Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций



Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций
Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций
Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций
Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций

 


Владельцы патента RU 2489696:

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ГОСУДАРСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "РАДУГА" ИМЕНИ А.Я. БЕРЕЗНЯКА" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к вибрационным испытаниям конструкций, и может быть использовано в машиностроении для определения динамических характеристик и динамической устойчивости при испытаниях на вибростойкость и исследованиях поведения конструкций при переменных нагрузках и идентификации распределенных механических систем по экспериментальным данным. Способ включает возбуждение вынужденных колебаний исследуемой конструкции гармоническими силами с постоянными амплитудами и пошагово изменяемой частотой, измерение кинематических параметров перемещения, скорости или ускорения в точках возбуждения и амплитуды вынуждающих сил, построение амплитудных и фазовых частотных характеристик или синфазных и квадратурных составляющих кинематических параметров, определение резонансных частот и соответствующих им высот резонансных пиков. При этом принимают перемещения одной из точек возбуждения на резонансных частотах за обобщенные координаты, в этих координатах определяют обобщенные массы системы, состоящей из испытуемого объекта, вибровозбудителя и переходных приспособлений, определяют «вклад» посторонних движущихся масс и находят собственные частоты и обобщенные массы испытуемого объекта. Технический результат заключается в повышении точности измерений при экспериментальном определении собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций испытываемого объекта. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение предназначено для использования при исследовании динамических характеристик материалов и механических конструкций. Техническим результатом является повышение точности определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций.

Известные экспериментальные способы («Вибрации в технике», Справочник в 6-ти томах, М., «Машиностроение», 1981 г., т.5, стр.332…348; Г.Н. Микишев, Б.И. Рабинович «Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость», М., «Машиностроение», 1971 г., Гл.3,) определяют собственные частоты испытуемого объекта как резонансные частоты при вынужденных колебаниях объекта под действием гармонической силы постоянной амплитуды.

Известен энергетический способ определения обобщенных масс (Гози X. «Испытания при гармоническом возбуждении», "Manual on Aeroelasticity", р.1, Chapter 4, p.1-21; (AGARD, NATO), 1961, Рефераты ЦАГИ №221, 1967 г) и близких к ним эквивалентных масс (М.Д. Генкин, Г.В. Тарханов «Вибрация машиностроительных конструкций», М., «Машиностроение», 1979, с.38) через высоту резонансных пиков (работу сил возбуждения при колебаниях конструкций по собственному тону).

Существенными признаками известных способов, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения являются: возбуждение с i-х точек (i=1, 2, … S) вынужденных колебаний испытуемой конструкции гармоническими силами (моментами) с постоянными амплитудами Fi и пошагово изменяющейся частотой, измерение амплитуд одного из кинематических параметров колебаний конструкции qi (перемещений, скоростей или ускорений синфазных и квадратурных составляющих), построение амплитудных и фазовых частотных характеристик (резонансных кривых) измеренного кинематического параметра во всех точках возбуждения, определение параметров всех R резонансов (резонансных частот fr (r=1, 2 … R), логарифмических декрементов δr и высот резонансных пиков qi(fr) во всех точках возбуждения), нормирование форм колебаний по выбранной j-ой точке возбуждения (j=1, 2, S).

Недостатком всех указанных способов является то, что всеми этими способами определяются собственные частоты и обобщенные массы не испытуемого объекта, а системы, состоящей из испытуемого объекта, подвижных масс вибраторов и приспособлений, соединяющих подвижные массы вибраторов с испытуемым объектом.

Данное техническое решение направлено на создание способа определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций, свободного от упомянутого недостатка.

Указанный технический результат в способе определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций достигается гармоническими силами с постоянными амплитудами и пошагово изменяемой частотой возбуждают вынужденные колебания исследуемой конструкции; измеряют кинематические параметры (перемещения, скорости или ускорения) в точках возбуждения и амплитуды вынуждающих сил; строят амплитудные и фазовые частотные характеристики или синфазные и квадратурные составляющие кинематических параметров; определяют резонансные частоты и соответствующие им высоты резонансных пиков; принимают перемещения одной из точек возбуждения на резонансных частотах за обобщенные координаты; в этих координатах определяют обобщенные массы системы, состоящей из испытуемого объекта, вибровозбудителя и переходных приспособлений; определяют «вклад» посторонних движущихся масс; находят собственные частоты и обобщенные массы испытуемого объекта, 1 таб., 2 фиг.

Отличительными признаками изобретения является измерение на этапе подготовки испытаний всех «посторонних» масс µi - масс элементов стенда, участвующих в колебаниях (подвижных масс вибраторов и масс приспособлений, соединяющих подвижные массы вибраторов с испытуемым объектом); измерение кинематических параметров qi в точках возбуждения; выбор в качестве обобщенных координат амплитуды (высоты резонансных пиков) кинематических параметров qj(fr) одной из точек возбуждения j на резонансных частотах fr, вычисление вклада Δmj(fr) «посторонних» масс системы, обобщенных масс системы Mj(fr), приведенных к этой j-той точки возбуждения, собственных частот vr и обобщенных масс mj(vr) испытуемого объекта, приведенных к этой j-той точки возбуждения, по формулам:

Δ m j ( f r ) = μ i     S q i 2 ( f r ) i = 1 q j 2 ( f r ) ( 1 )

M j ( f r ) = π F   S i q i ( f r ) i = 1 g δ r q j 2 ( f r )                   (2)

m j ( v r ) = M j ( f r ) Δ m j ( f r )                      (3)

ν r = f r M j ( f r ) M j ( f r ) Δ m j ( f r ) = f r M j ( f r ) m j ( f r )                 (4)

где

q i ( f r ) = { n i ( f r ) п р и  измерениях амплитуд ускорений в единицах             ускорения свободного падения g Im [ n i ( f r ) ] п р и и з м е р е н и я х к в а д р а т у р н о й с о с т а в л я ю щ е й                  амплитуд скоростей ω r 2 A i ( f r ) g п р и и з м е р е н и и п е р е м е щ е н и й                      ω r 2 Im [ A i ( f r ) ] g п р и и з м е р е н и и к в а д р а т у р н ы х с о с т а в л я ю щ и х                          перемещений ω r 2 = 2 π f r                                                                                     

Предложенное решение относится к испытательной технике, в частности, к вибрационным испытаниям конструкций и может быть использовано в машиностроении для определения динамических характеристик и динамической устойчивости, при испытаниях на вибростойкость и исследованиях поведения конструкций при переменных нагрузках и идентификации распределенных механических систем по экспериментальным данным.

Предложенный способ реализуется следующим образом: испытуемую конструкцию подвешивают на резиновых амортизаторах или штатно закрепляют на технологическом приспособлении. В выбранных точках (i=1, 2, … S) к конструкции через переходные приспособления подсоединяют подвижные массы электродинамических вибраторов. Предварительно определяют массы подвижных частей вибраторов и переходных приспособлений. По каждой точке возбуждения i находят величины «посторонних» масс µi как сумму всех подвижных частей стенда, участвующих в колебаниях и подсоединенных к испытуемому объекту в данной точке возбуждения. Во всех точках возбуждения устанавливают датчики первичной информации (датчики перемещений или акселерометры), являющиеся частью измерительно-аналитической системы. Осуществляют возбуждение конструкции гармоническими силами с постоянными амплитудами Fi. Частоту возбуждения f меняют дискретно с шагом Δf. Измеряют отклики конструкции qi в точках возбуждения и амплитуды сил возбуждения Fi. Определяют резонансные частоты fr. В окрестности резонансов возбуждение повторяют с постепенным уменьшением шага по частоте до получения точных значений максимумов амплитудных частотных характеристик или квадратурных составляющих откликов по перемещениям Ai (при использовании датчиков перемещений) или ускорении ni (при использовании акселерометров). Любым известным способом по полученным измерениям определяют логарифмические декременты δr на каждой резонансной частоте fr. Перемещение одной из точек возбуждения Bj на резонансных частотах fr принимают за обобщенные координаты и по формулам (1)…(4) определяют собственные частоты vr и обобщенные массы m(vr) испытуемой конструкции.

В качестве примера рассмотрим реализацию способа при частотных испытаниях трапециевидной пластины 1 переменной толщины со свободными концами, жестко закрепленной на валу 2. Общий вид и размеры пластины представлены на фиг.1. Масса испытуемой пластины М=10,79 кг. Пластина была штатно закреплена на технологическом приспособлении. Возбуждение осуществляли одним электродинамическим вибратором 20IE20/C последовательно с точки Т (фиг.1). «Посторонняя» масса составляла µ=0,44 кг.

Получены два первых тона собственных колебаний, представляющие собой повороты пластины вокруг узловых линий I-I и II-II, показанных на фиг.2. В качестве обобщенных координат были приняты углы поворотов вокруг соответствующих узловых линий. Полученные резонансные и собственные и частоты и обобщенные массы с=mη2, приведенные к углам поворота вокруг соответствующих узловых линий (η - расстояние от точки возбуждения до соответствующей узловой линии), показаны в таблице.

Параметры Экспериментальные без учета влияния «посторонних» масс Собственные объекта испытаний
Частота первого тона, Гц 44,6 51,5
Обобщенная масса первого тона, кгм2 0,247 0,199
Частота второго тона, Гц 125,0 133,7
Обобщенная масса второго тона, кгм2 0,044 0,038

Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций, включающий возбуждение испытуемого объекта гармоническими вынуждающими силами с постоянными амплитудами Fi (i=1, 2, …, S) и пошагово изменяемой частотой, измерение кинематических параметров qi (перемещений, скоростей или ускорений, синфазных и квадратурных составляющих) вынужденных колебаний объекта, определение по этим измерениям резонансных частот fr, высот резонансных пиков qi (fr) и коэффициентов затухания (логарифмических декрементов колебаний δr) на резонансных частотах fr (r=1, 2, …, R), отличающийся тем, что определяют величину «посторонних» масс µi как сумму масс всех частей стенда, подсоединенных к объекту испытаний в каждой i-й точке возбуждения и участвующих в вынужденных колебаниях (подвижных масс вибровозбудителей и масс приспособлений, соединяющих подвижные массы вибровозбудителей с испытуемым объектом), измеряют амплитуды кинематических параметров qi в точках возбуждения, выбирают в качестве обобщенных координат амплитуды (высоты резонансных пиков) кинематических параметров qj(fr) одной из точек возбуждения j на резонансных частотах fr, вычисляют «вклады» Δmj(fr) «посторонних» масс в величины обобщенных масс системы Mi(fr), приведенных к j-й точки возбуждения, вычисляют собственные частоты vr и обобщенные массы mj(vr) испытуемого объекта, приведенные к j-й точки возбуждения, по формулам
Δ m j ( f r ) = i = 1 s μ i q i 2 ( f r ) q j 2 ( f r ) ( 1 )
M j ( f r ) = π i = 1 s F i q i ( f r ) g δ r q j 2 ( f r )                   (2)
m j ( v r ) = M j ( f r ) Δ m j ( f r )                      (3)
v r = f r M j ( f r ) M j ( f r ) Δ m j ( f r ) = f r M j ( f r ) m j ( f r )                          (4)
где
q i ( f r ) = { n i ( f r ) п р и  измерениях амплитуд ускорений в единицах             ускорения свободного падения g Im [ n i ( f r ) ] п р и и з м е р е н и я х к в а д р а т у р н о й с о с т а в л я ю щ е й                  амплитуд скоростей ω r 2 A i ( f r ) g п р и и з м е р е н и и п е р е м е щ е н и й                      ω r 2 Im [ A i ( f r ) ] g п р и и з м е р е н и и к в а д р а т у р н ы х с о с т а в л я ю щ и х                          перемещений ω r 2 = 2 π f r                                                                                     



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для создания цуга воздушных ударных волн (ВУВ), подобных возникающим в атмосфере при взрыве сосредоточенных зарядов ВВ, профиль каждой из которых характеризуется крутым ударным фронтом, положительной фазой, в которой давление больше атмосферного, и отрицательной фазой, в которой давление меньше атмосферного.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к резонансным испытаниям механических конструкций, и обеспечивает экспериментальное определение характеристик собственных колебаний испытываемого объекта и может быть использовано в машиностроении.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний на комплексное воздействие механического удара и различных физических факторов, в частности к стендам для испытаний изделий на воздействие ударных нагрузок.

Изобретение относится к области строительства. .

Изобретение относится к области определения состояния несущих конструкций антенно-мачтовых сооружений (АМС), оперативного оповещения об изменении их состояния, предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций и может быть использовано в автоматизированных системах мониторинга безопасности несущих конструкций в процессе эксплуатации зданий и сооружений.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для создания поверочных ударных импульсов, необходимых для осуществления контроля трактов измерения ударных ускорений.

Изобретение относится к области испытаний на механические воздействия (вибрационные испытания) аппаратуры. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга технического состояния фундаментов электроприводов насосных агрегатов.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний на ударные воздействия конструкций различного назначения. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных испытаний различных изделий

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных испытаний различных изделий

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибродиагностики оборудования, оказывающегося в опасных зонах при подаче на него напряжения (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также мотор-вентиляторов, применяемых на железнодорожном транспорте

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния конструкций. При реализации способа на поверхности дорожной конструкции производится ударное воздействие, измерение реакции дорожной конструкции производится датчиками - пьезокерамическими виброакселерометрами, установленными на полосе наката в контрольных точках на различных расстояниях от центра области контакта на поверхности покрытия параллельно оси автомобильной дороги. К амплитудно-временной характеристике ускорения точек покрытия, зарегистрированной при ударном воздействии датчиками акселерометрами, применяют преобразование Фурье, в результате которого получают амплитудно-частотную характеристику ускорения и затем получают амплитудно-частотную характеристку перемещений. Далее получают амплитудно-временную характеристику перемещений точек поверхности дорожной конструкции но каждому датчику, после чего строят чашу динамических прогибов. Оценка состояния конструктивных элементов нежесткой дорожной конструкции осуществляется путем анализа расположения частотных резонансов на амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности покрытия, геометрических форм резонансов, и геометрической форме экспериментальной чаши динамических прогибов, зарегистрированной на поверхности дорожной одежды. Технический результат заключается в возможности оценки состояния фактических значений модулей упругости каждого конструктивного слоя дорожной одежды на стадии эксплуатации. 7 ил.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации дорожных конструкций, а именно к оценке жесткости и прочности мостовых сооружений как автодорожных, так и железнодорожных. Способ заключается в том, что производятся измерения частоты свободных колебаний пролета моста около положения, в котором действие сил на него уравнивается с применением тестового сигнала типа белый шум. В этом случае величина частоты собственных колебаний может быть измерена с любой наперед заданной точностью как максимум спектра сигнала от реакции мостового сооружения на белый шум. При этом в качестве эталонного сигнала, близкого к белому шуму, предлагается использовать поток транспортных средств или движение железнодорожного эшелона через мост. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности мониторинга жесткости и прочности конструкции. 8 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания электромагнитных реле с самовозвратом на центрифуге. Согласно способу на центрифугу устанавливают одновременно все испытываемые реле, измерение и контроль параметров реле совмещают и проводят одновременно у всех реле без коммутации проводов за одно увеличение напряжения только одного источника тока Е1 питания катушек одновременно всех реле до напряжения срабатывания всех реле и за одно уменьшение до напряжения возврата всех реле. Напряжение источника тока Е1 изменяют с переменной скоростью: быстро вне интервалов напряжения как вероятного срабатывания, так и вероятного возврата реле, и медленно внутри этих интервалов, а путем переключения только одного тумблера подачи плюса напряжения источника E1 одновременно на катушки всех реле можно мгновенно перейти от измерения и контроля одной совокупности параметров одновременно у всех реле к измерению и контролю другой совокупности параметров одновременно у всех реле, и путем включения определенной совокупности тумблеров можно измерять и контролировать параметры на выбор любой совокупности реле. Измерения, контроль параметров проводят несколько раз на интервале испытания с последующим исключением явно ошибочных результатов и за оценку величины параметра принимают среднее значение оставшихся результатов, причем первоначально производят два измерения, сравнивают полученные результаты с требованиями ТУ и с результатами более ранних испытаний и устанавливают безошибочность результатов измерения, при ошибочности результата производят дополнительные измерения до получения безошибочного результата, а за оценку параметра берут среднее значение ранее полученных и дополнительных измерений. Технический результат: увеличено число одновременно испытываемых реле, исключена коммутация проводов схемы во время испытания, упрощена технология испытаний реле, повышена точность оценки и достоверность контроля параметров реле. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания линейным ускорением электромагнитных реле с самовозвратом, и может быть использовано для испытания на центрифуге одновременно более двух реле. Технический результат: увеличено число одновременно испытываемых реле, исключена коммутация проводов схемы во время испытания, упрощена технология испытаний, совмещены измерение и контроль параметров одновременно у всех реле, уменьшены число и время испытаний, ресурсо-, энерго- и трудозатраты, обеспечена возможность измерения и контроля параметров одновременно у всех реле и возможность практически мгновенно перейти от измерения и контроля одних параметров одновременно у всех реле к контролю других параметров одновременно у всех реле, а также испытывать все реле или на выбор любую их совокупность. Технический результат достигается тем, что устройство содержит два источника постоянного тока, четыре группы пространственно-разнесенных электрических перемычек и четыре группы тумблеров, сигнально-коммутационное приспособление с сигнальным блоком, клеммную плату в комнате оператора, клеммную плату центрифуги, приспособление для крепления реле с блоком штепсельных разъемов с числом посадочных мест для реле и штепсельных разъемов, равным числу испытываемых реле, причем одна группа перемычек находится в сигнально-коммутационном приспособлении, одна - в сигнальном блоке и две - в блоке штепсельных разъемов, две группы тумблеров находятся непосредственно в сигнально-коммутационном приспособлении и две группы - в сигнальном устройстве, при этом в сигнальном блоке число сигнальных лампочек равно числу испытываемых реле. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выделения и фильтрации исследуемых сигналов из воспроизводимого стационарного случайного процесса и измерения в реальном времени параметров сигнала. Система обработки сигналов, содержащая перестраиваемый по частоте фильтр, характеризующаяся тем, что в систему введены виброиспытательный комплекс, анализатор, прибор визуального контроля, формирователь нестационарного процесса, источник управляющего сигнала и блок стробирования, при этом фильтр своим первым входом подключен к выходу виброиспытательного комплекса, а выходом соединен с входом прибора визуального контроля, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам анализатора, третьим входом соединенного с первым выходом формирователя нестационарного процесса, одновременно подключенного также ко входу виброиспытательного комплекса, причем анализатор своим четвертым входом соединен с первым входом системы, а выходом подключен к ее выходу, причем второй выход формирователя нестационарного процесса соединен с первым входом блока стробирования, выходом подключенного к второму входу фильтра, а вторым входом соединенного с выходом источника управляющего сигнала, входом подключенного к второму входу системы. Технический результат заключается в повышении точности обработки. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к резонансным испытаниям механических конструкций, и может быть использовано в машиностроении для определения характеристик собственных колебаний испытываемого объекта. Способ включает последовательное двукратное механическое возбуждение испытываемого объекта гармоническими силами с пошагово изменяемой частотой, создаваемыми электродинамическими вибраторами, с разными массами подвижных частей при первом и втором возбуждениях, установленными в неизменных точках испытываемого объекта, измерение вибраций (перемещений, скоростей или ускорений), построение амплитудных и фазовых частотных характеристик или синфазных и квадратурных составляющих вибраций. Технический результат заключается в повышении точности измерений при экспериментальном определении собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций испытываемого объекта. 1 ил.

Группа изобретений относится к частотному анализу данных. В частности, к анализу данных испытаний самолетов на допуск к области полетных режимов. Способ частотного анализа данных, отличающийся тем, что содержит: этап (310) ввода сигналов, поступающих от первого датчика, этап (315) ввода сигналов, поступающих, по меньшей мере, от второго датчика, при этом каждый второй датчик расположен вблизи первого датчика, чтобы сигналы, поступающие от каждого второго датчика, были сильно коррелированными с сигналами, поступающими от первого датчика, этап оценки для каждого датчика передаточной функции или модели, реализуемой на основании совокупности сигналов от первого датчика и от каждого второго датчика, и этап (320) извлечения структурных свойств системы на основании каждой из оценочных моделей. Также заявлен компьютерный программный продукт, реализующий способ. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх