Способ определения характеристик демпфирующих свойств материалов при различных частотах изгибных колебаний Советский патент 1987 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к исследованиям материалов при переменных нагрузках, а именно к способам определения характеристик демпфирующих свойств при различных частотах изгиб- ных колебаний и может быть использовано в научно-исследовательских организациях и на предприятиях, занимающихся определением характеристик рассеяния энергии при колебаниях, вопросами рассеяния энергии в материалах с большой циклической вязкостью, например в пластмассах, вопросами рассея

ния энергии при малых амплитудах колебаний и т.п.

Цель изобретения - повышение точности за счет устранения паразитных видов колебаний.

На фиг. 1 показана схема устройства для осз цествления способа; на фиг. 2 - разрез груза,в плоскости колебаний, совпадающей с осью образца, гле О, - центр масс инерционного груза, состоящего из инерционной массы и массы установочных выступов Oj - центр масс возбудителя; Oj - точка Пересечения главной оси инерции груза с плоскостью колебаний; 0 - точка пересечения главной оси инерции возбудителя, перпендикулярной плоскости колебаний, с продольной осью возбудителя; 0 - точка пересечения главной оси инерции половины груза с плоскостью колебаний.

Устройство содержит колебательную систему, образуемую исследуемым образцом 1, жестко закрепленным с двух концов в инерционных грузах, состоящих из массы 2 и жестко связан ных с ней установочных выступов 3, на которых установлены возбудители 4 колебаний с возможностью их перемещения и последующей фиксации с помощью крепежа 5. Возбудители 4 колебаний могут быть электромагнитными (с вьщвижными полюсными наконечниками) или других типов. С колебательной системой связана система регистрации параметров колебаний (не показана) . Инерционные грузы подвешены на тонких стальных нитях 6 в узлах колебаний. Другие концы нитей прикреплены к опоре.

Способ осуществляют следующим образом.

Продольные оси возбудителей 4 ориентируют параллельно оси образца 1 и устанавливают возбудители, вьщер

10

1В

0

25

30

40

живая какое-либо расстояние h (фиг. 2) между их продольными осями и осью образца одинаковым дпя всех возбудителей, при этом балансируют колебательную систему, перемещая возбудители колебаний вдоль оси образца до тех пор, пока главная ось инерции системы, состоящей из груза и двух возбудителей, перпендикулярная плоскости колебаний, не будет проходить через центр масс этой системы. Затем с помощью крепежа 5 жестко закрепляют возбудители 4 на установочных выступах 3. Благодаря такой балансировке, произведенной для двух инерционных грузов, узлы колебаний практически совпадают с центрами масс соответствующих систем, каждая из которых состоит из инерционного груза и двух влзбудителей. При включении в противофазе возбудителей 4 колебаний, находящихся с разных сторон образца 1, инерционные грузы 2 синхронно поворачиваются в противоположных направлениях вокруг узлов колебаний, что приводит к возникновению изгибных колебаний образца 1 в условиях чистого изгиба. При этом не возникают паразитные колебания из-за практичрского отсутствия центробежных сил, возникающих при проворачивании инерционных грузов с частотой изгибных колебаний образца.

25 Эти силы без указанной балансировки могли бы быть различными по величине или по фазе и вызывать первоначальное перемещение и подъем, центра масс колебательной системы, а также дальнейщую переориентацию этого перемещения (боковую маятниковую раскачку колебательной системы в поле сил тяжести относительно точек подвеса на опоре). После регистрации парамет45 ров собственных изгибных колебаний - резонансных вынужденных или свободных затухающих определяют по их значениям характеристики демпфирующих свойств материала образца, соответствующие данной частоте изгибных колебаний, напрш ер логарифмический декремент колебаний. Затем ослабляют крепеж 5, устанавливают возбудители 4 на другом расстоянии h от оси

55 образца, балансируют каждую систему, состояш, из инерционного груза и двух возбудителей, жестко закрепляют возбудители, регистрируют новые параметры собственных изгибных ко50

лебаний, определяют соответствующие характеристики демпфирующих свойств материала на другой частоте колебаний и т.д.

Рассмотрим конкретный случай балансировки для устройства (фиг. 1), с помощью которого осуществляют предлагаемьй способ. В зависимости от выбранного расстояния h, показан ного на фиг. 2, возбудителей колебаний от оси образца устанавливают растояние d от центра масс О, инерционного груза до перпендикуляра, восстановленного к оси образца с центра Oj масс возбудителя по формуле

, (mr-t-Zme) (тХс +2тв4бЬ) ,.ч d - - - Д1)

где d - расстояние от центра масс О, инерционного груза до перпендикуляра, восстановленного к оси образца с центра масс 0 возбудителя масса инерционного груза, состоящая из инерционной массы 2 и массы двух установочных выступов 3, масса одного возбудителя 4 расстояние от центра масс О, инерционного груза до его главной оси инерции О) перпендикулярной плоскости колебаний-,

расстояние от продольной оси образца к главной оси инерции Oj половины инерционного груза, находящейся по одну сторону от плоскости подвеса колебательной системы-,

разность между величиной расстояния от торца закреп- ляемой части возбудителя до центра масс 02 возбудителя и величиной расстояния от этого торца до главной оси инерции 04 возбудителя, перпендикулярной плоскости колебаний;

расстояние от продольной оси возбудителя до оси образца. . Если направить координатную ось ОХ с началом, например, в точке 0 вдоль оси образца, то координата центра масс системы, состоящей из

т, ™бS- с йЪ h

инерционного г руза и двух связанных с ним возбудителей будет иметь значение

m|-+2m g

(2)

Координату точки пересечения главной оси инерции данной системы с осью ОХ можно определить по формуле

)

Ч

(3)

5 0

0

5 g

5

5

в формуле (2) и (3) обозначения приняты такие же, как и в формуле (1). Путем подстановки в (2) и (3) выражения (1) и последующих алгебраических преобразований можно убедиться, что координаты центра масс х и точки пересечения главной оси инерции, перпендикулярной плоскости колебаний, с осью ОХ будут совпадать, т.е. Хр X, следовательно будет достигнута балансировка системы.

Таким образом, благодаря возможности изменять распределение масс в системе, состоящей из инерционного , груза и двух возбудителей, по ука- занной зависимости (1) добиваются при перемещениях возбудителей, чтобы главная ось инерции этой системы, перпендикулярная плоскости колебаний, проходила через центр масс системы. При этом узлы колебаний практически будут совпадать с центрами масс рассмотренных систем, а, следовательно, будет исключаться разброс в величинах расстояний между узлом колебаний и центром масс каждой системы. Вследствие этого будут устраняться паразитные виды колебаний типа боковой маятниковой раскачки колебательной системы относительно точек ее подвеса на опоре. Паразитные виды колебаний приводят к получению завьшен- ных значений декремента колебаний по сравнению с действительными, поскольку часть запасенной энергии упругого изгиба образца при его колебаниях расходуется на первоначальное перемещение и подъем центра масс колебательной системы в поле сил тяжести, а также на дальнейщую переориентацию этого перемещения. Сведение расстояний между узлами колебаний системы тел и их центрами масс к нулю автоматически устраняет возникновение неравных по величине или по фазе центробежных сип от проворачивания инерционных грузов вокруг узлов колебаний.

Фор м У л а из о б р е т е ни я

Способ определения харак теристик демпфирующих свойств материалов при различных Частотах изгибнцх колебаний, закдпочакпцийся в том, что образец из испытуемого материала в виде стержня жестко закрепл;яют с двух концов в инерционных грузах, связьгаа- ют инерционные грузы с возбудителями колебаний, подвешивают полученную колебательную систему в узлах колебаний на нитях, возбу ают в ней

резонансные изгибные колебания, изменяют собственную частоту колебательной системы, регистрируют на каждой частоте .параметры собственных колебаний, по которым определяют характеристики демпфируюпцос свойств, от-личающийся тем, что, с целью повышения точности за счет устранения .паразитных видов колебаний, собственную частоту колебательной системы изменяют путем установки возбудителей симметрично на различных расстояниях от оси образца, колебательную систему балансируют, передвигая возбудители параллельно оси образца до совмещения центра масс каждой системы, состоящей из инерционного груза и связанных с ним возбудителей, с главной осью инерции зтой системы, перпендикулярной плоскости колебаний.

Изобретение относится к области исследования материалов при переменных нагрузках. Цель изобретения повышение точности измерений за счет устранения паразитных видов колебаний. Для этого используется колебательная система, состоящая из образца и двух инерционных грузов, связанных с возбудителями колебаний. Собственную частоту колебательной системы изменяют, устанавливая возбудители на различных расстояниях от оси образца так, чтобы главная ось инерции каждой системы, состоящей из инерционного груза и возбудителейj проходила через ее центр масс. 2 ил. (О С со IsD О) U9 сд i4

Фиш, 1

Редактор Ю.Середа

Составитель В.Крутин Техред И.Попович

Закйэ 3274/38Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.2

Корректор Т.Колб