Verfahren zur Untersuchung technischer Gebilde. Technische Gebilde, beispielsweise Träger, Balken, Ketten, Seile, Kurbelwellen oder aus derartigen Elementen zusammengesetzte Kon struktionen wie Brücken, Triebwerke, Förder anlagen etc., erfahren häufig in der Praxis Schwingungsbeanspruchungen.
Die auftretenden Schwingungen weisen bei gleichartigen Voraussetzungen eine gewisse Gleichartigkeit auf. Diese Gleichartigkeit ist ein Kennzeichen für die gleichmässige Be schaffenheit verschiedener Ausführungen des selben technischen Gebildes, oder ein Kenn zeichen für die gleichmässig gebliebene Be schaffenheit eines und desselben technischen. Gebildes.
Gemäss der Erfindung werden technische Gebilde künstlich in Schwingungen versetzt und die hierbei auftretenden Erscheinungen beobachtet.. Durch entsprechende Messungen kann die gleichmässige Beschaffenheit gleich artiger technischer Gebilde oder die gleich gebliebene' Beschaffenheit ein und desselben technischen Gebildes festgestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, das Verhal ten des Gebildes bei verschiedenen Frequenzen der künstlich erzeugten Schwingungsimpulse zu beobachten. Es wird hierbei beispielsweise der Ausschlag der Schwingungen bei verän derlicher Frequenz bestimmt, wodurch Reso nanzkurven des Gebildes erhalten werden. Diese Resonanzkurven geben eine wertvolle Charakteristik für ein technisches Gebilde. Derartige Kurven können für Zug- und Druck-, Biegungs- oder Torsionsschwingungen aufge nommen werden.
Aus den Resonanzkurven ist die Grösse- der Dämpfung der einzelnen Resonanzbereiche für Grund- und Oberschwingungen zu er kennen. Das logarithmische Dekrement der Dämpfung ist gleich dem halben Quotienten .aus. der pro Schwingung vernichteten Energie zur Gesamtenergie, die im Gebilde schwingt. Die Energieverluste sind im. wesentlichen durch zwei Faktoren bedingt:<B>-</B>durch Verluste im Material selbst und durch. äussere Rei bungsverluste. Durch Messung der Dämpfung kann somit auf einfache Weise ein tiefer Einblick in den Zustand eines technischen Gebildes gewonnen - werden, insbesondere können Veränderungen, die den Betrieb ge fährden, leicht festgestellt werden.
Es lassen sich ferner wichtige Rück schlüsse aus der Lage der Resonanzstellen und deren Verschiebung ziehen, da beispiels weise eine Lockerung oder ein beginnender Bruch eine Verminderung der elastischen Kraft und damit eine Erniedrigung der Eigen schwingungszahlen zur Folge hat.
Ferner kann die in schwingenden Gebilden wirksame aktive blasse, die für den Schwin gungsvorgang massgebend ist, bestimmt wer den. Bedeutet m die beim Schwingungsvor gang wirksame Masse und c die Elastizität, so ist die Schwingungsfrequenz in 27r-Se- kunden;
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Wird nun ein den besonderen Verhält missen angepasstes Zusatzgewicht- 0 m be kannter Grösse an die Stelle des stärksten' Schwingens gebracht, so ergibt sich eine Erniedrigung der- Eigenfrequenz.
Die Fre quenzen vor und- nach der Anbringung der Zusatzmasse seien coi und ( a, dann ist:
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woraus die Schwingungsmasse m bestimmt "werden kann. Damit ist auch die elastische Xraft c des Gebildes der Berechnung zu -gänglich, und es können niese für die Beur teilung eines technischen Gebildes wichtigen Bestimmungsstücke, beziehungsweise ihre Veränderungen durch irgendwelche Einflüsse gefunden werden.
Bedeutet ferner e das logarithmische De krement der Dämpfung, a die Amplitude der Schwingungen, so ist die beim Schwingungs vorgang pro Sekunde vernichtete Leistung:
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In diesen Gleichungen Rind, durch die Messungen nach dem beschriebenen Verfahren sämtliche Bestimmungsstücke bekannt, so dass die in einem Gebilde vernichtete Lei stung angegeben -werden kann. Die Grösse dieser Leistung beziehungsweise ihre Abhän gigkeit von bestimmten Einflüssen ist ein weiteres wichtiges Kriterium.
Man kann ferner die Leistungsaufnahme der Antriebsorgane, die zur künstlichen Er zeugung der Schwingungen dienen, bei ver schiedenen Frequenzen messen.
Durch Messung und Auswertung der Er gebnisse in Abhängigkeit von wichtigen Be triebsbedingungen lassen sich weitere Ein blicke in den Zustand eines technischen Ge bildes gewinnen. Derartige Messungen kommen besonders auch als Kontrollmessungen in be stimmten . Zeitabständen in Frage, so dass die Veränderungen, die zwischen den einzelnen Messungen erfolgt sind, festgestellt werden können. In gleicher Weise können die Ein flüsse beispielsweise der Temperatur, die Ab hängigkeit von der Grösse der erregenden Impulse oder von einmaligen Veränderungen, die das Gebilde' durch besondere Ereignisse erleidet, festgestellt werden.
Es ist zur. eingehenden - Kennzeichnung von technischen Gebilden, beispielsweise von Brücken, ferner vorteilhaft, derartige Mes sungen in Abhängigkeit von einer mit dem technischen Gebilde verbundenen Masse vor zunehmen, deren Lage sich verändert, also beispielsweise bei einer Brücke in-Abhängig- keit von der Stellung eines aufgefahrenen Zuges.
Die Einrichtungen zur Erzeugung der pe riodischen Impulse richten sich zweckmässig nach den besonderen Verhältnissen. Ausfüh rungsbeispiele derselben sind auf den Zeich nungen dargestellt.
Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Unter- suchurig von Brücken; Fig. 2 ist ein Versuchsstand zur Unter- suchurig von Kurbelwellen.
Die Einrichtung zur Untersuchung von Brücken gemäss Pig. i benutzt zur Bchwin- güngserregung dieWitkung von Zentrifugal- kräften. Es bedeutet 1 ein Schwungrad, das eine exzentrische Masse 2 trägt und durch einen -Elektromotor 3 in Rotation versetzt wird. Die ganze Einrichtung ist auf einem Fahrzeug montiert und wird auf die zu unter suchende Brücke gefahren und dort veran kert. Zur Untersuchung der.Brücke wird nun das Schwungrad 1 in Rotation versetzt, wobei die Umdrehungszahl allmählich verändert wird.
Sollen Impulse in verschiedenen Richtungen ausgeübt werden können, so kann das Schwung rad mit seiner Achse schwenkbar gelagert werden, oder es können mehrere Schwung- scheiben mit exzentrischen Massen angeordnet werden, die um verschieden gerichtete Achsen rotieren. Durch entsprechende Einrichtungen wird der zu jeder Umdrehungszahl gehörige Ausschlag der Brücke an bestimmten Stellen der Brücke oder die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors gemessen.
In der Fig. 2 ist ein Versuchsstand zur Untersuchung von Kurbelwellen auf Torsions- schwingungen beschrieben. Die. zu untersu chende Kurbelwelle 4 ist am Ende 5 fest eingespannt und am andern Ende mit dem Elektromotor 6 zur Erzeugung der Torsions- schwingungen verbunden. Ferner ist ein Schwungrad 7 vorgesehen.
Die Torsionsschwingungen der Kurbel welle werden bei verschiedenen Frequenzen gemessen und daraus nach den obigen Aus führungen der Zustand der Kurbelwelle und ihre Güte beurteilt.
Procedure for the investigation of technical structures. Technical structures, such as girders, bars, chains, ropes, crankshafts or constructions composed of such elements, such as bridges, engines, conveyor systems, etc., are often exposed to vibration loads in practice.
The vibrations that occur show a certain similarity under similar conditions. This similarity is a sign of the uniformity of different versions of the same technical structure, or a sign of the uniformity of one and the same technical structure. Structure.
According to the invention, technical structures are artificially made to vibrate and the phenomena occurring in the process are observed. Corresponding measurements can be used to determine the uniform nature of similar technical structures or the same characteristics of one and the same technical structure.
It is particularly advantageous to observe the behavior of the structure at different frequencies of the artificially generated vibration pulses. In this case, for example, the deflection of the vibrations is determined at a variable frequency, whereby resonance curves of the structure are obtained. These resonance curves give a valuable characteristic for a technical structure. Such curves can be taken up for tensile and compressive, bending or torsional vibrations.
The size of the damping of the individual resonance ranges for fundamental and harmonics can be seen from the resonance curves. The logarithmic decrement of the damping is equal to half the quotient .aus. the energy destroyed per vibration to the total energy that vibrates in the structure. The energy losses are in. essentially due to two factors: <B> - </B> by losses in the material itself and by. external friction losses. By measuring the attenuation, a deeper insight into the state of a technical structure can be gained in a simple way - in particular, changes that endanger the operation can be easily determined.
Important conclusions can also be drawn from the position of the resonance points and their displacement, since, for example, a loosening or an incipient breakage leads to a reduction in the elastic force and thus a lowering of the natural vibration numbers.
Furthermore, the active pale active in vibrating structures, which is decisive for the vibration process, can be determined. If m is the effective mass during the oscillation process and c is the elasticity, then the oscillation frequency is in 27r seconds;
EMI0002.0006
If an additional weight of a known size, adapted to the particular conditions, is now placed in the place of the strongest oscillation, the natural frequency is lowered.
The frequencies before and after the attachment of the additional mass are coi and (a, then:
EMI0002.0011
from which the oscillation mass m can be determined. This means that the elastic force c of the structure is also accessible to the calculation, and determinants that are important for the assessment of a technical structure, or their changes due to any influences, can be found.
If e is the logarithmic decrement of the damping, a is the amplitude of the oscillations, then the power lost per second during the oscillation process is:
EMI0002.0020
In these equations Rind, through the measurements according to the method described, all determinants are known, so that the power destroyed in a structure can be specified. The size of this service or its dependence on certain influences is another important criterion.
You can also measure the power consumption of the drive elements, which are used to artificially generate the vibrations, at different frequencies.
By measuring and evaluating the results depending on important operating conditions, further insights into the condition of a technical picture can be gained. Such measurements come in particular as control measurements. Time intervals in question, so that the changes that have taken place between the individual measurements can be determined. In the same way, the influences, for example the temperature, the dependence on the size of the exciting impulses or one-off changes that the structure suffers due to special events, can be determined.
It is for. detailed - identification of technical structures, for example bridges, also advantageous to take measurements of this type as a function of a mass connected to the technical structure, the position of which changes, for example in the case of a bridge depending on the position of an excavated one Train.
The facilities for generating the periodic impulses are expediently based on the particular circumstances. Ausfüh approximately examples of the same are shown in the drawings.
1 is a device for examining bridges; Fig. 2 is a test stand for examining crankshafts.
The facility for examining bridges according to Pig. i uses centrifugal forces to excite vibrations. 1 means a flywheel which carries an eccentric mass 2 and is set in rotation by an electric motor 3. The entire facility is mounted on a vehicle and is driven to the bridge to be examined and anchored there. To examine the bridge, the flywheel 1 is now set in rotation, the number of revolutions being changed gradually.
If impulses can be exerted in different directions, the flywheel can be pivoted with its axis, or several flywheels with eccentric masses can be arranged, which rotate around differently directed axes. Appropriate devices measure the deflection of the bridge associated with each number of revolutions at certain points on the bridge or the power consumption of the drive motor.
A test stand for examining crankshafts for torsional vibrations is described in FIG. The. The crankshaft 4 to be examined is firmly clamped at the end 5 and connected at the other end to the electric motor 6 for generating the torsional vibrations. A flywheel 7 is also provided.
The torsional vibrations of the crankshaft are measured at different frequencies and the condition of the crankshaft and its quality are assessed based on the above statements.