Способ моделирования сейсмического воздействия на конструкцию Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к технике динамических испытаний конструкций, а именно к способам моделирования сейсмических воздействий и может быть использовано при испытании конструкций на сейсмостойкость.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение продолжительности испытаний.

Указанная цель достигается тем, что в способе моделирования сейсмического воздействия на. конструкцию, включающем ее установку и закрепление на сейсмоплатформе и колебание последней по закону поочередного соответствия акселерограммам, выбранным из заданной их совокупности с

близкими спектральными плотностями, согласно изобретению, предварительно определяют амплитудно-частотную и фазочастотную -характеристику испытуемой конструкции в контролируемой точке, изменяют фазы гармонических составляющих ускорения дужамического испытательного сигнала в частотном диапазоне, соответствующем резонансам испытуемой конструкции согласно формуле

$ $ + C()(afcti ,

Лу

где ф к - значение К-й гармоники сигнала Х(1)при С(од)1,

(/} к - значение фазы К-той гармоники сигнала X(t) при С(ш К)0,

00

ел

-N

«ь

ю

C(WK) - коэффициент коррекции,

С(шк) О,

оЖ - круговая частота, соответствуюая К-й гармонике сигнала X(t),

ti - момент времени, соответствующий аксимальной величине сигнала X(t)

р к - значение фазы на частоте UJK пеедаточной функции в контролируемой очке испытуемой конструкции,

после чего задают этот сигнал платфоре, причем необходимую величину ускореия в контролируемой точке обеспечивают посредством увеличения или уменьшения астотного диапазона коррекции.

На чертеже дана блок-схема установки ля реализации способа.

На сейсмоплатформе 1 устанавливают и жестко закрепляют испытуемую конструкцию 2 (инвертор). Генератором 3 на толка- . ель 4 подают управляемый сигнал для создания гармонической нагрузки в задан- ном расчетном режиме, Сигнал с датчика 5 через усилитель 6 передается на ЭВМ 7 для определения амплитудно-частотной и фазо- частотной характеристик. На основании расчетной акселерограммы и определенных АЧХ и ФЧХ ЭВМ 7 формирует корректированный сигнал. После этого скорректированный сигнал с ЭВМ 7 через усилитель 8 подают на толкатель 4.

Конкретный пример осуществления заявляемого способа. ,

Для поведения исследований сейсмостойкости оборудования по описанному способу был взят инвертор 2 (ПТС), преобразующий постоянное напряжение в стабилизированное переменное. Вход ПТС подключен к аккумуляторной батарее, а выход - к питаемой нагрузке. Инвертор является составной частью агрегата бесперебойного питания (АБП).

Наиболее уязвимым .узлом инвертора, с точки зрения сейсмостойкости, является блок управления (БУ), При испытании БУ на гармонические нагрузки, эквивалентные сейсмическим, было отмечено раскрытие фиксаторов разъемов и, в дальнейшем, обрыв электрических цепей,

Экспериментальным путем были определены амплитудно-частотные (АЧХ) и фазо- частотная (ФЧХ) характеристики ПТС 2 в точке крепления БУ к несущему каркасу.

При определении сейсмостойкости ПТС

2 сейсмоплатформе 1 с закрепленным на ней ПТС 2 з качестве динамической нагрузки было задано движение, соответствующеесинтезированномусейсмическому сигналу x(t).

0

5

0

Расчетным путем при воздействии на БУ заданным сигналом была определена реакция в виде функции ускорения y(t).

Управляющий платформой 1 электрический сигнал xb(t), соответствующий сигналу x(t) и ускорение движения платформы xn(t) достаточно близки по внешнему виду, так как среднеквадратичное отклонение между ними д 0,18. Численным способом с использованием ЭВМ 7 и при допущении о стационарности отклика y(t) определим распределение вероятности максимальных амплитуд в заданном доверительном интервале вероятности. .

.При вероятности ,99 максимальная величина реакции оборудования на случайные сигналы, имеющие амплитудные и спектральные характеристики сигнала x(t), не превысит значения ,0 м/с2.

Таким образом, для определения сейсмостойкости ПТС 2 необходимо в сигнале x(t) скорректировать фазочастотную характеристику так, чтобы максимальная величина реакции блока БУ была не меньше 40 м/с2, что позволит снизить жесткость испытаний и сделать достаточно уверенный вывод о сейсмостойкости изделия..

Формирование сейсмического сигнала, на действие которого испытуемая конструкция 2, с учетом ее АЧХ и ФЧХ,- реагировала с заданным максимальным ускорением осуществляется следующим образом. В процессе формирования такого скорректированного сейсмического сигнала была установлена взаимосвязь между величиной коэффициента коррекции c(f) в задан ном диапазоне частот синтезированного сейсмического сигнала и максимальной амплитудой ускорения реакции конструкции 2.

Первоначально частотный диапазон коррекции был выбран исходя их АЧХ ПТС 2 и корректировался в диапазоне частот от 6,5 до 7,7 Гц и от 15,2 до 17,3 Гц порознь и одновременно.

Наиболее интенсивно и с наименьшими искажениями исходного сейсмического сигнала x(tj коррекция происходит при из- менении c(f) от 0 до 0,4 в частотном диапазоне, равном приблизительно 0,7 Кру, где 0 кру - коэффициент динамичности конструк- ции на резонансной частоте. Это означает, что коррекцию сигнала следует проводить в частотном диапазоне, где наблюдаются ре- зонансы.

Однако, чтобы повысить эффективность формирования необходимого сигнала, час- тотн.ый диапазон коррекции было принято определять исходя из частотного диапазона спектральной плотности S0(f) реакции y(t) испытуемой конструкции на сейсмический

5

0

5

0

5

5

сигнал x(t). Причем частотные диапазоны коррекции выбирались из условия максимумов о функции спектральной плотности S°(f), так как

S°(f)IHOu)l2Sb(f),

где Sb(f)- спектральная плотность сейсмического сигнала.

Поэтому были проведены расчеты с целью формирования корректированного сейсмического сигнала, с учетом максимальных величин спектральной плотно сти5°(т).

Для одного и того же коэффициента кор- рекции в одном и том же частотном диапазоне, например, при C(f)0,6 и C(f)0,0 Гц,

. (f)

maxi

i Arx

где А Лтах - максимальная реакция изделия при корректировке по параметрам АЧХ, - максимальная реакция при корректировке по параметрам.

Расчетным путем был сформирован сейсмический сигнал, полученный за счет корректировки исходного сейсмического сигнала x(t) в частотном диапазоне 6,1-6,9 Гц. и C(f)0,6.

Сигнал x(t), представленный в виде чис- левого массива,, был преобразован в аналогичный электрический сигнал. Этот электрический сигнал был записан на магнитограф типа 7003, после чего подан на управление сейсмоплатформой, на основании которой был закреплен ПТС,

Применение предложенного способа моделирования сейсмического воздействия на конструкцию позволяет повысить точность и в 2-3 раза сократить продолжитель- ность испытаний.

5

0

5

0

5

0 5

0

Формула изобретения

Способ моделирования.сейсмического воздействия на конструкцию, включающий установку и закрепление исследуемой конструкции на сейсмоплатформе и возбуждение колебаний динамическим испытательным сигналом, соответствующим эталонной акселерограмме с заданными длительностью и спектральной плотностью, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и сокращения продолжительности испытаний, предварительно определяют амплитудно-частотную и фазочастотнуюхарактеристики ис- пытуемой конструкции в контролируемой , точке, формируют динамический испытательный сигнал с измененными фазами гармонических составляющих ускорения в частотном диапазоне, соответствующем ре- зонансам испытуемой конструкции согласно формуле

$$ f$ + C()(VoKti ),

где . - значение фазы К-и гармонии сигнала X(t) при С()1.

(. - значение фазы К-й гармоники сигнала X(t) при С(сок)0; С(а)к) коэффициент коррекции 1 С(шк) 0;

од - круговая частота, соответствующая К-й гармонике сигнала X(t);

ti - момент времени, соответствующий максимальной величине сигнала X(t);

уэнк - значение фазы на частоте передаточной функции в корректируемой точке испытуемой конструкции, причем ширина частотного диапазона определяется по соответствию величины ускорения в контролируемой точке заданному уровню спектральной плотности.

П D П

2

э&м

Использование: динамические испытания, моделирование сейсмических воздействий. Сущность изобретения: осуществляют установку и закрепление конструкции на сейсмоплатформе и колебание последней по закону поочередного соответствия акселерограммам, выбранным из заданной их совокупности с близкими спектральными плотностями, Предварительно определяют АЧХ и ФЧХ испытуемой конструкции в контролируемой точке, Изменяют фазы гармонических составляющих ускорения динамического испытательного сигнала в частотном диапазоне, соответствующем ре- зонансам испытуемой конструкции, согласно приводимой формуле. Задают этот сигнал .сейсмоплатформе, причем необходимую величину ускорения в контролируемой точке обеспечивают посредством увеличения или уменьшения частотного диапазона коррекции. 1 ил, to