СПОСОБ ИМИТАЦИИ БЕЗОПОРНОГО СОСТОЯНИЯ УПРУГИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 2004 года по МПК G01H13/00 

Изобретение относится к области динамических испытаний объектов, а именно к способам определения динамических характеристик конструкций балочной схемы при изгибных колебаниях.

Известен способ имитации безопорного состояния конструкции, заключающийся в том, что используют ее балочную модель с жестко закрепленными концами с распределением жесткостей и масс, обратно пропорциональным соответственно распределению масс и жесткостей последней конструкции. Этот способ основан на совпадении собственных частот безопорной модели реальной конструкции и модели с жестко закрепленными концами, но с обратно пропорциональным распределением масс и жесткостей (см. авт. свид. 596849, М.кл² G 01 M 7/00, G 01 H 13/00, 1978).

Недостатками метода являются:
- невозможность определения собственных форм колебаний безопорной модели;
- необходимость создания специальной модели с обратно пропорциональным распределением масс и жесткостей.

Известен способ имитации безопорного состояния упругой конструкции, заключающейся в том, что конструкцию вывешивают на упругой подвеске, тросы которой должны располагаться в узлах исследуемой формы колебаний, возбуждают изгибные колебания конструкции и регистрируют ее динамические характеристики. (См. Экспериментальная техника и методы вибрационных испытаний конструкции летательных аппаратов. Обзоры. Переводы. Рефераты. ЦАГИ, 1973, 43, с. 53).

Недостатком данного способа является необходимость испытания натурной конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, заключающейся в том, что балочную модель конструкции вывешивают на нитях, возбуждают резонансное колебания и регистрируют ее динамические характеристики (см. Горошко А.А. Динамика упругой конструкции в условиях свободного полета. Киев: Наукова думка, 1965, с.131-132).

Недостатком способа является необходимость варьировать числом нитей в подвеске и местами их расположения, а испытания проводить многократно. Причина состоит в том, что при попадании точки закрепления в окрестность пучности исследуемой формы колебания данная форма подавляется. Другим недостатком способа является погрешность, связанная с наличием многонитевой подвески.

Техническим решением задачи является упрощение процесса динамических испытаний моделей безопорных конструкций по определению собственных форм изгибных колебаний и повышение точности результатов испытаний.

Поставленная задача достигается тем, что в способе имитации безопорного состояния упругих конструкций, включающем возбуждение резонансных колебаний балочной модели и регистрацию ее собственных форм, на концах модели закрепляют сосредоточенные массы, величины которых подбирают по формуле

где i=1,2 - номер конца модели,
m - величина массы,
С - жесткость упругой связи,
ω - частота исследуемого резонансного режима.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что на установившемся резонансном режиме достигается отсутствие силовых факторов на конце модели, т. е. условия безопорного состояния реализуются с высокой степенью точности. Следствием этого является более высокая точность определения собственных форм модели безопорной конструкции по сравнению с их определением известными способами, описанными выше. Кроме того. существенно упрощается процесс проведения испытаний, так как отпадает необходимость в предварительном отыскании узлов собственной формы модели, которые должны служить точками подвешивания.

По предлагаемому способу в лаборатории были проведены динамические испытания однородной балки по определению собственной формы изгибных колебаний первого тона.

Испытанная балка имела следующие параметры:
- длина 1,6 м,
- масса 0,78 кг,
- изгибная жесткость EY=1,66 н.М²
- частота 1-го тона ω=32,75 сек^-1.

Опорные устройства, отвечающие требованиям предлагаемого способа, имели следующие параметры:
- коэффициент жесткости упругих связей
C₁=C₂=107,2 н/м
- концевые массы m₁=m₂=0,1 кг.

Испытания, проведенные по предлагаемому способу, подтвердили существенное упрощение процесса динамических испытаний и уменьшение погрешности определения ординат собственной формы в среднем на 5% по сравнению со способом, в котором модель подвешивалась в узловых точках формы.

Кроме того, опорные силовые факторы при колебаниях компенсируются инерционным воздействием масс определенной величины, закрепленных на концах модели. Это дает возможность реализовать условия безопорного состояния с высокой точностью соответствующим подбором величины концевых масс и, следовательно, повысить точность определения формы колебания по сравнению с известными способами. Последние не исключают действие опорных силовых факторов и основаны на уменьшении их влияния на процессе колебаний при размещение опор в узлах собственных форм.

Поскольку применение предлагаемого способа существенно упрощает процесс проведения динамических испытаний по сравнению с известными, т.к. исключает необходимость предварительного отыскания узловых точек собственных форм путем проведения многократных испытаний, то можно сделать вывод, что предложение "промышленно применимо".

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное предложение, с очевидностью вытекающее из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод об изобретательном уровне предлагаемого изобретения.

Предложенный способ поясняется схемой, на которой изображена модель безопорной конструкции.

Способ реализуется с помощью модели, состоящей из балки 1, сосредоточенных масс 2 на концах балки 1 и упругих связей 3 сосредоточенных масс 2.

Для осуществления способа необходимо построить физическую модель испытуемой упругой конструкции, определить одним из известных способов собственную частоту ω исследуемого тона колебаний и далее подобрать упругие связи С_i и концевые массы m_i по формуле

При этом следует стремиться к минимально допустимым значениям С_i, при которых еще обеспечивается линейная характеристика связи при колебаниях.

Конфигурация каждой массы должна обеспечивать минимальное плечо ее инерционных сил относительно концевого сечения модели. Концевые сечения модели должны быть жестко соединены с массами, т.е. должны быть исключены их относительные угловые и линейные перемещения в плоскости изгиба.

При изгибных колебаниях на резонансе силы инерции сосредоточенных массу уравновешивают реакции упругих связей, для чего величины масс должны быть подобраны в соответствии с формулой

Колебания модели возбуждают, например, с помощью электродинамического вибратора и на резонансном режиме с частотой ω регистрируют любым из существующих методов форму колебаний.

Эффект безопорного состояния модели достигается за счет подавления реакции упругих связей инерционными силами концевых масс.

Для исследования формы колебаний другого тона все операции способа необходимо провести аналогичным образом.

Изобретение относится к методикам определения динамических характеристик конструкций балочной схемы при изгибных колебаниях. Способ имитации безопорного состояния упругих конструкций при динамических испытаниях заключается в возбуждении резонансных изгибных колебаний балочной модели конструкции на упругих связях и регистрации колебаний ее собственных форм. При этом упругие связи подбирают с минимально допустимой жесткостью, при которой еще обеспечивается линейная характеристика упругих связей при колебаниях, а на концах модели закрепляют сосредоточенные массы, величины которых подбирают расчетным путем. Данное изобретение направлено на упрощение процесса испытаний и повышение точности результатов испытаний. 1 ил.

Способ имитации безопорного состояния упругих конструкций при динамических испытаниях, включающий возбуждение резонансных изгибных колебаний балочной модели конструкции на упругих связях и регистрацию ее собственных форм, отличающийся тем, что упругие связи подбирают с минимально допустимой жесткостью, при которой еще обеспечивается линейная характеристика упругих связей при колебаниях, а на концах модели закрепляют сосредоточенные массы, величины которых подбирают по формуле

где i=1, 2 - номер конца модели;

m_i - величина i-й массы;

С_i - жесткость i-й упругой связи;

ω - частота исследуемого резонансного режима.