Файл: Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие.pdf

Если массы всех эксцентриков равны между собой, то, как видно из рисун­ ка, составляющие усилий Хі и А'г (так же как и Х \' и AY) взаимно уравновеши­ ваются. Для уравновешивания направленных в разные стороны пар Z \ — Z\ и Z3—Z4 (так же как н пар Zi—Z2' и Z3'—Z.,') необходимо соответственно отре­ гулировать эксцентриситеты установки грузов на боковых дисках е и на торце­ вых дисках е'. Моменты будут погашаться при наличии соотношения

Схемы расположения эксцентриков для создания других перечисленных вы­ ше силовых воздействий, а также их сочетаний могут быть получены путем ана­ логичных рассуждений.

2-3. Вибрационные машины с эксцентриками, вращающимися в разные стороны вокруг одной общей оси

Вибромашины данного типа более компактны по сравнению с вышерассмот­ ренными, но конструктивно более сложны; они позволяют возбуждать различ­ ным образом ориентированные силовые воздействия, в том числе, и направленные под произвольным углом к вертикали.

Принцип действия. Примем, что два параллельных между собой диска с не­ уравновешенными грузами 1 п 2 (рис. 99) с массами т вращаются с одинаковой угловой скоростью со, но в разные стороны вокруг общей оси 3. Пусть, в процессе вращения, оба груза одновременно приходят в свои крайние верхние положения (рис. 99, а ) ; совпадает в таком случае и момент прихода грузов в иаинизшие положения, или, как принято говорить, точки совпадения положения грузов ле­ жат в вертикальной плоскости.

Рис. 99. Усилия, развиваемые при вращении в противопо­

к паре сил с плечом а, действующей в горизонтальной плоскости. При вращении грузов ® вертикальной плоскости будут, следовательно, возникать знакоперемен­ ные усилия, меняющиеся по гармоническому закону, в горизонтальной же плоско­ сти по тому же закону меняется знакопеременный момент.

150

Если отрегулировать взаимное положение обоих грузов так, чтобы их совпа­ дение происходило в плоскости, наклоненной к вертикали под заданным углом, то знакопеременная сила будет действовать в этой наклонной плоскости, а зна­ копеременный момент в другой, наклонной плоскости, перпендикулярной к

первой.

Дальнейшим развитием машин данного типа являются вибрационные маши­ ны с двумя парами эксцентриков, вращающимися вокруг общей оси. Варьируя взаимным положением эксцентриков л направлением их вращения, можно полу­ чать самые разнообразные сочетания усилий и моментов, воздействующих на исследуемый объект.

2-4. Гидравлические пульсаторы

Для создания циклических воздействий при стендовых испыта­ ниях фрагментов конструкций и отдельных их элементов чаще всего применяют ‘гидравлические силовые ци­ линдры (домкраты), соединенные с на< сосной установкой и 'Специальным агре­ гатом —пульсатором, возбуждающим переменный поток жидкости.

Преимуществами данного способа возбуждения динамических нагрузок яв­ ляются:

возможность создания значительных усилий (порядка десятков и сотен тонн) в самых различных сочетаниях этих си­ ловых воздействий по их величине, на­ правлению и фазе;

Перспективными по своим возможностям при испытаниях конструкций яв­ ляются роторные пульсаторы с дополнительным (по сравнению с их обычным устройством) вращением их центральной оси (рис. 101) *.

Ротор 1 с поршнями 2 вращается эксцентрично относительно статора 3. Вви­ ду наличия эксцентриситета поршни при каждом обороте несколько выдвигают­ ся и затем вновь втягиваются.

В центральной оси роторного пульсатора у плоскостей вращения поршней имеется два «окна» 5 п 6 с перемычкой 4 между ними. Одно окно сообщается с резервуаром масла, а другое (через систему трубопроводов) — с рабочей полостью обслуживаемого домкрата.

* Предложение Ю. Е. Тябликова и А. Т. Оганесяна.

151

ГЛАВА III

ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ

§ 11. Общие данные

Определяемые характеристики. При динамических испытаниях так же, как и при статических, определению подлежат перемеще­ ния, деформации, напряжения и усилия, возникающие в исследуе­ мом объекте под действием приложенной нагрузки. В ряде случаев необходимо также знать соответствующие скорости и ускорения.

При процессах, носящих вибрационный характер, требуется установить частоту, а иногда и фазы вибраций.

Условия проведения измерений. Быстропротекающие процессы могут быть лишь в отдельных случаях более или менее надежно оценены путем визуальных наблюдений за показаниями приборов. Как правило, необходимо применять средства измерений с автома­ тически действующими регистрирующими устройствами.

Искажения, вносимые в получаемые результаты инерционными силами движущихся частей приборов и трением в них, а также влиянием инерции и сил трения во всякого рода соединениях и кон­ тактах между исследуемым объектом и чувствительными элемен­ тами средств измерений, должны быть сведены к минимуму. Это достигается применением электрически и оптически действующих безынерционных систем. Прл этом обеспечивается: 1) возможность получения весьма больших увеличений — в сотни и тысячи раз, не­ возможных при использовании механических передач, и 2) возмож­ ность дистанционных измерений, что при динамических загружениях нередко бывает важным и с точки зрения техники безопас­ ности.

§ 2. Измерение перемещений

При измерениях динамических перемещений, не носящих вибра­ ционный характер, ранее применяли различные самопишущие при­ боры механического действия. В настоящее время все шире поль­ зуются оптическими методами, в том числе «замедленной» кино­ съемкой, позволяющей детально расшифровывать ход быстропротекающих процессов. Особенно перспективна в этом отношении стереофотограмметрическая съемка.

153

Чаще всего при динамических испытаниях приходится опреде­ лять параметры вибрационных перемещений. Соответствующие из­ мерения выполняют при этом рассмотренными ниже методами и средствами.

2-1. Вибромарки

Вибромарки применяют для ускоренной приближенной оценки размаха колебаний установившегося режима. Вибромарку в виде острого клина (рис. 102, а) вычерчивают на бумаге и наклеивают на исследуемый объект так, чтобы основание клина располагалось по направлению колебаний.

• f I

а — в состоянии покоя; 6 — при виб­ рациях в направлениях, показан­ ных стрелками

Как известно, глаз обладает свойством удерживать зрительные впечатления около десятой доли секунды. Наблюдателю, находя­ щемуся вне объекта, при частоте порядка 500 колебаний в минуту и более движущаяся вибромарка будет казаться раздвоенной — крайние ее положения видны отчетливо, а между ними образуется размытый фон с выделяющимся на нем темным клином (рис. 102, б).

Из подобия треугольников (см. рис. 102, а и б) вытекает соот­ ношение

где с — подлежащий определению размах колебаний; hjL — отно­ шение основания к высоте вибромарки; / — высота темного клина, измеряемая по рискам вибромарки с точностью до полуделения.

154

Для получения четких результатов колебания должны быть ста­ бильны, так как при меняющихся их размахах темный клин стано­ вится размытым. При наложении одновременных колебаний в не­ скольких направлениях изображение как темного клина, так и делительных рисок расплывается.

Отношение /г/L берут обычно 1 : 10. При измерениях малых пе­ ремещений можно доводить h до 5 мм и брать /г/Д= 1 :20. Хорошие результаты дает фотографирование вибромарки с соответствую­ щей выдержкой.

2-2. Применение инертной массы * (теоретические основы метода)

при перемещении элемента 2, равном х, масса т , совершающая вынужденные ко­

лебания, окажется в положении 1', переместившись при этом вдоль оси X напра­ во на x + g .

циклическая частота свободных колббаний массы т , удерживаемой связью 3. На 'основании рассмотренных соображений могут быть сделаны следующие

инертная масса при достаточной податливости упругой связи практически не будет менять своего положения в пространстве, что и используется в рассмотренных далее приборах.

* Называемой также «сейсмической массой».

155

Это значит, что перемещения массы т относительно элемента 2 будут в лю­ бой момент пропорциональны ускорению этого элемента.

На данном принципе действуют виброметры ускорения *.

2-3. Виброметры и их применение

Приборы и установки для измерения параметров вибраций при­ меняют в различных областях народного хозяйства. При испыта­ ниях сооружений, наряду с наиболее совершенными из этих средств измерений, в ряде случаев приходится прибегать и к более простым приемам. Ниже рассмотрены соответствующие приемы с использо­ ванием инертной массы.

Измерение вертикальных колебаний. Наиболее простым спосо­ бом является подвеска инертной массы с помощью пружины к вы­ шерасположенный конструкциям (рис. 104, а). Соответствующая длина пружины обеспечивает частоту собственных колебаний этой массы, достаточно низкую іпо сравнению с частотой наблюдаемых вибраций.

Для проведения измерений при отсутствии самопишущих при­ боров могут быть использованы индикаторы перемещений (те же, что и при статических испытаниях), прикрепляемые к исследуемой конструкции или к установленным на ней тяжелым, устойчивым штативам.

На рис. 104,6 показано переносное устройство с инертной мас­ сой, закрепленной на горизонтальном конце ломаного рычага, удер­ живаемого пружиной. Отсчеты берут по индикатору. Как показы­ вают теоретические подсчеты, несовпадение точки крепления пружины к рычагу с осью его горизонтального плеча значительно снижает частоту собственных колебаний системы, что и требуется по условиям эксперимента. Минимально возможная частота оказы­ вается равной около 0,1 гц, поскольку дальнейшее повышение точ­ ки крепления пружины делает систему неустойчивой (становится возможным поворот рычага из вертикальной плоскости).

На рис. 104,в инертной массой является тяжелая обойма, при­ крепленная к подставке прибора изогнутыми листовыми пружина­ ми. Индикатор закреплен в гнезде обоймы.

* Называемые также «акселерометрами». Приведенные здесь и далее терми­ ны— по ГОСТ 16819—71.

156