Способ динамических испытаний деформируемых элементов

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности для проведения динамических испытаний деформируемых элементов. Для проведения испытаний элемент крепят на вибраторе и нагружают массой, которое вместе образуют колебательную систему. С целью повышения точности определения характеристик деформируемого элемента, определяют инерционные свойства и упруго-диссипативную характеристику деформируемого элемента по значению усилия в точке крепления деформируемого элемента, а вибратор возбуждают широкополосной случайной вибрацией. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при динамических испытаниях деформируемых элементов с целью повышения точности определения характеристик деформируемого элемента и построения его более точной модели.

Известен способ динамических испытаний, когда испытания осуществляют при гармонических колебаниях стола вибростенда, измеряют перемещения объекта относительно стола, абсолютное перемещение стола. Сигналы от датчиков и отметки времени подают на шлейфовый осциллограф [1] Наиболее близким к изобретению является способ динамических испытаний деформируемых элементов, заключающихся в том, что деформируемый элемент крепят на вибраторе и нагружают массой, образующей с деформируемым элементом и вибратором колебательную систему, возбуждают вибратор и регистрируют зависимость силы реакции деформируемого элемента от деформации и ее скорости [2] Недостатками способа является невозможность точной реализации полигармонического процесса с рационально независимыми частотами вследствие неизбежных флуктуаций частот, оценки инерционных свойств деформируемого элемента. Все это обуславливается низкую точность определения характеристик деформируемого элемента.

Цель изобретения повышение точности определения характеристик деформируемого элемента за счет учета его инерционных свойств.

Цель достигается тем, что деформируемый элемент крепят на вибраторе и нагружают массой, образующей с деформируемым элементом и вибратором колебательную систему, возбуждают вибратор и регистрируют зависимость силы реакции деформируемого элемента от деформации и ее скорости, возбуждение вибратора осуществляют широкополосными случайными колебаниями, измеряют усилие в точке крепления деформируемого элемента и инерционную силу массы, по разности судят об инерционных свойствах деформируемого элемента, а по величине усилия в точке крепления об упруго-диссипативной характеристике.

На чертеже представлена схема реализации способа динамических испытаний деформируемых элементов.

Деформируемый элемент 1 крепят на платформе 2 вибратора 3 и нагружают массой. На массе и платформе 2 располагают вибродатчики 5 и 6. В месте крепления элемента 1 к платформе размещают датчик силы 7. Датчики связаны с блоком преобразования, имеющим последовательно включения интеграторы 8, 9, 10, 11 и параллельно им сумматоры 12 и 13. В цель вибродатчика 5 включен усилитель 14, вход которого связан с первым входом сумматора 15, а выход датчика силы 7 связан со вторым входом сумматора. Выходы сумматоров 12, 13, 15 и вибродатчика 7 связаны с выходами регистратора 16.

Способ динамических испытаний осуществляют следующим образом.

Деформируемый элемент крепят на вибраторе и нагружают массой, которая с деформируемым элементом и вибратором образует колебательную систему. При возбуждении платформы вибратора широкополосными случайными колебаниями с помощью вибродатчиков 5 и 6 снимается информация об ускорения массы и стола, а вибродатчик 7 об усилении в месте крепления деформируемого элемента. Сигналы с датчиков 5 и 6 последовательно интегрируются в интеграторах 8, 9 и 10 и вычитывают в сумматорах 12 и 13, на входе которых образуется информация о деформации и скорость деформации деформируемого элемента. Сигнал с датчика 5 подается также в усилитель 14, с коэффициентом усиления численно равным массе, так что на выходе усилителя формируется сигнал, пропорциональный инерционной силе массы. В сумматоре 15 определяется разность инерционной силы массы и силы, измеренной в месте крепления деформируемого элемента, которая подается в регистратор 16. В регистраторе 16 формируется таблица со значениями упруго-диссипативной составляющей реакции деформируемого элемента, деформации и скорость деформации, которая при необходимости может быть аппроксимирована соответствующей аналитической зависимостью. В регистраторе формируют также в таблице результаты измеренной силы инерции деформируемого элемента, представляемые сигналом на выходе сумматора 15.

Повышение точности в определении упруго-диссипативных характеристик и силы реакции деформируемого элемента достигается за счет учета инерционных сил элемента при воздействии на него широкополосной случайной вибрации. Это связано с тем, что без учета инерционных сил элемента реакции представляется в виде а с учетом инерционности реакции представляют в виде где ζ смещение; скорость; R_u инерционная сила элемента.

Поскольку при резонансе силы инерции равны силам упругости, то выражение оказывается сильно заниженным, что и отражается на точность. Конкретное значение ошибки зависит от величины сил демпфирования. При самом простом моделировании элемента в виде массы, помещенной в середине элемента, реакция элемента равна:
где
m масса элемента;
C коэффициент жесткости;
K коэффициент демпфирования;
сила инерции упругого элемента.

При m= 0 реакция элемента будет равна . В этом случае сравнивая эти величины R_э, R^*_э погрешность оценки в определении характеристик демпфируемого элемента определяют из отношения:

где
x = Ae^jω^t величина смещения;

На резонансной частоте деформируемого элемента c-mω²=0, отсюда

Очевидно, что при Такое нарастание погрешности будет иметь место при приближении одной из спектральных составляющих возбуждения к любой из собственных частот испытуемого упругого элемента, что особенно является важным при его возбуждении широкополосной случайной вибрацией
Существенным является соотношение между частотами возбуждения и собственными частотами, которое и определяет расчетную схему модели упругого элемента.

При воздействии на входе элемента силового воздействия F(t) управление движения элемента принимают вид:

где:
M масса защищаемого оборудования.

Его решение для линейной системы после преобразования Фурье имеет вид:

на резонансной частоте λ²= ω² выражение имеет вид:

где
d коэффициент демпфирования или
Способ в отличие от прототипа позволяет определить силы инерции деформируемого элемента, увеличить точность определения характеристик деформируемого элемента.

Полученные результаты могут быть непосредственно использованы для проведения динамического расчета, например, виброизоляции изделий.

Формула изобретения

Способ динамических испытаний деформируемых элементов, заключающийся в том, что деформируемый элемент крепят на вибраторе и нагружают массой, образующей с деформируемым элементом и вибратором колебательную систему, возбуждают вибратор и регистрируют зависимость силы реакции деформируемого элемента от деформации и ее скорости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения характеристик деформируемого элемента, возбуждение вибратора осуществляют широкополосными случайными колебаниями, измеряют усилие в точке крепления деформируемого элемента и инерционную силу массы, по разности которых судят об инерционных свойствах деформируемого элемента, а по величине усилия в точке крепления о его упруго-диссипативной характеристике.

РИСУНКИ

Рисунок 1