DE1945356B2

DE1945356B2 - Messanordnung zur erregung von biegeschwingungen in einem horizontal verlaufenden stab

Info

Publication number: DE1945356B2
Application number: DE19691945356
Authority: DE
Inventors: Joseph Francis Thompson ville Conn Bugh Richard Francis Wi limansett Mass Colletti, (V St A )
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-09-08
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3536940A; DE1945356A1; GB1242617A

Description

UJL· Erfindung betrilTt eine Meßanordnung zur Erregung von Biegeschwingungen in einem horizontal verlaufenden Stab, welcher an zwei jeweils gleichen Abstand von einem zugeordneten Stabende aufweisenden Lagerstellen entsprechend Biegeschwingungs-Knotenlinien rsibungsarm gelagert ist, wobei ein innerhalb der beiden Lagerstellen verlaufender Stabmittelabschnitt durch eine Probe gebildet ist, deren beide Enden mit zwei an den Lagerstellen gelagerten sowie diesen gegenüber ausbalancierten Stabendabschnitten mechanisch fest verbindbar sind, mit einem auf zumindest einen der Stabendabschnittc nichtmechanisch einwirkenden periodischen Schwingungserzeuger und einem auf irgendeinen Teil des Stabes ansprechenden Amplitudenfühler.

Es sind bereits Anordnungen der erwähnten Art nach uer Zeitschrift Industrial Laboratory, Band 28. 1962, Heft 4, Serie 522, bekannt, bei denen die den Stabmittelabschnitt bildende Probe durch verhältnismäßig schwere Spannzangen aus Weicheisen mit den Stabendabschnitten mechanisch fest verbindbar ist. Dies bedingt entsprechend schwere Ausgleichsgewichte an den Stabendabschnitten zu deren Ausbaiancierung gegenüber dem StabmiUelabschnitt. Wegen der auf diese Weise erforderlichen großen Massen der Spannzangen sowie der zu deren Ausbalancierung verwendeten Ausgleichsgewichte fällt clas Eigengewicht Jer Probe kaum mehr ins Gewicht, so daß es praktisch nicht möglich ist, eine durch das jeweilige Eigengewicht bedingte statische D'irchbiegung der den Stabmittelabschnitt 1: Wenden Probe zu kompensieren. Dies ist bei den bekannten Anordnungen insofern nicht sehr wesentlich, weil wegen der verhältnismäßig großen Massen der Spannzangen sowie der Ausgleichsgewichte ohnehin lediglich ein Betrieb mit verhältnismäßig niedriger Frequenz erfolgen kann.

Geht man jedoch zu hohen Frequenzen über, so müssen die Stabendabschnitte nebst den zugeordneten Spannzangen entsprechend leicht ausgebildet werden, um geringe Trägheitsmomente zu erzielen. In diesem Fall wird indessen auch das Eigengewicht der Probe sehr wesentlich, selbst unter Voraussetzung einer völligen Ausbalancicrung der Stabendabschnitte hinsichtlich d^s Gewichtes der Spannzangen nebst daran vorgesehenen, Bestandteile des Schwingungserzeugers bildenden Magnetankern, weil die Tendenz bei den neueren Materialuntersuchungsmethoden dahin gc'it, das Material hinsichtlich seiner Standzeit genau den auftretenden Belastungen anzupassen, ohne gewichtsaufwendige Oberdimensionierunsicn vorzunehmen. Dies gilt insbesondere für erst in jüngster Zeit entwickelte, mit sehr zugfesten kurzen Fasern armierte StolTc (/. B. mit kurzen Kohlenstoffatom armierte Kunststoffe) von verschiedener Dicke, bei denen auch nur geringe, nicht ausgeglichene statische Durchbiegungen zu einer erheblichen Verfälschung des Meßwertes führen können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Meßanordnung, welche mittels Kompensierung einer durch das jeweilige Eigengewicht bedingten statischen Durchbiegung des seitens die Probe gebildeten Slabmittelabschnittcs die Erzielung wesentlich genauerer Meßwerte hinsichtlich der Materialstandzcit ermöglicht, insbesondere bei mit zugfesten Fasern aimiertcn Stollen.

rrfmdungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß beide Stabenden mit in Stablängsrichtung verschiebbar feststellbaren Ausgleichsgewichten zur Kompensierung einer durch das jeweilige Eigengewicht bedingten statischen Durchbiegung des durch die. Probe gebildeten Stabmittelabschnittes versehen sind.

Durch die in Stablängsrichtung verschiebbar feststellbaren Ausgleichsgewichte kann die statische Durchbiegung des durch die Probe gebildeten Stabmittelabschnittes exakt kompensiert werden, so daß

ίο man sich bereits labormäßig ohne Einkalkulierung eines allzu großen Sicherheitsfaktors an die Grenzbelastungswerte des Materials mit gegenüber dem stand der Technik bisher nicht erreichter Genauigkeit herantasten kann. Dies stellt einen besonderen Vorteil beim Einsatz von neuartigen Werkstoffen in der Raumfahrt oder in der Flugtechnik dar, wo zum Teil mit jedem Milligramm Gewicht gespart werden muß. Durch die erfindungsgemäße Meßanordnung wird erreicht, daß das Material hinsichtlich seiner Standzeit genau den auftretenden Belastungen angepaßt werden kann, ohne gewichtsaufwendige Überdimensionierungen vorzunehmen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher crl;>ut.-rt, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung überwiegend in perspektivischer Darstellung, teilweise in Blockschaltbilddarstellung, zeigt.

Eine Meßanordnung 10 weist auf einer Grundplatte 14 zwei Elektromagnete 16, 18 auf, die über einen Oszillator 20 sowie einen Verstärker 22 im Betrieb gleichphasig beaufschlagt werden.

Eine mit einem Längsschlitz 26 versehene längliche Führungsplatte 24 ist über (nicht mit Bezugsziffern versehene) Plattenbügel nebst Muttern gegenüber nach oben ragenden, mit Gewinde versehenen Endabschnitten 27 der Kerne der Elektromagnete 16, J 8 unvcrschicb'ich verschraubt. Die Verschraubung kann zu Justierzwecken gelockert oder gelöst werden, um eine Verschiebung der Führungsplatte 24 zu ermöglichen. Zusätzlich sind außerhalb der beiden Magnete 16.18 mit der Führungsplatte 24 Lagerböcke 28, 30 unverschieblich verschraubt, welche nach Lösung der Verschraubung zu Jusr .^zwecken längs des Schlitzes 26 verstellt werden können.

Die Lagerböcke 28. 30 weisen jeweils einen oberen Teil auf, der mittels einer Justierschraube 31 in Vertikalrichtung einstellbar ist. Innerhalb jedes dieser oberen Teile der Lagerböcke 28, 30 verläuft ein Gummiseil 33, das jeweils eine Lagcrstcllc ^für einen a.i zwei Knotenpunkten aufzulagernden, horizontal verlaufenden Stab bildet.

Der auf die Gummiseile aufzulagernde Stab umfaßt einen innerhalb der Gurniniseilc 33 verlaufenden, dur-h eine zu untersuchende Probe 12 gcbildeten Stabmittelabschnitt sowie zwei streifenartige, im wesentlichen biegungsstarre Stabendabschnitte 32, deren einander zugewendete Enden über je eine vorzugsweise aus Fiberglas bestehende Spannzange 34 mit den Endabschnitten der Probe mechanisch fest verbunden sind. An der Unterseite der Spannzangen sind Magnetanker 38 in Ausrichtung mit den Achsen der Kerne der Magnete 16,18 vorgesehen, um den Stab 32,12, 32 zu Biegeschwingungen anzu regen. An jeweils dem äußeren Ende jedes Stabcndabsehnittes 32 ist ein Ausgleichsgewicht 36 vorgesehen, welches im wesentlichen zur Kompensation des Gewichtes der diesem Stabendabschnitt zugeordneten Spannzange 34 dient. Ein (nicht veranschau-

lichter) Amplitudenfühler ermöglicht eine Einstellung der Biegeschwingung des Stabes 32,12, 32 auf |:ine gewünschte Schwingungsamplitude.

Die Ausgleichsgewichte 36 sind in Stablüngürich- |ung verschiebbar festzustellen, um eine durch das jeweilige Eigengewicht bedingte statische Durchbieguni: des durch die Probe 12 gebildeten Stabmittellibselinittes zu kompensieren. Die Ausgleichsgewichte JCi dienen also nicht nur, wie beim Stand der Technik, zur Kompensierung des Gewichtes der Spannlaiiücn 34, sondern bewirken gleichzeitig, daß die probe vor einer Beaufschlagung durch die Magnete 16, 18 völlig durchbiegungsfrei gehalten wird. Die Ausgleichsgewichte 36 können auf den Stabendabfchniiten 32 sehr feinfühlig verschoben werden, so <iaß in jedem Fall vor der Durchführung einer Messung der statische Ausgleich in der Probe 12 mit nahezu beliebiger Genauigkeit erzielt werden kann.

Mit der beschriebenen Vorrichtung wurde ein 'rhornel-Hpoxymaterial geprüft, das mit 50% Volumenanteil an in einer Richtung orientierten Kohlen- $loffasern armiert war und sechzehn Schichten aufwies. Die Probe hatte eine Länge von 20 cm sowie vine Breite von 19 cm an beiden Enden, die sich zum Mittelpunkt hin kontinuierlich auf etwa 9,52 cm verminderte. Die Probe wurde über 1O'^J Schwingungen bei aufeinanderfolgenden Belastungen von 3520 kp/ cm - und 4220 kp/cm² gefahren, ohne daß ein Bruch auf-Ii at. Bei einer weiter erhöhten Belasturj auf 4920 kp/ cm¹' trat ein Bruch nach etwa 4 X 10" Schwingungen auf.

In ähnlicher Weise wurden auch Bor/Aluminium-Systeme untersucht,
s

Claims

Patentanspruch:

Meßanordnung zur Erregung von Biegeschwingungen in einem horizontal verlaufenden Stab,

ίο welcher an zwei jeweils gleichen Abstand von einem zugeordneten Stabende aufweisenden Lagerstellen entsprechend Biegeschwingungs-Knotenlinien reibungsarm gelagert ist, wobei ein innerhalb der beiden Lagerstellen verlaufender Stabmittelabschnitt darch eine Probe gebildet ist, deren beide Enden mit zwei an den Lagerstellen gelagerten sowie diesen gegenüber ausbalancierten Stabendabschnitvii mechanisch fest verbindbar sind, mit einem auf zumindest einen der Stabendabschnitte nichtmechanisch einwirkenden periodischen Schwingungserzeuger und einem auf irgendeinen Teil des Stabes anspiechenden Amplitudenfühler, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stabenden mit in Stablängsrichtung verschiebbar feststellbaren Ausgleichsgewichten (36) zur Kompensicrung einer durch das. jeweilige Eigengewicht bedingten statischen Durchbiegung des durch die Probe (12) gebildeten Stabmittelabschnittes versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen