способ испытания конструкции на ударные воздействия

Формула изобретения

1. Способ испытания конструкции на ударные воздействия, согласно которому предварительно определяют собственную частоту колебаний конструкции, после чего конструкцию подвергают ударной нагрузке из условия обеспечения максимальной деформации, отличающийся тем, что низшую собственную частоту колебаний конструкции определяют резонансным методом, после чего, не меняя положения испытуемой конструкции, производят разрушающий удар, полученные данные обрабатывают и фильтруют высшие гармоники собственных колебаний, соответствующие гармоникам в момент разрушения конструкции, от низшей гармоники, частота которой соответствует измеренной низшей собственной частоте колебаний конструкции, по полученным данным судят о реальных значениях динамических параметров.

2. Способ испытания по п.1, отличающийся тем, что для определения низшей собственной частоты колебаний конструкции создают вибрационные калибровочные колебания, которые регистрируют измерительной системой по сигналу акселерометра и по максимуму резонанса определяют низшую собственную частоту колебаний.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике испытаний конструкций на динамические воздействия, преимущественно железобетонных конструкций, и обеспечивает повышение достоверности испытаний.

Аналогом заявляемого способа является способ вибрационных испытаний объектов по патенту РФ на изобретение № 1773164. Способ включает в себя определение собственной частоты f₀ и добротности Q испытуемого объекта, а затем воздействие на объект гармонической вибрацией с амплитудой, выбранной в соответствии со значениями f₀, Q, из V и условия равенства максимальных реакций объекта при гармонической и имитируемой случайной вибрации. Определяют зависимости собственной частоты f₀ и добротности Q от амплитуды А_г гармонической вибрации f₀(A_г), Q(A _г), из полученных зависимостей находят значение собственной частоты f₀₁ и добротности Q₁ при среднем значении амплитуды А_г из диапазона заданных значений, затем вычисляют при добротности Q₁ соответствующий ударный спектр случайного вибрационного процесса, по определенному спектру находят максимальную реакцию А_m1 объекта на собственной частоте f₀₁, определяют уточненное значение амплитуды А_г1 гармонической вибрации по формуле:

Далее сравнивают уточненное значение амплитуды гармонической вибрации А_г1 со средним ее значением. Способ повышает точность определения амплитуды гармонической вибрации.

Однако данный способ не может достаточно точно определить частоты при испытании железобетонной конструкции на динамическую нагрузку с ее разрушением, так как железобетонные конструкции от образца к образцу имеют разброс собственных частот вследствие специфики изготовления железобетонных конструкций.

Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ испытания объекта на ударные воздействия по патенту РФ на изобретение № 1811276. Способ основан на замене сложного реального воздействия последовательным воздействием на объект двух ударных импульсов эталонной формы. Параметры первого импульса задают из условия обеспечения близости максимальных деформаций объекта в области его низкочастотного резонанса при испытательном и имитируемом реальном воздействиях. Параметры второго импульса задают из условия обеспечения близости ударных спектров испытательного и реального воздействий в диапазоне частот, лежащих выше , где f_{0 -} низшая собственная частота объекта. При предварительном определении f₀ создают предварительную статическую деформацию объекта, соответствующую по величине и направлению максимальной деформации объекта при реальном воздействии. Данный способ относится к способам испытаний на приведенные ударные воздействия, имитирующие реальные ударные процессы. Известно, что одна и та же конструкция в зависимости от рабочего положения будет иметь частоту собственных колебаний, определяемую с ошибкой около 15%, и от образца к образцу конструкции существует разброс собственных частот вследствие специфики изготовления натурных железобетонных конструкций, так как практически невозможно точно воспроизвести железобетонную конструкцию. Данный способ не дает возможности точно определить и исключить высший спектр собственных гармонических составляющих и гармоник колебаний, образующихся в процессе разрушения конструкции в зарегистрированных сигналах датчиков измерительной системы. Расчет по приведенной в способе формуле не позволяет точно определить собственные гармоники, и ошибка в расчетах собственной частоты может достигать десятков процентов, что неприемлемо для получения достоверных результатов.

Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить точность и достоверность результатов натурных испытаний конструкций.

Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в фильтрации полученных высших гармоник собственных колебаний и получении точных значений измерения параметров колебаний, образующихся в процессе разрушения конструкции.

Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый способ имеет общее с прототипом то, что предварительно определяют низшую собственную частоту колебаний конструкции, после чего конструкцию подвергают ударной нагрузке из условия обеспечения максимальной деформации. Но в отличие от прототипа по заявляемому способу низшую собственную частоту колебаний конструкции определяют резонансным методом. После чего, не меняя положения испытуемой конструкции, производят разрушающий удар. Полученные данные обрабатывают и фильтруют высшие гармоники собственных колебаний, соответствующие гармоникам в момент разрушения конструкции, от низшей гармоники, частота которой соответствует измеренной низшей собственной частоте колебаний конструкции. В частном случае для определения низшей собственной частоты колебаний в конструкции возбуждают вибратором колебания, которые регистрируют измерительной системой по сигналу акселерометра, и по максимуму резонанса определяют низшую собственную частоту. По полученным данным (отфильтрованным высшим гармоникам) судят о реальных значениях динамических параметров.

При реализации способа точность результатов испытаний и их достоверность складывается из следующих факторов. Во-первых, применение резонансного метода для определения низшей собственной частоты уже дает более точные данные о собственной низшей частоте конструкции, чем в прототипе. Во-вторых, известно, что деформация (разрушение) конструкции происходит в момент резонанса вынужденных собственных колебаний высокой частоты с собственными колебаниями, которые имеются и возникают внутри конструкции (им характерна низшая собственная частота). Фильтруя согласно способу высшие гармоники собственных колебаний в момент разрушения (отделяя низшую гармонику), можно с высокой точностью и достоверностью судить о динамических параметрах. К тому же согласно способу при определении низшей собственной частоты колебаний и при ударном испытании конструкция находится в одинаковых условиях (в одном положении).

Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники технические решения, в которых полученные результаты при испытании конструкции на ударные воздействия фильтровались в момент ее разрушения с учетом измеренной низшей собственной частоты конструкции. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа, поскольку он явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать для любых (железобетонных, металлических и др.) конструкций с достижением указанного технического результата.

Способ выполняют следующим образом. Испытуемую конструкцию сначала устанавливают на опоры в рабочем положении. В месте где будет приложена динамическая нагрузка, устанавливают калиброванный вибратор и акселерометр. Работа вибратора регулируется с помощью регулируемого генератора низкой частоты от нуля до максимума низшей собственной частоты конструкции. Диапазон резонансных частот и граничные условия для разных образцов разные и соответствуют нормативам на конкретный образец. Показания акселерометра фиксируются измерительной системой. После измерения собственной частоты конструкции в место, где был ранее установлен калиброванный вибратор, производят разрушающую динамическую нагрузку. Полученные данные измерений акселерометра с помощью измерительно-вычислительного комплекса фильтруют фильтром низших частот с учетом полученной низшей собственной частоты. В качестве возбудителя колебаний можно использовать любой низкочастотный генератор импульса. Результаты экспериментальных исследований железобетонной конструкции (ускорений от времени) без фильтрации (с низшей собственной частотой) показаны на фиг.1, а полученные результаты тех же параметров с учетом фильтрации фильтром низших частот, т.е. отфильтрованными высшими гармониками, показаны на фиг.2. Как видно из приведенных фигур, применение фильтрации с учетом низшей собственной частоты конструкции дают наиболее достоверные результаты. По фиг.1 сложно судить о реакции конструкции на ударное воздействие, т.к. происходит наложение частот друг на друга, при этом амплитуды колебаний существенно завышены, а на фиг.2 отображена диаграмма колебаний конструкции, в которой не участвуют высшие гармоники колебаний и при этом амплитуды колебаний соответствуют частоте разрушения.