Способ виброакустических испытаний ферм

Изобретение относится к неразрушающим динамическим испытаниям строительных конструкций, в частности к испытаниям элементов ферм. Способ заключается в возбуждении в стержне вынужденных упругих колебаний с изменяющейся частотой и регистрации значения частоты его резонансных колебаний. При этом в качестве возбуждаемого выбирают один из стержней верхнего пояса испытываемой фермы, соединяют узлы на концах данного стержня жесткой стяжкой регулируемой длины, повторно регистрируют его резонансную частоту. В случае резкого увеличения резонансной частоты стержень признают дефектным. Затем путем переноса и регулировки длины стяжки поочередно соединяют концы каждого из стержней нижнего пояса и решетки. Повторно для каждого соединения контролируют характер изменения резонансной частоты того же возбуждаемого стержня верхнего пояса и в случае ее заметного увеличения производят отбраковку и замену соответствующего стянутого труднодоступного стержня нижнего пояса или решетки. Далее выбирают в качестве возбуждаемых последовательно другие легкодоступные стержни верхнего пояса, а при необходимости и решетки, и для каждого из них аналогичным образом повторяют процесс испытаний граничных с ними труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки. Технический результат – повышение эффективности и снижение трудоемкости испытаний. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающим динамическим испытаниям конструкций и может быть использовано для своевременной диагностики повреждений и дефектов элементов ферм.

Широко известно, что скрытые механические повреждения элементов ферм /трещины и деформации в стержнях, растянутых и сжатых поясов, решеток, дефекты монтажных стыков, сварных швов и т.п./ обуславливают подавляющее большинство аварий инженерных сооружений, например: конвейерных транспортерных галерей /см. А.Н. Добромыслов. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. - М., Справочное пособие, 2007, стр. 125-130 [1]; Сахновский М.М. Уроки аварий строительных конструкций» Киев, 1969, стр. 33-35, 37-38 [2]/, транспортно-отвальных мостов/ [2], стр. 52-54/, мостов к доменным печам/ [2], стр. 43-44/, монтажных башенных кранов/ [2], стр. 73-77/, стропильных ферм/ [2], стр. 79/, обрушение стропильных ферм цеха /см. А.Н. Шкинёв. Аварии в строительстве, М., Стройиздат, 1984, стр. 124-136 [3]/, обрушение стальных ферм покрытия зрительного зала/ [3], стр. 186-187/, обрушение двух пролетов автодорожного моста/ [3], стр. 265-287/.

Известны способы статических испытаний конструкций ферм на стенде путем приложения нагрузки весовыми грузами /см. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений, М., 1975, стр. 140-141 [4]/, либо домкратами /см. Испытание сооружений. Справ. пособ. под ред. Ю.Д. Золотухина, Мн., 1992, стр. 168-172 [5]/, либо путем приложения усилий натяжными устройствами к узлам нижнего и вернего поясов и решетки фермы и измерения деформаций /см. Аронов Р.И. Испытание сооружений. М., 1974, стр. 73-75, 62-63 [6]/, либо с помощью эластичных герметичных камер нагружения, соединенных с источником давления /см. Аистов Н.Н., Испытание сооружений, Госстройиздат, 1960, с. 183 [7]/.

Недостатками известных способов является предельная сложность, громоздкость, низкая информативность.

Известны также динамические способы виброакустических испытаний конструкций, реализующие методы свободных и вынужденных колебаний, предусматривающие выделение локальных зон изделия, их последовательное перемещение вдоль конструкции с нагружением присоединенными массами и возбуждение колебаний в пределах данной зоны /см., например, а.с. СССР №1226303, G01N 29/04, 1986 [8]/, а.с. СССР №1396047, кл. G01N 29/04, 1988, [9]/,,

Однако, если известные способы с определенной натяжкой могут быть использованы для контроля дефектов в одиночных, легкодоступных для контакта по всей своей длине стержнях, то для динамических испытаний многопролетных ферм с труднодоступными стержнями нижних поясов и межпролетных решеток эти способы будут не просто представлять значительную сложность, но становятся практически нереализуемыми.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является способ виброакустических /резонансных/ испытаний изделий, заключающийся в том, что в контролируемом изделии возбуждают вынужденные упругие колебания с изменяющейся частотой, регистрируют значение частоты резонансных колебаний, по отклонению которого от заданного значения судят о наличие дефекта /см. а.с. СССР №690378, кл. G01N 29/04, 1977 [10]/, и принятый за прототип.

Недостатками способа-прототипа в случае его реализации для испытаний фермы является необходимость предварительного знания заданных /паспортных/ значений резонансных частот всех стержней фермы, а также обеспечения возможности легкого доступа к этим стержням для последовательного их возбуждения и регистрации в каждом из них резонансных колебаний, что предельно увеличивает трудоемкость процесса осуществления способа, делая его практически нереализуемым.

Сущность изобретения заключается в создании способа виброакустических испытаний ферм, обеспечивающего высокую эффективность при сравнительно низкой трудоемкости реализации за счет возможности нахождения скрытых дефектов и разрушений в труднодоступных стержнях нижнего пояса и решетки за счет использования влияния этих дефектов на характер динамических характеристик легкодоступных стержней вернего пояса и решетки фермы.

Технический результат - повышение эффективности испытаний и снижение трудоемкости процесса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе виброакустических испытаний ферм, включающем возбуждение в стержне вынужденных упругих колебаний с изменяющейся частотой и регистрацию значения частоты его резонансных колебаний, особенность заключается в том, что в качестве возбуждаемого выбирают один из легкодоступных стержней верхнего пояса испытываемой фермы, соединяют узлы на концах данного стержня жесткой стяжкой регулируемой длины, повторно регистрируют вышеуказанным образом его резонансную частоту, считают в случае резкого увеличения резонансной частоты стержень дефектным и производят его замену, после чего путем переноса и регулировки длины данной стяжки поочередно соединяют в узлах концы каждого из труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки, граничных с возбуждаемым стержнем при наличие общего с ним узла, повторно для каждого соединения контролируют характер изменения резонансной частоты того же возбуждаемого стержня верхнего пояса, а в случае ее заметного увеличения производят отбраковку и замену соответствующего стянутого труднодоступного стержня нижнего пояса или решетки, далее выбирают в качестве возбуждаемых последовательно другие легкодоступные стержни верхнего пояса, а при необходимости и решетки, и для каждого из них аналогичным образом повторяют процесс испытаний граничных с ними труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено устройство реализации способа для одного из пролетов фермы с изогнутым верхним, прямолинейным нижним стержневыми поясами и межпоясной стержневой решеткой, установленной на шарнирно неподвижной и шарнирно подвижной опорах.

Пролет фермы установлен на шарнирно неподвижной опоре А и шарнирно подвижной опоре В и состоит из стержней 1, 4, 8, 12 изогнутого верхнего пояса, стержней 2, 6, 10, 13 прямолинейного нижнего пояса и стержней 3, 5, 7, 9, 11 межпоясной решетки, закрепленных в узлах А, В, С, Д, Е, К, F, N. При этом механизм для реализации способа представляет собой жесткую криволинейную стяжку 14 с регулятором 15 ее длины, выполненную, например, в виде двух резьбовых частей с разнонаправленной резьбой, соединенных поворотной гайкой /на рисунке в качестве примера показано пунктирной линией стяжкой 14 узлов А и С по концам стержня 1 верхнего пояса фермы/, вибратор 16, подключенный к выходу генератора 17 электрических сигналов, прикрепленный к стержню 1 пьезоэлектрический измеритель перемещений 18, последовательно соединенный с измерительным усилителем 19.

Способ виброакустических испытаний осуществляется следующим образом.

Сначала в качестве возбуждаемого выбирают легкодоступный сверху стержень 1 верхнего пояса фермы, с помощью вибратора 16, подключенного к выходу генератора 17, возбуждают в данном стержне вынужденные упругие колебания с плавно возрастающей частотой, с помощью пьезоэлемента 18, закрепляемого на противоположном конце стержня 1, с измерительным усилителем 19 фиксируют низшую резонансную частоту стержня 1 из спектра его собственных частот по моменту резкого возрастания амплитудыколебаний, фиксируемой пьезоэлементом 18. Далее жесткой стяжкой 14 регулируемой длины соединяют узлы А и С по концам данного стержня 1 и повторно регистрируют вышеуказанным образом его указанную резонансную частоту. Очевидно, что в случае выполнения стержнем 1 своих заданных функций, то есть его жесткого работоспособного состояния стяжка 14 практически не увеличивает жесткость параллельного механического соединения элементов 1 и 14, то есть увеличение резонансной частоты будет минимальным в случае же реальных дефектов в стержне 1 или зонах его крепления /трещин, нарушения сварочных швов и т.п/, резко уменьшающих его жесткость, новая жесткость системы 1, 14 будет практически определяться жесткостью стяжки 14, то есть резко возрастет, что, естественно, приведет к резкому скачкообразному увеличению повторно измеренной резонансной частоты. В последнем случае стержень 1 признают дефектным и заменяют, и процесс испытаний продолжается далее. Для этого сохраняют в качестве возбуждаемого стержень 1 и, соответственно, зоны действия элементов 16, 18 схемы измерения, а стяжку 14, изменяя ее длину, переносят в узлы А и Д на концах труднодоступного стержня 2 нижнего пояса фермы. Опять вышеуказанным образом контролируют характер изменения резонансной частоты стержня 1. При этом в случае признания стержня 1 в предыдущей серии измерений качественным его резонансная частота до введения стяжки 14 уже известна, в случае же брака в стержне 1 и его замены новым стержнем определение его резонансной частоты до зажатия стержня 2 стяжкой 14 проводят повторно /исходная частота нового, замененного стержня 1 будет отличаться от первоначального дефектрного/. Так как стержни 1 и 2 граничат с наличием общего узла А, то из статического расчета фермы очевидно, что наличие дефекта в стержне 2, ослабляющего его жесткость, приводит к снижению жесткости крепления стержня 1 в узле А, и, соответственно, снижает его резонансную частоту. Также очевидно, что введение стяжки 14, зажимающей стержень 2, ослабляет указанный эффект снижения жесткости стержня 1, и приводит при повторном измерении к заметному увеличению резонансной частоты стержня 1. Конечно, здесь в отличие от первой серии измерений при зажатии стяжкой 14 стержня 1 увеличение резонансной частоты нельзя назвать резким скачкообразным, так как увеличение жесткости стержня 1 при зажатии стержня 2 идет не напрямую, как в первом случае, а через сравнительно легко вычисляемый коэффициент взаимного влияния, однако увеличение резонансной частоты стержня 1 будет, как мы говорим "заметным" и легко практически фиксируемым. При наличие брака стержень 2 опять заменяют и продолжают процесс испытаний. При этом последовательно переносят стяжку 14 в узлы С и Д и узлы С и К соответственно, труднодоступных стержней 3 и 5 решетки, продолжая выполнять одно измерение измененной резонансной частоты стержня 1 в случае качественности стержня 2, или опять по два измерения в случае его замены новым стержнем /замена стержня 2 новым опять приведет к некоторому смещению исходной резонансной частоты стержня 1/. В случае обнаружения дефектов стержни 3 и 5 заменяются. Далее, выбирают в качестве возбуждаемого другой легкодоступный стержень 4 верхнего пояса, переносят на этот стержень 4 элементы 16 и 18 измерительной схемы, закрепляют стяжку 14 в узлах С и Е, контролируют вышеописанным образом качество стержня 4 и, перенося стяжку 14 в узлы ЕК - качество стержня 7. Далее, аналогично контролируют стержень 8, и при его возбуждении - стержни 9 и 11, после чего возбуждают и контролируют стержень 12 и при его возбуждении - стержень 13. В результате остались непроконтролированными труднодоступные стержни 6 и 10 нижнего пояса. Поэтому, возникает необходимость использовать в качестве возбуждаемого сравнительно доступный стержень 7 межпоясной стержневой решетки, перенося на его концы элементы 16 и 18 измерительной схемы и стяжку 14 в узлы Е и К. А уже далее при возбуждении стержня 7 проверять последовательно качество стержней 6 и 10, соединяя стяжкой 14 сначала узлы Д и К, а потом узлы К и N нижнего пояса. Следует отметить, что в принципе предлагаемый способ позволяет еще более снизить трудоемкость процесса испытаний, проводя, например, для заданного примера фермы измерения резонансных частот только для двух стержней 1 и 12 верхнего пояса, последовательно зажимая узлы крепления всех остальных стержней, в том числе и не граничащих со стержнями 1 и 12, стяжкой 14. В идеале при проведении испытаний для возбуждения с измерением резонансных частот можно использовать только один наиболее доступный для контакта стержень верхнего пояса, а остальные стержни последовательно фиксировать стяжкой 14, установка которой возможна практически на любой труднодоступный стержень, пусть и с некоторыми неудобствами. Однако, реализация последних вариантов требует предварительного серьезного расчета коэффициентов влияния жесткости всех остальных стержней на характер изменения жесткости, и, соответственно, и низшей резонансной частоты одного выбранного возбуждаемого и наиболее доступного стержня, верхнего пояса, а кроме того - предъявляет более серьезные требования по точности и разрешающей способности к элементам 18 и 19 измерительной схемы устройства вследствие необходимости выявления ими в процессе измерения значительно менее резких флуктуаций резонансных частот возбуждаемых стержней.

По мнению заявителей, предлагаемый способ испытаний ферм позволяет внести новый подход при динамических испытаниях стержневых инженерных конструкций, а также разнообразие в исследованиях динамики стержневых систем за счет тщательного подхода к теоретическому определению и практическим исследованиям коэффициентов взаимного динамического влияния стержней фермы.

Способ виброакустических испытаний ферм, включающий возбуждение в стержне вынужденных упругих колебаний с изменяющейся частотой и регистрацию значения частоты его резонансных колебаний, отличающийся тем, что в качестве возбуждаемого выбирают один из легкодоступных стержней верхнего пояса испытываемой фермы, соединяют узлы на концах данного стержня жесткой стяжкой регулируемой длины, повторно регистрируют вышеуказанным образом его резонансную частоту, считают в случае резкого увеличения резонансной частоты стержень дефектным и производят его замену, после чего путем переноса и регулировки длины данной стяжки поочередно соединяют в узлах концы каждого из труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки, граничных с возбуждаемым стержнем при наличие общего с ним узла, повторно для каждого соединения контролируют характер изменения резонансной частоты того же возбуждаемого стержня верхнего пояса и в случае ее заметного увеличения производят отбраковку и замену соответствующего стянутого труднодоступного стержня нижнего пояса или решетки, далее выбирают в качестве возбуждаемых последовательно другие легкодоступные стержни верхнего пояса, а при необходимости и решетки, и для каждого из них аналогичным образом повторяют процесс испытаний граничных с ними труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Способ включает нагрев воздушного потока до заданной температуры, подачу его во внутреннюю полость объекта испытаний (ОИ) с заданным уровнем избыточного давления, разогрев ОИ до заданной температуры, воздействие вибрационных нагрузок на ОИ, обеспечение в процессе вибрационных нагрузок постоянной заданной температуры на наружной поверхности ОИ и заданной температуры на наружных поверхностях установки для испытаний.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля состояния конструкций искусственных сооружений. Способ включает измерение параметров движения, по меньшей мере, части контролируемого элемента конструкции и съем информации о таких движениях.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля состояния конструкций искусственных сооружений. Способ включает измерение параметров движения, по меньшей мере, части контролируемого элемента конструкции и съем информации о таких движениях.

Изобретение относится к акустике. Устройство бесконтактного возбуждения механических колебаний содержит громкоговоритель и рупор.

Изобретение относиться к методам неразрушающего контроля, а именно к акустическим методам, и может найти применение для оценки несущей способности железобетонных опор.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к сейсмоплатформам, предназначенным для испытания строительных конструкций на сейсмостойкость. Технический результат - расширение диапазона частот колебаний сейсмических нагрузок.

Способ может быть использован для мониторинга возникновения недопустимой вибрации гидроагрегата вследствие гидродинамических пульсаций, а также может найти применение в информационно-диагностических системах автоматической диагностики и мониторинга гидроагрегатов.

Изобретение относится к электродинамическим вибростендам и может быть использовано для возбуждения механических колебаний при испытании оборудования и других технологий, где используется вибрация.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к импульсным силовозбудителям. Импульсный силовозбудитель содержит генератор импульсных токов в виде конденсатора и разрядника и размещенный между основанием и испытываемым объектом разрядный контур, состоящий из системы упругих токопроводящих элементов сложной геометрической формы, электрически соединенных между собой параллельно и изолированных друг от друга.

Изобретение относится к конструированию приспособлений для закрепления рабочих лопаток турбомашины на вибростенде при усталостных испытаниях. Устройство для закрепления рабочей лопатки турбомашины с замковым элементом при усталостных испытаниях содержит корпус, жестко закрепленный на вибростоле с помощью кронштейна, зажим с элементами фиксации, расположенный на корпусе.

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к испытательной технике, и может быть использовано для исследования динамики испытуемого объекта при действии продольных вибрационных нагрузок. Устройство содержит неподвижную раму, источник вибрации, набор грузов, электродвигатель, насаженный эксцентричный груз, обеспечивающий возникновение вибрации испытываемых элементов, моделирующих поведение компенсатора с квазинулевой жесткостью в составе установки ЭЦН в нефтяной скважине. На неподвижной раме установлен цилиндр с набором насадок, имеющий поршень со штоком с набором грузов, на верхнем торце которых расположен источник вибрации в виде электродвигателя с насаженным эксцентричным грузом. На кабельной линии, соединяющей источник питания с электродвигателем, установлен резистор переменного тока, на штоке установлены датчик вибрации и измеритель амплитуды колебаний, выполненный в виде металлической пластины, закрепленной на диэлектрической основе, со свободно перемещающимся, вдоль оси упомянутой металлической пластины с постоянным контактом, подпружиненным бегунком, соединенным со штоком цилиндра, связанные с вычислительным блоком. В подпоршневой области цилиндра размещается пакет последовательно соединенных тарельчатых пружин, установленных друг над другом и разделенных металлическими шайбами, имеющими отверстия для циркуляции газа под давлением в подпоршневой области цилиндра, а цилиндр в нижней части через кран пневматически связан с манометром и компрессором. Технический результат заключается в повышении точности замеряемых параметров за счет создания условий испытания компенсаторов в режимах, аналогичных действующим в установках ЭЦН в нефтяных скважинах, расширении функциональных возможностей стенда, сокращении времени испытаний. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемые технические решения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы для непрерывного неразрушающего контроля, оценки и прогнозирования технического состояния конструкций и инженерных сооружений специальных объектов, например, потенциально-опасных участков трубопроводов систем жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры, в течение всего периода их эксплуатации. Техническим результатом является повышение принимаемой помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между пунктом контроля и модемом путем использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений заключается в том, что на пункте контроля регистрируют сигналы с блоков измерения, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнивают их с заранее зафиксированными значениями и по отклонению поступивших сигналов от заранее зафиксированных судят о наличии изменений контролируемых параметров. При этом изготавливают элемент конструкции из того же материала, что и вся конструкция, размещают на нем блоки измерения и проводят метрологическую аттестацию элемента. Далее врезают элемент с установленными на нем блоками измерения в места диагностирования конструкции и по отклонению поступивших сигналов с блоков измерения от заранее зарегистрированных сигналов судят о состоянии конструкции, при этом блоки измерения и преобразователи выполняют в виде линий задержки на поверхностных акустических волнах. При преобразовании акустических волн в электромагнитный сигнал используется фазовая манипуляция, при этом структура сигнала отражает порядковый номер линии задержки и величину контролируемого параметра. Обмен дискретной информацией между пунктом контроля и модемом осуществляется путем использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Устройство, реализующее предполагаемый способ, содержит элемент 1 конструкции, блоки измерения: деформации 2, механического напряжения 3, вибрации 4, давления 5, расхода 6, температуры 7 транспортируемого продукта, температуры 8 грунта, электрического тока 9, электрического потенциала 10 с электродом сращения, преобразователи 11-19, контроллер 20, модем 21, линию радиосвязи 22 и пункт 23 контроля. Особенности конструкции блоков измерения, преобразователей, контроллера 20, пункта контроля 23 приведены в описании и на поясняющих чертежах. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к неразрушающим динамическим испытаниям строительных конструкций, в частности к испытаниям элементов ферм. Способ заключается в возбуждении в стержне вынужденных упругих колебаний с изменяющейся частотой и регистрации значения частоты его резонансных колебаний. При этом в качестве возбуждаемого выбирают один из стержней верхнего пояса испытываемой фермы, соединяют узлы на концах данного стержня жесткой стяжкой регулируемой длины, повторно регистрируют его резонансную частоту. В случае резкого увеличения резонансной частоты стержень признают дефектным. Затем путем переноса и регулировки длины стяжки поочередно соединяют концы каждого из стержней нижнего пояса и решетки. Повторно для каждого соединения контролируют характер изменения резонансной частоты того же возбуждаемого стержня верхнего пояса и в случае ее заметного увеличения производят отбраковку и замену соответствующего стянутого труднодоступного стержня нижнего пояса или решетки. Далее выбирают в качестве возбуждаемых последовательно другие легкодоступные стержни верхнего пояса, а при необходимости и решетки, и для каждого из них аналогичным образом повторяют процесс испытаний граничных с ними труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки. Технический результат – повышение эффективности и снижение трудоемкости испытаний. 1 ил.

Наверх