса.

3.3.О зонах сгущения и разряжения частотного спектра в нелинейных колебаниях винтового тонкого бруса

Предыдущие экспериментальные данные (табл. 3.1 . . . 3.10) показали, что частотный спектр имеет зоны сгущения и разряжения.

58 ГЛАВА 3

Таблица 3.10. Параметрические резонансы в пружине i = 4, Dср = 95 мм; d = 6мм; m = 0; µ = 0, 29; P0 = 58, 7 Гц [51]

Параметр.

Крат-

Предпол.

 

 

 

 

резонанс

ность

част.

Экспер.

Прогр.1

Прогр.2

Прим.

Гц [51]

Гц

Гц

Гц

Гц

Гц

 

57,3

19,3

3

57,4

57,1

56,8

осн . прод. кол.

 

28,3

2

56,4

 

 

осн . прод. кол.

 

 

 

 

 

 

 

64,3

 

 

 

64,9

64,6

осн. крут. кол.

73,9

24,5

3

73,5

76,7

76,0

осн. симм. попер.

 

36,9

2

73,8

76,7

76,0

осн. симм. попер.

 

 

 

 

 

 

 

77,9

38,8

2

77,6

79,6

79,0

осн. антисимм. попер.

 

 

 

 

 

 

 

108,6

 

 

 

107,3

106,5

1 гарм. прод. кол.

 

 

 

 

 

108,5

W 22

115,6

 

 

 

116,2

113,5

попер. кол. кольца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

115,1

1 гарм. крут. кол.

124,1

 

 

 

126,3

125,4

 

 

 

 

 

 

 

 

144,8

 

 

 

142,2

141,1

 

 

 

 

 

 

 

 

147,3

 

 

 

146,9

146,2

4 гарм. прод.

157,3

52,0

3

156

156,3

154,2

W 11

 

 

 

 

 

154,9

3 гарм. крут. кол.

 

 

 

 

 

 

 

163,7

 

 

 

163,4

162,5

 

169,9

57,0

3

171,0

166,3

164,9

4 гарм. прод. кол.

177,6

 

 

 

177,0

175,9

 

 

 

 

 

 

 

 

182,7

 

 

 

182,9

181,3

 

 

 

 

 

 

 

 

В таблице 3.11 даны все экспериментальные данные для пружины с четырьмя рабочими витками при отсутствии поджатия и при условии жесткой заделки опорных витков, закрепление концевых витков производилось на специальных оправках. Зоны сгущения частотного спектра имеет место для низших частот, а также вблизи особых частот W 11, W 21, W 22.

Кэкспериментальным результатам таблицы 3.11 необходимо добавить

икратные результаты, представленные в таблице 3.10. Теоретическое обоснование эффекта существования зон сгущения и разряжения частотного спектра винтового тонкого бруса подробно рассмотрено в [48, 51, 53, 54].

3.4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЙЛЕРОВСКОЙ ПОТЕРИ

59

Таблица 3.11. Распределение резонансов в диапазоне 50–1000 Гц для пружины i = = 4, Dср = 95 мм; d = 6мм; m = 0; µ = 0, 29; P0 = 58, 7 Гц [51]

Диапазон

 

 

Резонансы

 

 

Количество

Гц

 

 

 

 

Гц

 

 

 

резонансов

 

 

 

 

 

 

50–100

57,5

64,5

77,3

83,8

4

 

 

 

 

 

 

 

100–150

106,4

115,6

122,1

143,2

148,2

5

 

 

 

 

 

 

 

150–200

158,3

163,7

167,4

177,6

182,7

5

 

 

 

 

 

 

200–400

224,5

232,7

328,1

345,3

4

 

 

 

 

 

 

 

400–800

460,2

486

615,6

625

729,2

5

 

 

 

 

 

 

 

800–1000

 

832,1

849,2

993,9

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4.Экспериментальные исследования восстановления эйлеровской потери устойчивости цилиндрических пружин

Эффект восстановления продольной потери устойчивости вынесен в отдельный параграф, так как имеет важное аналитическое значение. На рис. 3.1 приведён эксперимент Курятниковой Е. Л. на оборудовании, рассмотренном ранее в разделе 3.3. Этот эксперимент опубликован в нескольких работах Курятниковой Е. Л., в данной работе используется рисунок из [30].

На рис 3.1 представлена зависимости поперечного прогиба от m , отличие от обычной величины m в том, что эффективная длина сжатия пружины замеряется до соприкосновения витков,

m = Hλ , H = H0 − di, λ − перемещение верхнего конца пружины.

Одновременно для данной опытной пружины —

α = 40; H0 = 110 мм;

H0

= 6, 12; i = 28

D

 

 

приведён теоретический график зависимости собственной частоты поперечных колебаний и экспериментальной зависимости продольной силы от поджатия (m). Степень сжатия в месте максимального прогиба m = −0, 7,

60

Поперечныйпрогиб f, ìì

ГЛАВА 3

Зависимость поперечного прогиба от степени сжатия f(m*) 3

8

6

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

 

 

 

 

 

Степень сжатия m*

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Безразмерная частота

1

0,5

0

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,95

Степень сжатия

Значениесилы,Н

150

100

50

0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Степень сжатия

Рис. 3.1

близка к теоретической степени сжатия (m = −0, 8),при которой происходит обращение в нуль основной частоты поперечных колебаний. Для четырёх стадий сжатия пружины, которые отмечены на графике зависимости поперечного прогиба от степени сжатия m , приведены фотографии пружин. Восстановление пружины после эйлеровской потери устойчивости на данном графике очевидно. Этот диапазон необычайно мал. Данная установка используется в лабораторных работах в курсе лекций Полищука Д. Ф. Наш эксперимент для данной пружины проявлялся теоретически при i = 24, как экспериментально, так и аналитически при анализе обращения основной

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]