способ определения логарифмических декрементов колебаний по ширине симметричной расстройки резонанса

Формула изобретения

Способ определения логарифмических декрементов колебаний по ширине симметричной расстройки резонанса, включающий возбуждение вынужденных колебаний испытуемого объекта гармоническими силами (моментами или ускорением платформы вибростенда) постоянной амплитуды и пошагово изменяемой частотой f, измерение и регистрацию резонансных частот f_r и амплитуд q_r=q(f_r ) одного из кинематических параметров колебаний испытуемого объекта: перемещений (q=a), скоростей (q= ) или ускорений (q=n), или квадратурных составляющих частотных характеристик перемещений (q=I_a), ускорений (q=I _n), или синфазных составляющих частотных характеристик скоростей (q=R ) на резонансных частотах, расстройку резонанса путем изменения частоты вынуждающей силы до частот f₁ и f₂, регистрацию амплитуд q₁ и q₂ выбранного кинематического параметра на этих частотах, отличающийся тем, что:

- измеряемым кинематическим параметром могут быть перемещения, скорости, ускорения, квадратурные составляющие частотных характеристик перемещений и ускорений, синфазные составляющие частотных характеристик скоростей,

- расстройку резонанса по частоте производят на величину f последовательно до частот f₁=f_r - f, и f₂=f_r+ f и расчет логарифмических декрементов колебаний ( f) осуществляют по формулам:

f=|f₁-f_r|,

,

- если при испытаниях получают амплитудные частотные характеристики перемещений, скоростей или ускорений;

и ,

- если при испытаниях получают квадратурные составляющие комплексных откликов перемещений или ускорений и синфазные составляющие скоростей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исследованию характеристик рассеивания энергии при колебаниях, а именно к способам определения логарифмического декремента колебаний по параметрам резонансных кривых (амплитудных частотных характеристик перемещений, скоростей, ускорений или составляющим их комплексного отклика) и может быть использовано при исследованиях технических свойств материалов, динамических характеристик конструкций и их устойчивости при переменных нагрузках.

С резонансным методом обычно (Г.М. Мякишев, Б.И. Рабинович «Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость», М., «Машиностроение», 1971 г., разделы 10.2, 10.3, с.319 329) связывают определение логарифмических декрементов колебаний по ширине резонансных пиков, определяемого как разность f=f₂-f₁ частот f₂>f ₁, соответствующих вынужденным колебаниям конструкции с энергией, составляющей 50% от энергии колебаний при резонансе. По ширине резонансного пика f и резонансным частотам f_r логарифмические декременты колебаний определяют по формуле

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, принятый за протопит, патент RU 2086943, С1, МПК G01M 7/02, 1997 г., по которому гармонической силой постоянной амплитуды возбуждают колебания исследуемого объекта, регистрируют резонансные частоты f_r и амплитуды перемещений a_r=a(f_r) при резонансных частотах, затем путем изменения частоты f вынуждающей силы снижают амплитуду перемещений до выбранной величины a(f₁), фиксируют ее и соответствующую ей частоту колебаний f₁ и по формуле:

, где ,

Изложенный способ позволяет определять односторонние декременты либо в до резонансной, либо в после резонансной области. Для одностепенных линейных систем полученные таким способом величины совпадают, однако, наличие в конструкции достаточно близких между собой собственных частот и нелинейностей «раздувает» резонансные кривые по-разному в ту и другую стороны от исследуемого резонанса и приводит к разным значениям логарифмических декрементов. Ограниченностью принятого в качестве прототипа способа является и невозможность использования для определения логарифмических декрементов колебаний резонансных кривых, основанных на разложении сигналов откликов на синфазную (действительную) и квадратурную (мнимую) составляющие, наиболее широко применяемом в современных системах частотных испытаний. Способ также ограничен в выборе датчиков первичной информации: для его реализации необходимо измерять амплитуду перемещений.

Предлагаемое изобретение направлено на создание способа определения логарифмических декрементов колебаний, свободного от упомянутых ограничений. Это достигается благодаря тому, что в способе определения логарифмических декрементов колебаний по ширине симметричной растройки резонанса гармонической силой (моментом или ускорением платформы вибростенда) постоянной амплитуды и пошагово изменяемой частотой f возбуждают вынужденные колебания испытуемого объекта, измеряют и регистрируют резонансную частоту f_r и амплитуду q_r=q(f_r ) одного из кинематических параметров колебаний испытуемого объекта [амплитуды колебаний перемещений (q=a), скоростей (q= ) или ускорений (q=n), или квадратурные составляющие частотных характеристик перемещений (q=I_a), ускорений (q=I _n), или синфазные составляющие частотных характеристик скоростей (q=R )] на резонансных частотах, затем путем изменения частоты вынуждающей силы производят растройку резонанса по частоте на величину f и регистрируют амплитуду q₁=q(f_r - f) выбранного кинематического параметра на частоте f ₁=f_r- f, возбуждают вынужденные колебания испытуемого объекта на второй частоте f₂=f_r+ f, регистрируют амплитуду q₂=q(f_r + f) и вычисляют логарифмический декремент колебаний ( f) по формулам:

f=|f₁-f_r|,

,

- если при испытаниях получают амплитудные частотные характеристики перемещений, скоростей или ускорений;

и

,

- если при испытаниях получают квадратурные составляющие комплексных откликов перемещений или ускорений и синфазные составляющие скоростей.

Отличительными признаками изобретения являются те, что:

- измеряемым кинематическим параметром могут быть перемещения, скорости, ускорения, квадратурные составляющие частотных характеристик перемещений и ускорений, синфазные составляющие частотных характеристик скоростей,

- растройку резонанса по частоте производят на величину f последовательно до частот f₁=f_r - f и f₂=f_r+ f и расчет логарифмических декрементов колебаний ( f) осуществляют по формулам:

f=|f₁-f_r|,

,

- если при испытаниях получают амплитудные частотные характеристики перемещений, скоростей или ускорений;

и

,

- если при испытаниях получают квадратурные составляющие комплексных откликов перемещений или ускорений и синфазные составляющие скоростей.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации решений, содержащих такой признак, не обнаружено. Следовательно, можно сделать заключение о том, что предложенное решение неизвестно из уровня техники и соответствует критерию охраноспособности - «новое».

Способ может быть осуществлен на конструкциях, элементах конструкций, образцах материалов при изгибных, крутильных или продольных колебаниях, возбуждаемых силовым или кинематическим способом, и может найти применение в машиностроении, ветроэнергетике, строительстве и т.д., где требуется определить динамические характеристики (частоты, формы и логарифмические декременты колебаний) механических конструкций, при исследовании механических свойств материалов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».

Способ реализован в лабораторных условиях. В качестве испытуемого образца использовался корпус летательного аппарата. В качестве кинематического параметра q(f) была принята квадратурная составляющая I_n(f) комплексной передаточной функции одного из акселерометров типа АС 565/1, установленных на корпусе. Возбуждение осуществлялось специальным электродинамическим вибратором 20JE20/C. Управление возбуждением, измерения и выделение синфазной и квадратурной составляющих частотных характеристик осуществлялось управляющей измерительно-вычислительной системой PRIN85, входящей в состав комплекса частотных испытаний PRODERA. Результаты эксперимента и расчета приведены в таблице.

Таблица
Форма колебаний	Значения логарифмических коэффициентов
	полученных предложенным способом	полученных по формуле
Вертикальный изгиб корпуса 1 тона, fr=20,7 Гц	0,11	0,11
Вертикальный изгиб корпуса 2 тона, fr=59,8 Гц	0,24	0,25