CH133834A - Procedure for the investigation of technical structures. - Google Patents

Procedure for the investigation of technical structures.

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CH133834A
CH133834A CH133834DA CH133834A CH 133834 A CH133834 A CH 133834A CH 133834D A CH133834D A CH 133834DA CH 133834 A CH133834 A CH 133834A
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oscillation
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pulses
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exerted
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German (de)
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Aktien-Gesellscha Maschinenbau
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Losenhausenwerk Duesseldorfer
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

  

  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;     
EMI0002.0006     
    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:  
EMI0002.0011     
    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:     
EMI0002.0020     
    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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Untersuchung technischer Gebilde, gekennzeichnet dadurch, dass auf diese periodische Impulse ausgeübt werden und die hierbei auftretenden Schwingungser scheinungen beobachtet werden. UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet dadurch, dass auf das zu unter suchende Gebilde periodische Impulse von verschiedener Frequenz ausgeübt werden, und der Schwingungsausschlag des Ge bildes an bestimmten Stellen in Abhängig keit von der Frequenz der Impulse be stimmt wird. 2. PATENT CLAIM I: A method for examining technical structures, characterized in that periodic impulses are exerted on them and the vibration phenomena occurring here are observed. SUBClaims 1. The method according to claim I, characterized in that periodic pulses of different frequencies are exerted on the structure to be examined, and the oscillation of the Ge image is determined at certain points as a function of the frequency of the pulses. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet dadurch, dass auf das zu unter suchende Gebilde periodische Impulse von verschiedener Frequenz ausgeübt werden, und die zur Erzeugung der Schwingungen aufzuwendende Leistung in Abhängigkeit von der Frequenz der Impulse bestimmt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet dadurch, dass an der Stelle des stärksten Schwingens eine zusätzliche Masse bekannter Grösse angebracht wird, und dass aus der sich ergebenden Frequenz änderung die charakteristischen Grössen der Schwingung ermittelt werden. PATENTANSPRUCH IT: Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine Schwungscheibe mit einer exzentrischen Masse, die bei der Rotation periodisch wech selnde Kräfte ausübt. Method according to claim I, characterized in that periodic pulses of different frequencies are exerted on the structure to be examined, and the power to be used to generate the vibrations is determined as a function of the frequency of the pulses. 3. The method according to claim I, characterized in that an additional mass of known size is attached at the point of the strongest oscillation, and that the characteristic variables of the oscillation are determined from the resulting change in frequency. CLAIM IT: Device for performing the method according to claim I, characterized by a flywheel with an eccentric mass which exerts periodically changing forces during rotation. UNTERANSPR-CCHE 4. Einrichtung nach Patentanspruch II, ge kennzeichnet durch Schwungscheiben mit exzentrischen Massen, deren Rotations achsen schwenkbar sind. 5. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Schwung- scheibe mit der exzentrischen Masse auf einem Fahrzeug angeordnet ist. SUB-CLAIM-CCHE 4. Device according to claim II, characterized by flywheels with eccentric masses, whose axes of rotation are pivotable. 5. Device according to claim II, characterized in that the flywheel is arranged with the eccentric mass on a vehicle.
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