Способ определения параметров колебаний элементов конструкции Советский патент 1991 года по МПК G01M7/00 

,1„

Изобретение относится к технике исследования динамических характеристик элементов конструкций при проведении виброиспытаний и может быть использовано для определения параметров конструкций, режим функционирования которых моделируется гармоническим процессом.

Цель изобретения - повышение информативности измерения, которое достигается за счет определения наряду с резонансной частотой элемента конструкции его массы и коэффициента жесткости.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ.

Способ заключается в следующем.

Известно, что сдвиг S максимума на резонансной частоте CJ0 при скорости V сканирования частоты возбуждения равен

4 ts

- 2

f

2 . оэг P

(1)

nt + m

m

(10)

Изобретение относится к испыта- тельной технике. Цель изобретения - повышение информативности измерения, которое достигается за счет определения кроме резонансной частоты элемента конструкции его массы и коэффициента жесткости. Согласно способу дваж ды воздействуют на конструкцию колебаниями изменяющейся частоты с разными скоростями развертки V и V, и фиксируют на каждой скорости развертки частоты (дЗ „ tfЈ, при которых сдвиг колебаний резонирующего элемента конструкции и возбуждающих колебаний равен -j- . Затем дополнительно дважды воздействуют на конструкцию с присоединенной массой т возбуждающими колебаниями изменяющейся частоты с теми же двумя разными скоростями развертки частоты V и Vg и фиксируют при каждой скорости развертки частоты Ci и О),,, ПРИ которых сдвиг колебаний резонирующего элемента конструкции с присоединенной массой и возбуждающих колебаний равен jf -- . Массу in и коэффициент жесткости С элемента конструкции определяют из соотношений т . n («ttLiJ v ,1Г 3 v; - оэ v2 J (Я с m (Vt - V2) Q (u)V, - cD , Vz) -ODgVi- Wz) 2. 1 ил.

где Q - добротность испытуемого элемента конструкции,

резонансные параметры которого регистрируются .

Известно также, что

),

я,

(2)

При скоростях V( и V/г. сканирования частоты возбуждения и при учете (1) и (2) получим соответственно

-iЈs.

.LM.

tuo

(3) (4)

Разделив левые и правые части соотношений почленно соответственно получим

V ( „ vj

преобразований

(5)

из

UV

u)2VL-& V

(6)

Обозначим массу испытуемого элемента конструкции m и коэффициент жесткости С.

Известно, что

«Я- -Ь

(7)

пренебрегая величиной коэффициента h демпфирования. Для собственно элемента конструкции

Ј-.

о га

(8)

При изменении массы резонирующего элемента на величину присоединения массы m 9

m

с + n

(9)

3

Разделив почленно соотношения (8) и (9), получим

Из соотношения (10) следует

me-Otfo 0)f- e

m«

4) -1

OJo

(11)

10

Учитывая соотношения (8) и (11) представим соотношение для определения С:

т)„ т

651

3 (i)(12)

Л. ОЭ«

При учете соотношения

У.. 1 Т Т /

lOo

(б):

fc/gVt- .z

(13)

&--&&НР& , (, Vf - Ve

оЗ, - первая и вторая частоты, при которых колебание элемента конструкции отстает от задающих на Ч/2 при скоростях Vt, V-г сканирования соответственно; a}, Cug.- первая и 1 вторая частоты, при которых колебания элемента конструкции с присоединенной массой та отстают от задающих на 4/2 при скоростях Vj V сканирования частоты соответственно.

35

Учитывая соотношения (11) и (12) получим:

.(

т

та

в

ГА11- Л

L C0JM- 0 /Уг; IJ

С m (V - Vz ) -2 ( - u3 J Ve) z -( - u)v2)(.

Устройство для реализации способа определения параметров колебаний элементов конструкции содержит блок 1 развертки частоты, задающий генератор 2, регулятор 3 амплитуды, усилитель 4 мощности, вибростенд 5 с установленным на нем испытуемым объектом 6, вибропреобразователи 7 и 8, согласующие усилители 9 и 10, фазовый детектор 11, блок 12 обратной связи, нуль-орган 13, преобразователь 14 частота-напряжение, ключи 15 и 16, усилители 17 и 18, с регулируемыми

коэффициентами усиления, первый блок 19 памяти, первый сумматор 20, первый коммутатор 21, первый 22 и второй 23 триггеры, дешифратор 24, первый 25 и второй 26 элементы задержки, регистратор 27, вход 28 Пуск, второй блок 29 памяти, второй 30 и третий 31 коммутаторы, третий триггер 32, функциональный преобразователь 33, третий 34 четвертый 35 и пятый 36 элементы задержки, элемент ИЛИ 37.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 22 и 23 установлены в нуль, частота за- дающего генератора 2 установлена рав- .ной нижней частоте диапазона частот развертки частоты. Первый коммутатор 21 установлен в нейтральное положение, при этом его вход отключен от обоих выходов, а блок 1 развертки частоты установлен в исходное состояние, при котором частота задающего генератора 2 фиксирована.

Содержимое первого блока 19 памяти равно нулю, а так как триггеры 22 и 23 установлены в нуль, то на выПри этом на выходе нуль-органа 13 появляется импульсный сигнал, который через первый коммутатор 21 поступает на управляющий вход первого ключа 15, ив блок 19 памяти вводится напряжение, пропорциональное ( с коэффициентом пропорциональности

ходах дешифратора 24 установлены нуле- 3Q значению частоты Д резо- вые сигналы. При поступлении сигнала на вход 28 Пуск второй триггер 23 устанавливается в единицу, при этом на первом выходе дешифратора 24 появляется сигнал, поступающий на первый управляющий вход первого коммутатора 21. При наличии кодовой комбинации 00 на входах дешифратора 24 на его выходах сигналов нет, при наличии ко довой комбинации 01 появляется сигнансного пика, сдвинутой по отношению к резонансной частоте Сдо в статическом режиме на величину Д / .

Импульсный сигнал с первого выхода ,,. первого коммутатора. 21 поступает ченал на первом выходе дешифратора 24, а значит и на первом управляющем входе коммутатора 21, и на первом управляющем входе блока 1 развертки частоты, при этом сигнал с входа первого коммутатора 21 поступает на его первый выход, при наличии кодовой комбинации 11 на входах дешифратора 24

40

рез .элемент 26 задержки на единичный вход триггера 22, устанавливая его в единицу. Так как оба триггера 22 и 23 установлены на единицу, то на втсоде дешифратора 24 установлена кодовая комбинация 11, при этом на втором выходе дешифратора 24 появляется

его

появляется сигнал на ходе, а сигнал с входа первого коммутатора 21 .поступает на его второй выход и на второй управляющий вход блока 1 развертки частоты. При наличии сигнала на первом (втором) управляющем входе блока 1 развертки частоты происходит увеличение частоты задающего генератора 2 от заранее заданного начального значения со скоростью V- .

на втором управляющем входе первого 4j коммутатора 21 и на втором управляющем входе блока 1 развертки частоты. При этом частота задающего генератора 2 устанавливается равной ее первона-

втором вы- чальному значению и начинает изменять- 5Q ся в сторону ее увеличения со скоростью Vu (V,j, i V/). В этом случае частота 60 резонансного пика в динамическом режиме развертки частоты сдвинута относительно резонансной частоты в статистическом режиме на величину Де Д .

При этом снова на выходе фазового детектора 11 появляется нулевой сигнал, а на выходе нуль-органа 13 фор-

jg

04126

Сигнал с выхода задающего генератора 2 через регулятор У амплитуды и усилитель 4 мощности поступает в катушку подвижной части (обмотку возбуждения) вибростенда 5 с установленным на нем испытуемым объектом 6.

Сигнал с выхода вибропреобразователя 7 через согласующий усилитель 9 и блок 12 обратной связи поступает на управляющий вход регулятора 3 ам-.: плитуды для стабилизации уровня воз- .буждения вибростенда 5. Сигналы с выходов согласующих усилителей 9 и 10 поступают на входы фазового детектора 11. При совпадении частоты возбуждения с резонансной частотой объекта 6 разность фаз сигналов на входах фазового детектора 11 равна // /2, а сигнал на выходе блока 11 равен нулю.

При этом на выходе нуль-органа 13 появляется импульсный сигнал, который через первый коммутатор 21 поступает на управляющий вход первого ключа 15, ив блок 19 памяти вводится напряжение, пропорциональное ( с коэффициентом пропорциональности

15

20

25

значению частоты Д резо-

нансного пика, сдвинутой по отношению к резонансной частоте Сдо в статическом режиме на величину Д / .

Импульсный сигнал с первого выхода первого коммутатора. 21 поступает че

рез .элемент 26 задержки на единичный вход триггера 22, устанавливая его в единицу. Так как оба триггера 22 и 23 установлены на единицу, то на втсоде дешифратора 24 установлена кодовая комбинация 11, при этом на втором выходе дешифратора 24 появляется

мируется импульсный сигнал, который поступает через коммутатор 21 на его второй выход, а значит и на управляющий вход ключа 16, на вход Чтение блока 19 памяти непосредственно, а через элемент 25 задержки - на нуле- рые входы триггеров 22 и 23, уста- разливая их в нуль, через элемент 34 задержки - на вход второго коммутато- ра 30. В исходном состоянии триггер 32 устанавливают в нуль. При этом сиг рал с входа третьего коммутатора 31 Поступает на его выход, подключен- йый к входу второго блока 29 памяти. Поэтому сигнал, равный йЙа (резонанс- ой частоте без добавочной массы то), поступает на вход блока 29 пагмти. Јигнал с выхода первого коммутатора Ј1 поступает через первый элемент 34 адержки на вход второго коммутатора j}0 и далее на его первый выход, подволоченный к входу Запись второго блока 29 памяти.

Таким образом, во втором блоке 9 памяти фиксируется сигнал оЭ0, а риггер 32 устанавливается в единицу нгналом с первого выхода второго оммутатора 30, поступающим через Элемент 35 задержки на единичный вход григгера 32. При единичном состоянии Триггера 32 сигнал, поступающий на Йход третьего коммутатора 31, проходит на вход функционального преобразователя 33, а сигнал, поступающий на вход коммутатора 30, поступает на ход Чтение блока 29 памяти не- Йосредственно, а через элемент 36 задержки - на нулевой вход триггера Л2, устанавливая его в исходное левое состояние. Одновременно этот же импульсный сигнал, пройдя через элемент ИЛИ 37, снова устанавливает триггер 23 в единицу и снова осуществляется режим развертки частоты, но уже при наличии присоединенной массы №д, установленной на испытуемый элемент конструкции.

При осуществлении двух режимов развертки частоты со скоростями раз- вертки V( и Vg. и при наличии присоединенной массы Шп при появлении сигнала с00 на выходе сумматора 20 этот сигнал поступает на вход функционального преобразователя 33. При этом импульсный сигнал через элемент 34 задержки поступает на вход Чтение второго блока 29 памяти, на выходе которого появляется сигнал 6%. Алгоритм функционирования преобразователя 33 соответствует реализации соотношений (11) и (12).

Сигналы с выходов преобразователя 33 поступают на входы регистратора 27, где фиксируются значения m и С.

Формула изобретения

Способ определения параметров колебаний элементов конструкции, заключающийся в том, что воздействуют на конструкцию возбуждающими колебаниями изменяющейся частоты со скоростью развертки V , фиксируют частоту (У/, при которой сдвиг фаз между возбуж-s дающими колебаниями и колебаниями элемента конструкции равен У /2, изменяют скорость развертки частоты до значения V(V V), фиксируют частоту , при которой сдвиг фаз между возбуждающими колебаниями и колебаниями элемента конструкции равен 11/2, и определяют значение резонансной частоты элемента конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности измерения после достижения сдвига фаз, равного 7f/2, между возбуждающими колебаниями и колебаниями элемента конструкции при скорости развертки V изменяют массу резонирующего элемента конструкции путем присоединения к ней добавочной массы тд, воздействуют на конструкцию возбуждающими колебаниями изменяющейся частоты со скоростью развертки V, фиксируют частоту при которой сдвиг фаз между возбуждающими колебаниями и колебаниями элемента конструкции равен Tl/2, изменяют скорость развертки частоты до значения Vg, фиксируют частоту , при которой сдвиг фаз между возбуждающими колебаниями и колебаниями элемента конструкции равен Т/2, и определяют значение массы резонирующего элемента конструкции и коэффициент жесткости из соотношений

m m Те di. v.-cJli у ч, m l -J5|-v - Tv; } 1J

С mj(V, - Ve)-()-« - -Сф4-сЗ (уе )-,«}