Показать метаданные Скрыть метаданные

(19)

(11)

2 489 696

(13)

(51)

МПК

G01M7/00(2006-01-01)

(21) (22)

Заявка

2012110330/28, 2012-03-20

(24)

Дата начала отсчета патента

2012-03-20

(22)

дата подачи заявки

2012-03-20

(45)

опубликовано

2013-08-10

(72)

авторы

Бетковский Юрий ЯковлевичЧупин Игорь Поликарпович

(73)

патентообладатели

Открытое Акционерное Общество Машиностроительное Конструкторское Бюро Имени А.Я. Березняка"

(56)

Документы, цитированные в отчете о поиске

Генкин М.Д., Тарханов Г.ВВибрация машиностроительных конструкций- М.: Машиностроение, 1979, с.38Гози XИспытания при гармоническом возбуждении, "Manual on Aeroelasticity", p.1, Chapter 4, p.1-21; (AGARD, NATO), 1961, Рефераты ЦАГИ № 221, 1967 гВибрации в технике, справочник в 6-ти томах/Под редМ.ДГенкина- М.: Машиностроение,

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ И ОБОБЩЕННЫХ МАСС КОЛЕБЛЮЩИХСЯ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2013 года по МПК G01M7/00

Описание патента на изобретение RU2489696C1

Изобретение предназначено для использования при исследовании динамических характеристик материалов и механических конструкций. Техническим результатом является повышение точности определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций.

Известные экспериментальные способы («Вибрации в технике», Справочник в 6-ти томах, М., «Машиностроение», 1981 г., т.5, стр.332…348; Г.Н. Микишев, Б.И. Рабинович «Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость», М., «Машиностроение», 1971 г., Гл.3,) определяют собственные частоты испытуемого объекта как резонансные частоты при вынужденных колебаниях объекта под действием гармонической силы постоянной амплитуды.

Известен энергетический способ определения обобщенных масс (Гози X. «Испытания при гармоническом возбуждении», "Manual on Aeroelasticity", р.1, Chapter 4, p.1-21; (AGARD, NATO), 1961, Рефераты ЦАГИ №221, 1967 г) и близких к ним эквивалентных масс (М.Д. Генкин, Г.В. Тарханов «Вибрация машиностроительных конструкций», М., «Машиностроение», 1979, с.38) через высоту резонансных пиков (работу сил возбуждения при колебаниях конструкций по собственному тону).

Существенными признаками известных способов, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения являются: возбуждение с i-х точек (i=1, 2, … S) вынужденных колебаний испытуемой конструкции гармоническими силами (моментами) с постоянными амплитудами F_i и пошагово изменяющейся частотой, измерение амплитуд одного из кинематических параметров колебаний конструкции q_i (перемещений, скоростей или ускорений синфазных и квадратурных составляющих), построение амплитудных и фазовых частотных характеристик (резонансных кривых) измеренного кинематического параметра во всех точках возбуждения, определение параметров всех R резонансов (резонансных частот f_r (r=1, 2 … R), логарифмических декрементов δ_r и высот резонансных пиков q_i(f_r) во всех точках возбуждения), нормирование форм колебаний по выбранной j-ой точке возбуждения (j=1, 2, S).

Недостатком всех указанных способов является то, что всеми этими способами определяются собственные частоты и обобщенные массы не испытуемого объекта, а системы, состоящей из испытуемого объекта, подвижных масс вибраторов и приспособлений, соединяющих подвижные массы вибраторов с испытуемым объектом.

Данное техническое решение направлено на создание способа определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций, свободного от упомянутого недостатка.

Указанный технический результат в способе определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций достигается гармоническими силами с постоянными амплитудами и пошагово изменяемой частотой возбуждают вынужденные колебания исследуемой конструкции; измеряют кинематические параметры (перемещения, скорости или ускорения) в точках возбуждения и амплитуды вынуждающих сил; строят амплитудные и фазовые частотные характеристики или синфазные и квадратурные составляющие кинематических параметров; определяют резонансные частоты и соответствующие им высоты резонансных пиков; принимают перемещения одной из точек возбуждения на резонансных частотах за обобщенные координаты; в этих координатах определяют обобщенные массы системы, состоящей из испытуемого объекта, вибровозбудителя и переходных приспособлений; определяют «вклад» посторонних движущихся масс; находят собственные частоты и обобщенные массы испытуемого объекта, 1 таб., 2 фиг.

Отличительными признаками изобретения является измерение на этапе подготовки испытаний всех «посторонних» масс µ_i - масс элементов стенда, участвующих в колебаниях (подвижных масс вибраторов и масс приспособлений, соединяющих подвижные массы вибраторов с испытуемым объектом); измерение кинематических параметров q_i в точках возбуждения; выбор в качестве обобщенных координат амплитуды (высоты резонансных пиков) кинематических параметров q_j(f_r) одной из точек возбуждения j на резонансных частотах f_r, вычисление вклада Δm_j(f_r) «посторонних» масс системы, обобщенных масс системы M_j(f_r), приведенных к этой j-той точки возбуждения, собственных частот v_r и обобщенных масс m_j(v_r) испытуемого объекта, приведенных к этой j-той точки возбуждения, по формулам:

$Δ m_{j} (f_{r}) = \frac{\overset{S}{\sum μ_{i}} \cdot \underset{i = 1}{q_{i}^{2} (f_{r})}}{q_{j}^{2} (f_{r})} (1)$

$M_{j} (f_{r}) = \frac{π {\overset{S}{\sum F}}_{i} \cdot \underset{i = 1}{q_{i} (f_{r})}}{g \cdot δ_{r} \cdot q_{j}^{2} (f_{r})} (2)$

$m_{j} (v_{r}) = M_{j} (f_{r}) - Δ m_{j} (f_{r}) (3)$

$ν_{r} = f_{r} \sqrt{\frac{M_{j} (f_{r})}{M_{j} (f_{r}) - Δ m_{j} (f_{r})}} = f_{r} \sqrt{\frac{M_{j} (f_{r})}{m_{j} (f_{r})}} (4)$

где

$q_{i} (f_{r}) = {\begin{matrix} \begin{array}{l} n_{i} (f_{r}) - п р и измерениях амплитуд ускорений в единицах \\ ускорения свободного падения g \end{array} \\ \begin{array}{l} Im [n_{i} (f_{r})] - п р и и з м е р е н и я х к в а д р а т у р н о й с о с т а в л я ю щ е й \\ амплитуд скоростей \end{array} \\ \frac{ω_{r}^{2} \cdot A_{i} (f_{r})}{g} - п р и и з м е р е н и и п е р е м е щ е н и й \\ \begin{array}{l} \frac{ω_{r}^{2} \cdot Im [A_{i} (f_{r})]}{g} - п р и и з м е р е н и и к в а д р а т у р н ы х с о с т а в л я ю щ и х \\ перемещений \end{array} \\ ω_{r}^{2} = 2 π f_{r} \end{matrix}$

Предложенное решение относится к испытательной технике, в частности, к вибрационным испытаниям конструкций и может быть использовано в машиностроении для определения динамических характеристик и динамической устойчивости, при испытаниях на вибростойкость и исследованиях поведения конструкций при переменных нагрузках и идентификации распределенных механических систем по экспериментальным данным.

Предложенный способ реализуется следующим образом: испытуемую конструкцию подвешивают на резиновых амортизаторах или штатно закрепляют на технологическом приспособлении. В выбранных точках (i=1, 2, … S) к конструкции через переходные приспособления подсоединяют подвижные массы электродинамических вибраторов. Предварительно определяют массы подвижных частей вибраторов и переходных приспособлений. По каждой точке возбуждения i находят величины «посторонних» масс µ_i как сумму всех подвижных частей стенда, участвующих в колебаниях и подсоединенных к испытуемому объекту в данной точке возбуждения. Во всех точках возбуждения устанавливают датчики первичной информации (датчики перемещений или акселерометры), являющиеся частью измерительно-аналитической системы. Осуществляют возбуждение конструкции гармоническими силами с постоянными амплитудами F_i. Частоту возбуждения f меняют дискретно с шагом Δf. Измеряют отклики конструкции q_i в точках возбуждения и амплитуды сил возбуждения F_i. Определяют резонансные частоты f_r. В окрестности резонансов возбуждение повторяют с постепенным уменьшением шага по частоте до получения точных значений максимумов амплитудных частотных характеристик или квадратурных составляющих откликов по перемещениям A_i (при использовании датчиков перемещений) или ускорении n_i (при использовании акселерометров). Любым известным способом по полученным измерениям определяют логарифмические декременты δ_r на каждой резонансной частоте f_r. Перемещение одной из точек возбуждения B_j на резонансных частотах f_r принимают за обобщенные координаты и по формулам (1)…(4) определяют собственные частоты v_r и обобщенные массы m(v_r) испытуемой конструкции.

В качестве примера рассмотрим реализацию способа при частотных испытаниях трапециевидной пластины 1 переменной толщины со свободными концами, жестко закрепленной на валу 2. Общий вид и размеры пластины представлены на фиг.1. Масса испытуемой пластины М=10,79 кг. Пластина была штатно закреплена на технологическом приспособлении. Возбуждение осуществляли одним электродинамическим вибратором 20IE20/C последовательно с точки Т (фиг.1). «Посторонняя» масса составляла µ=0,44 кг.

Получены два первых тона собственных колебаний, представляющие собой повороты пластины вокруг узловых линий I-I и II-II, показанных на фиг.2. В качестве обобщенных координат были приняты углы поворотов вокруг соответствующих узловых линий. Полученные резонансные и собственные и частоты и обобщенные массы с=mη², приведенные к углам поворота вокруг соответствующих узловых линий (η - расстояние от точки возбуждения до соответствующей узловой линии), показаны в таблице.

Параметры Экспериментальные без учета влияния «посторонних» масс Собственные объекта испытаний Частота первого тона, Гц 44,6 51,5 Обобщенная масса первого тона, кгм² 0,247 0,199 Частота второго тона, Гц 125,0 133,7 Обобщенная масса второго тона, кгм² 0,044 0,038

Иллюстрации к изобретению RU 2 489 696 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ И ОБОБЩЕННЫХ МАСС КОЛЕБЛЮЩИХСЯ КОНСТРУКЦИЙ

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к вибрационным испытаниям конструкций, и может быть использовано в машиностроении для определения динамических характеристик и динамической устойчивости при испытаниях на вибростойкость и исследованиях поведения конструкций при переменных нагрузках и идентификации распределенных механических систем по экспериментальным данным. Способ включает возбуждение вынужденных колебаний исследуемой конструкции гармоническими силами с постоянными амплитудами и пошагово изменяемой частотой, измерение кинематических параметров перемещения, скорости или ускорения в точках возбуждения и амплитуды вынуждающих сил, построение амплитудных и фазовых частотных характеристик или синфазных и квадратурных составляющих кинематических параметров, определение резонансных частот и соответствующих им высот резонансных пиков. При этом принимают перемещения одной из точек возбуждения на резонансных частотах за обобщенные координаты, в этих координатах определяют обобщенные массы системы, состоящей из испытуемого объекта, вибровозбудителя и переходных приспособлений, определяют «вклад» посторонних движущихся масс и находят собственные частоты и обобщенные массы испытуемого объекта. Технический результат заключается в повышении точности измерений при экспериментальном определении собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций испытываемого объекта. 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 489 696 C1

Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций, включающий возбуждение испытуемого объекта гармоническими вынуждающими силами с постоянными амплитудами F_i (i=1, 2, …, S) и пошагово изменяемой частотой, измерение кинематических параметров q_i (перемещений, скоростей или ускорений, синфазных и квадратурных составляющих) вынужденных колебаний объекта, определение по этим измерениям резонансных частот f_r, высот резонансных пиков q_i (f_r) и коэффициентов затухания (логарифмических декрементов колебаний δ_r) на резонансных частотах f_r (r=1, 2, …, R), отличающийся тем, что определяют величину «посторонних» масс µ_i как сумму масс всех частей стенда, подсоединенных к объекту испытаний в каждой i-й точке возбуждения и участвующих в вынужденных колебаниях (подвижных масс вибровозбудителей и масс приспособлений, соединяющих подвижные массы вибровозбудителей с испытуемым объектом), измеряют амплитуды кинематических параметров q_i в точках возбуждения, выбирают в качестве обобщенных координат амплитуды (высоты резонансных пиков) кинематических параметров q_j(f_r) одной из точек возбуждения j на резонансных частотах f_r, вычисляют «вклады» Δm_j(f_r) «посторонних» масс в величины обобщенных масс системы M_i(f_r), приведенных к j-й точки возбуждения, вычисляют собственные частоты v_r и обобщенные массы m_j(v_r) испытуемого объекта, приведенные к j-й точки возбуждения, по формулам
$Δ m_{j} (f_{r}) = \frac{\sum_{i = 1}^{s} μ_{i} \cdot q_{i}^{2} (f_{r})}{q_{j}^{2} (f_{r})} (1)$
$M_{j} (f_{r}) = \frac{π \sum_{i = 1}^{s} F_{i} \cdot q_{i} (f_{r})}{g \cdot δ_{r} \cdot q_{j}^{2} (f_{r})} (2)$
$m_{j} (v_{r}) = M_{j} (f_{r}) - Δ m_{j} (f_{r}) (3)$
$v_{r} = f_{r} \sqrt{\frac{M_{j} (f_{r})}{M_{j} (f_{r}) - Δ m_{j} (f_{r})}} = f_{r} \sqrt{\frac{M_{j} (f_{r})}{m_{j} (f_{r})}} (4)$
где
$q_{i} (f_{r}) = {\begin{matrix} \begin{array}{l} n_{i} (f_{r}) - п р и измерениях амплитуд ускорений в единицах \\ ускорения свободного падения g \end{array} \\ \begin{array}{l} Im [n_{i} (f_{r})] - п р и и з м е р е н и я х к в а д р а т у р н о й с о с т а в л я ю щ е й \\ амплитуд скоростей \end{array} \\ \frac{ω_{r}^{2} \cdot A_{i} (f_{r})}{g} - п р и и з м е р е н и и п е р е м е щ е н и й \\ \begin{array}{l} \frac{ω_{r}^{2} \cdot Im [A_{i} (f_{r})]}{g} - п р и и з м е р е н и и к в а д р а т у р н ы х с о с т а в л я ю щ и х \\ перемещений \end{array} \\ ω_{r}^{2} = 2 π f_{r} \end{matrix}$

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2489696C1

Генкин М.Д., Тарханов Г.В
Вибрация машиностроительных конструкций
- М.: Машиностроение, 1979, с.38
Гози X
Испытания при гармоническом возбуждении, "Manual on Aeroelasticity", p.1, Chapter 4, p.1-21; (AGARD, NATO), 1961, Рефераты ЦАГИ № 221, 1967 г
Вибрации в технике, справочник в 6-ти томах
/Под ред
М.Д
Генкина
- М.: Машиностроение,

RU 2 489 696 C1

Авторы

Бетковский Юрий Яковлевич

Чупин Игорь Поликарпович

Даты

2013-08-10—Публикация

2012-03-20—Подача

название	год	авторы	номер документа
СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ И ОБОБЩЕННОЙ МАССЫ ИСПЫТЫВАЕМОГО ОБЪЕКТА	2012	Бетковский Юрий Яковлевич Вершинин Геннадий Алексеевич Чупин Игорь Поликарпович	RU2499239C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ДЕКРЕМЕНТОВ КОЛЕБАНИЙ ПО ШИРИНЕ СИММЕТРИЧНОЙ РАССТРОЙКИ РЕЗОНАНСА	2013	Бетковский Юрий Яковлевич	RU2531844C1
Способ оценки технического состояния инженерного сооружения	2015	Хоменко Андрей Павлович Елисеев Сергей Викторович Большаков Роман Сергеевич Елисеев Андрей Владимирович Белялов Тимур Шамилевич Мозалевская Анна Константиновна	RU2617456C1
Способ определения параметров собственных тонов колебаний конструкций в резонансных испытаниях	2017	Бернс Владимир Андреевич Жуков Егор Павлович Маленкова Валерия Васильевна	RU2658125C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОДНОСТОРОННИХ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ДЕКРЕМЕНТОВ КОЛЕБАНИЙ	2013	Бетковский Юрий Яковлевич	RU2531843C1
Способ определения обобщенных параметров колебаний конструкций по частотным характеристикам	2020	Долгополов Антон Валерьевич Парышев Сергей Эмильевич Пронин Михаил Александрович Крапивко Анатолий Васильевич	RU2758152C1
Многоканальное устройство для вибрационных испытаний конструкции	1989	Медников Феликс Матвеевич Лапидус Иосиф Давидович Малинин Алексей Владимирович Нечаевский Марк Лазаревич Корниенко Марат Иванович	SU1682847A1
СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ И ОБОБЩЕННОЙ МАССЫ ИСПЫТЫВАЕМОГО ОБЪЕКТА, ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ВЛИЯНИЕ ПОДВИЖНЫХ МАСС ВИБРАТОРА НА ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ	2012	Бетковский Юрий Яковлевич Вершинин Геннадий Алексеевич Чупин Игорь Поликарпович	RU2485468C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ФОРМ КОЛЕБАНИЙ УПРУГОЙ КОНСТРУКЦИИ	2005	Вернигор Виктор Николаевич Крюков Сергей Вячеславович	RU2308687C2
Способ настройки колебаний твердого тела	1980	Борохович Давид Ефимович Круш Иона Исаакович Сергиенко Александр Валентинович Лапшин Евгений Семенович	SU1084761A1