способ определения контактной жесткости тонкостенных элементов конструкции при помощи виброударных колебаний математического маятника

Формула изобретения

Способ определения контактной жесткости тонкостенных элементов конструкции при помощи виброударных колебаний математического маятника, заключающийся в том, что фиксируют последовательность угловых колебаний металлического шарика при его упругом соударении с препятствием, жесткость которого измеряют, после чего жесткость материала определяют по формуле:

,

где с - жесткость;

m - масса шарика;

T₁₂ - полный период колебания;

g - ускорение свободного падения;

l - длина нерастяжимой нити.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу определения контактной жесткости тел и может быть использовано в автомобилестроении в качестве метода определения жесткости элементов конструкции, в том числе тонкостенных элементов.

Прототипа данный способ не имеет и рассматривается впервые.

Технический результат - определение жесткости упругих опор, контактной жесткости материалов, в том числе и тонкостенных элементов. Применение описываемого способа сокращает время измерения.

Технический результат достигается тем, что фиксируют частоту угловых колебаний металлического шарика при его упругом соударении с препятствием, жесткость которого измеряется, в результате чего процесс определения жесткости упрощается и удешевляется.

Способ осуществляют следующим образом.

Металлический шарик подвешивают на нерастяжимую нить в виде математического маятника, отклоняют на определенный угол и свободно отпускают, после чего он соударяется с жестким препятствием, совершая виброударный процесс, а наблюдатель фиксирует период колебаний, то есть время, необходимое на свободное перемещение, соударение и отскок. Определяется жесткость материала тонкостенных элементов, что по времени существенно ускоряет процесс измерения и не требует демонтажа конструкции или установки ее на стенде.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема установки для определения жесткости упругой опоры.

Рассматриваемая система состоит из металлического шарика массой m, подвешенного в точке О на нерастяжимой нити длиной l. Металлический шарик соударяется с тонкостенным элементом жесткостью с, после чего отскакивает. Если рассматривать виброударный процесс при столкновении металлического шарика с жестким тонкостенным элементом, то этот процесс условно можно разделить на два этапа: первый этап - когда маятник движется в воздушной среде, и второй - когда маятник находится в контакте с упругой тонкостенной конструкцией. Пренебрежем силами сопротивления, так как они мало влияют на величину периода колебаний.

На первом этапе дифференциальное уравнение движения маятника имеет вид:

на втором этапе:

Частота на первом этапе определяется выражением:

Частота на втором этапе будет:

Две амплитуды колебания на первом этапе осуществляются за следующее время:

С учетом (3):

На втором этапе, во время взаимодействия с препятствием, жесткость которого измеряется, период колебаний равен:

Таким образом, период колебания нелинейного процесса, состоящего из двух частей, будет:

Измеряя период колебаний, например, при помощи секундомера, из формулы (8) находим жесткость тонкостенной конструкции по формуле:

Данный способ определения жесткости можно применять для определения жесткости упругих опор, тонкостенных элементов конструкции автомобилей, декоративной отделки.