Способ определения геометрической жесткости на кручение стержня произвольного поперечного сечения Советский патент 1989 года по МПК G01B17/04 

А1

р

J

Изобретение относится к способам определения жесткости элементов конструкции, работающих на кручение, и может быть использовано для определения жесткости на кручение стержней произвольного поперечного сечения методом моделирования.

Цель изобретения - повышение точности определения геометрической жесткости стержней за счет моделирования с пропорциональным увеличением размеров мембраны по отношению к исходному сечению.

При изготовлении мембраны пропорционально увеличивают ее линейные размеры по отношению к сечению стержня, по контуру мембраны в ее плоскости и по нормали к самому контуру прикладывают постоянную распределенную нагрузку, воздействуют на мембрану импульсной нагрузкой, измеряют частоту собственных колебаний и по геометрическим размерам мембраны, значению равномерно распределенной нагрузки и частоте рассчитывают геометрическую жесткость.

На фиг,1 представлена изготовленная при моделировании сечения мембрана (для случая крестообразного сечения) с равномерно распределенными по периметру отверстиями для прило- .жения к ним нагрузки, эквивалентной равномерно распределенной нагрузке, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (схема нагружения мембраны равномерно распределенной нагрузкой с помощью гибких нитей, перекинутых через блоки).

Способ осуществляют следующим образом.

Из листового материала с пренебрежимо малой собственной жесткостью на изгиб, например из тонкого листового дуралюминия, изготавливают плоскую мембрану 1, форма которой повторяет форму сечения стержня. При этом пропорционально увеличивают все линейные размеры мембраны 1 по отношению к размерам сечения стержня. По периметру мембраны 1 выполняют на равных расстояниях друг от друга отверстия 2, к которым для создания постоянной распределенной нагрузки на мембрану присоединяют гибкие нити 3, перекинутые через блоки 4 и соединенные другими концами с равными по массе гирями 5. Мембрану 1 закрепляют по контуру для исключения

0

5

смещений точек на границе мембраны 1 в направлении, перпендикулярном исходной плоскости мембраны, оставляя в то же время этим точкам возможность перемещения в направлении по нормали к контуру в плоскости мембраны 1.

На мембрану 1 закрепляют какой- либо датчик (не показан), позволяющий -контролировать ее перемещение, скорость или ускорение, например пьезоэлектрический акселерометр. Прикладывают к мембране 1 по нормали к ее поверхности кратковременную импульсную нагрузку, например с помощью падающего шарика, и измеряют частоту собственных колебаний мембраны.

Искомую геометрическую жесткость определяют расчетным путем по геометрическим размерам мембраны, значению равномерно распределенной нагрузки и измеренной частоте собственных колебаний мембраны по формуле

т -2iOZ09lAlE.g

0

5

0

5

0

5

где

геометрическая жесткость на кручение сечения; А - площадь сечения стержня; А д. - площадь сечения мембраны; У м - плотность материала мембраны;

hM - толщина мембраны; р - силовая нагрузка на единицу

длины периметра мембраны; g - ускорение силы тяжести. Использование предлагаемого способа определения жесткости позволяет повысить точность определения параметров жесткости стержней произвольного поперечного сечения и ускорить процесс моделирования.

Формула изобретения

Способ определения геометрической жесткости на кручение стержня произвольного поперечного сечения, заключающийся в том, что из листового материала с пренебрежимо малой собственной жесткостью на изгиб изготавливают плоскую мембрану, конфигурация которой повторяет форму сечения стержня, закрепляют ее по контуру для исключения смещений точек на границе мембраны в направлении, перпендикулярном исходной плоскости .

мембраны, прикладывают к мембране по нормали к ее поверхности нагрузку и контролируют ее перемещение, по которому расчетным путем определяют геометрическую жесткость, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения геометрической жесткости, при изготовлении мембраны пропорционально увеличивают линейные размеры мембраны по отношению к сечению стержня, в плоскости мембраны по нормали к контуру ее закрепления прикладывают за-

0

данную постоянную распределенную нагрузку, в качестве прикладываемой по нормали к поверхности мембраны нагрузки используют кратковременную импульсную нагрузку, при контроле вызванных этой нагрузкой на собственной частоте колебаний мембраны перемещений измеряют частоту колебаний и по геометрическим размерам мембраны, значению равномерно распределенной нагрузки и измеренной частоте колебаний рассчитывают геометрическую жесткость.

Изобретение относится к способам определения жесткости элементов конструкций, работающих на кручение, и может быть использовано для определения жесткости на кручение стержней произвольного постоянного поперечного сечения методом моделирования. Цель изобретения - повышение точности определения геометрической жесткости стержней. Это достигается за счет моделирования с пропорциональным увеличением размеров мембраны 1 по отношению к исходному сечению. Для чего при изготовлении мембраны 1 пропорционально увеличивают ее линейные размеры по отношению к сечению стержня, по контуру мембраны 1 в ее плоскости и по нормали к самому контуру прикладывают постоянную распределенную нагрузку, воздействуют на мембрану импульсной нагрузкой, измеряют частоту собственных колебаний и по геометрическим размерам мембраны 1, значению равномерно распределенной нагрузки и частоте рассчитывают геометрическую жесткость. При этом мембрану 1 закрепляют по контуру для исключения смещений точек на границе мембраны 1 в направлении, перпендикулярном исходной плоскости мембраны. Частоту собственных колебаний измеряют путем контроля перемещений или других производных по времени (скорости, ускорения) пьезоэлектрическим датчиком. Для создания равномерно распределенной нагрузки по контуру в нем выполняют отверстия, к которым присоединяют гибкие нити, перекинутые через блоки. Способ позволяет повысить точность за счет более точного изготовления и нагружения увеличенной модели сечения. 2 ил.

ч

г

F

Фш.г