Способ определения жесткости твердых тел Советский патент 1980 года по МПК G01M5/00 

1

Изобретение относится к технической механике и может быть использовано для определения жесткости твердых тел, преимущественно высотных сборных конструкций и .их элементов, натфимер мачт, антенн, пилонов подвесных мостов, заводских труб, балок, валов и т.д.

Известен способ определения жесткости твердых тел, основанный на статическом испытании образцов i .

Этот способ определения жесткости нетфиемлем для определения жесткости высотных конструкций, так как он применим лишь пля определения жесткости конкретных деталей.

Известен другой способ определения жесткости твердых тел, включающий приложение внешнего усилия к испытуемому телу относительно оси колебаний 2 ,

Этот способ наиболее близок По технической сущности к описываемому изобретению. Он основан на измерении жесткости подшипника и заключается в установке испытуемого подшипника на вибрс ч

стенд с регулируемой частотой вибраций, нагружения его осевым усилием и определении жесткости подшипника по величине резонансной частоты системы, образованной жесткостью самого подшипника и кшссой подвижной части виброустановки.

Этот способ не может быть использован для определения жесткости высотных сооружений, так как его реализация сопряжёна с установкой испытуемого тела на вибростенд.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения жесткости высотных сооружений.

5

Достигается это тем, что предлагаемым способом определения жесткости твердых тел, включающим приложение внешнего усилия к испытуемому телу относительно оси колебаний, перед приложе0нием внешнего усилия на испытуемом теле закрепляют гиротахометр с осью чувствительности, параллельной оси колебаний тела, а после приложения внешнего усилия гиротахометром измеряют низшую частоту собственных колебаний системы тело-гиротахометр и по измеренной частоте определяют жесткость тела. Сущность способа заключается в следующем. Колебательное движение систек а ireло-гиротахометр обеспечивается путем предварительной закрутки или изгиба (на пример, посредством домкрата) испытуемого тела относительно измеряемой оси на некоторый угол. При определении жесткости высотных сооружений в качестве крутящего (изгибающего) усилия в ряде случаев могут быть использованы как ес тественные явления природы, например сильные порывы ветра, землетрясения, так и искусственные, например турбулент нЬсть, создаваемая турбиной реактивного двигателя или винтом вертолета, искусственные землетрясения и тому подобные явления. Жесткость тела вычисляют по формул С.3,а.: -.U.,2/ где низшая частота колебаний с исте мы тело-гиротахометр относительно иссле дуемой оси; cu частота собственных недемпфированных колебани Гйроузла (ротора и внут ренней рамки) гиротахо- метра; частота нутационных колебаний системы тело- ги р отахометр u;,H,,, момент инерции гироузла относительно своей оси вращения (оси процессии Hr DJl- кинетиче- ский. момент гироскспа ( и - полярный момент инерции ротора гироскопа S2, - угловая скорость собственного вращения ротора); момент инерции систекиы тело-гиротахометр отн сительно исследуемой (х; Для высотных coopулсеНИ и других удлиненных тве дых тел момент гирстахо . метра значительно мен1эш момента инерции иcпыrvp мо1х ч-ела, поэтому им можно пренебречь и считать момент инерции системы тело-гиротахометр равным моменту инерции испытуемого тела. Сущность способа поясняется чертежом на котором изображена система тело-гиротахометр. Система содержит испытуемое тело 1 в виде мачты с заземленным основанием, ротор 2 гироскопа, внутреннюю рамку 3 гиротахометра, корпус (внешняя рамка) 4 гиротахометра, пружины 5 гиротахомет- ра, датчик 6 угла гиротахометра, массу 7, имитирукрщую присоединенную испытуемого тела, участвующую в колебательном (имитация приведенного момента инерции тела 3, или при определении жесткости на кручение стержневых тел имитация эталонного момента инерции относительно оси ОС колебаний, ось АА собственного вра1цения ротора гироскопа, ось-ВВ подвеса внутренней рамки гиротахометра (ось процессии), ось-СС колебаний тела, чувствительности гиротахометра. На верхнем свободном конце испытуемого тела 1 жестко крепится корпус 4 гиротахометра так, чтобы его ось ОХ чувствительности совпадала с осью СС колебаний тела. После приложения крутящего момента к испытуемому телу относительно оси СС оно будет совершать свободные колебания и по временной зависимости Выходного напрялсения датчика 6 угла гиротахометра, пропорционального угловой скорости собственных колебаний тела, судят о низшей частоте колебаний системы тело-гиротахометр. Измерение частоты ос 1цествляется при запущенном роторе 2 и наличии напряжения питания UQ на датчике 6 угла. По измеренной низшей частоте колебаний системы тело-гиротахометр и при извест юм относительно измеряемой оси моменте инерции тела 1, известной частоте собствен1да х недемпфированных колебаний гироузла, включающего ротор 2 и рамку 3, и частоте нутационных колебаний системы тело-гиротахометр по формуле определяют искомую жесткость тела. Регистрация собственных колебаний тела может осуществляться дистанцион- , например, шлейфным осциллографом или самописцем. 572 Предлагае1у1Ый способ позволяет устан жить приближенную зависимость жест кости тела (конструкции) от его амплитуды колебаний, что особенно важно при ,нелинейной жесткости тела или при последовательном включении в работу элеме тов сборной конструкции. ормула изобретени Способ определения жесткости твер дых тел, вклл чающий приложение внешнего усилия к испытуемому телу относительно оси колебаний, отличаю-, щ и и с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения жесткости вы/777/ v0 сотных сооружений, перед приложением внешнего усилия на испытуемом теле йаКрепляют гиротахометр с осью чувствительпости, параллельной оси колебаний тела, а после приложения внешнего усилия гиротахометром измеряют низшую частоту собственных колебаний системы тело-гиротахометр и по измеренной частоте определяют жесткость тела. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N9 415534. кл. О01 М 5/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 179974, кл. Q-Ql.M 5/00, 1965 (прототип).