DE1945356C

DE1945356C - Measuring arrangement for the excitation of bending vibrations in a horizontally extending rod

Info

Publication number: DE1945356C
Authority: DE
Inventors: Joseph Francis Thompsonville Conn.; Bugli Richard Francis WiIlimansett Mass.; Colletti (V.StA.)
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Publication date: 1972-07-27

Description

ι O 2ι O 2

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Er- beide Stabenden mit in Stablängsrichtung verschiebregung von Biegeschwingiingen in einem horizontal bar feststellbaren Ausgleichsgewichten zur Kompenverlaufenden Stab, welcher an zwei jeweils gleichen sierung einer durch das jeweilige Eigengewicht be-Abstand von einem zugeordneten Stabende aufwei- dingten statischen Durchbiegung des durch die Probe senden Lagerstellen entsprechend Biegeschwingungs- 5 gebildeten Stabmittelabschnittes versehen sind.
Knotcnlinien reibungsarm gelagert ist, wobei ein inner- Durch die in Stablängsrichtung verschiebbar festhalb der beiden Lagerstellen verlaufender Stabmittel- stellbaren Ausgleichsgewichte kann die statische abschnitt durch eine Probe gebildet ist, deren beide Durchbiegung des durch die Probe gebildeten Stab-Enden mit zwei an den Lagerstellen gelagerten sowie mittelabschnittes exakt kompensiert werden, so daß diesen gegenüber ausbalancierten Stabendabschnit- io man sich bereits labormäßig ohne Einkalkuliemng ten mechanisch fest verbindbar sind, mit einem auf eines allzu großen Sicherheitsfaktors an die Grcnzzumindest einen der Stabendabschnitte nichtmecha- belastungswerte des Materials mit gegenüber dem nisch einwirkenden periodischen Schwingungserzeu- Stand der Technik bisher nicht erreichter Genauigkeit ger und einem auf irgendeinen Teil des Stabes an- herantasten kann. Dies stellt einen besonderen Vorteil sprechenden Amplitudenfühler. 15 beim Einsatz von neuartigen Werkstoffen in derThe invention relates to a measuring arrangement for both rod ends with displacement excitation of bending vibrations in the rod longitudinal direction in a horizontally bar ascertainable balancing weights for the compensation rod, which at two equal sizing of a distance from an associated rod end exerted by the respective dead weight of the static deflection of the Send through the sample bearing points are provided in accordance with bending vibration 5 formed rod middle section.
Knotcnlinien is mounted with little friction, whereby a balance weights that can be adjusted internally by the central rods running in the longitudinal direction of the rod can be adjusted, the static section can be formed by a sample, the two bending of which of the rod ends formed by the sample with two supported at the bearing points as well as the middle section are exactly compensated, so that these rod end sections, which are balanced in relation to each other, can already be mechanically firmly connected in the laboratory without any allowance, with an excessively large safety factor at the limit of at least one of the rod end sections non-mechanical load values of the material with periodic stress values in relation to the niche Vibration generation technology of a previously unattained accuracy and one can approach any part of the rod. This is a particular advantage of speaking amplitude sensors. 15 when using novel materials in the

Es sind bereits Anordnungen der erwähnten Art Raumfahrt oder in der Flugtechnik dar, wo zum Teil nach der Zeitschrift industrial Laboratory, Band 28, mit jedem Milligramm Gewicht gespart werden muß. 1962, Heft 4, S :ite 522, bekannt, bei denen die den Durch die erfindungsgemäße Meßanordnung wird Stabmittelabschnitt bildende Probe durch verhältnis- erreicht, daß das Material hinsichtlich seiner Standmäßig schwere Spannzangen aus Weicheisen mit den ao zeit genau den auftretenden Belastungen angepaßt Stabendabschnitten mechanisch fest verbindbar ist. werden kann, ohne gewichtsaufwendige Überdimen-Dies bedingt entsprechend schwere Ausgleichsge- sionierungen vorzunehmen.There are already arrangements of the type mentioned in space travel or in flight technology, where in part According to the journal industrial Laboratory, Volume 28, every milligram of weight must be saved. 1962, Issue 4, page 522, known, in which the through the measuring arrangement according to the invention is The sample forming the central section of the rod is achieved by the fact that the material, with regard to its heavy-duty collets made of soft iron, adapts precisely to the loads that occur over time Rod end sections can be mechanically firmly connected. can be without weight-consuming overdimensioning dies conditionally to carry out correspondingly heavy compensation geioning.

wichte an den Stabendabschnitten zu deren Aus- Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichbalancierung gegenüber dem Stabmittelabschnitt. nung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel Wegen der auf diese Weise erforderlichen großen 35 einer erfindungsgemäßen Meßanordnung überwie-Massen der Spannzangen sowie der zu deren Aus- gend in perspektivischer Darstellung, teilweise in balancierung verwendeten Ausgleichsgewichte fällt Blockschaltbilddarstcllung, zeigt,
das Eigengewich· der Probe kaum mehr ins Gewicht, Eine Meßanordnung 10 weist auf einer Grundso daß es praktisch nicht möglich ist, eine durch das platte 14 zwei Elektromagnete 16, 18 auf, die über jeweilige Eigengewicht bedingt! statische Durchbie- 30 einen Oszillator 20 sowie einen Verstärker 22 im Begung der den Stabmittelabtrhnitt bildenden Probe zu trieb gleichphasig beaufschlagt werden,
kompensieren. Dies isr bei den bekannten Anordnun- Eine mit einem Längsschlitz 26 versehene länggen insofern nicht sehr wesentlich, weil wegen der liehe Führungsplatte 24 ist über (nicht mit Bezugsverhältnismäßig großen Massen der Spannzangen so- ziffern versehene) Plattenbügel nebst Muttern gegenwie der Ausgleichsgewichte ohnehin lediglich ein 35 über nach oben ragenden, mit Gewinde versehenen Betrieb mit verhältnismäßig niedriger Frequenz er- Endabschnitten 27 der Kerne c?ür Elektromagnete 16, folgen kann. 18 unverschieblich verschraubt. Die Verschraubungweighted on the rod end sections to their The invention is based on the drawing balance with respect to the rod middle section. This is explained in more detail, which shows an exemplary embodiment because of the large masses of the collet chucks required in this way for a measuring arrangement according to the invention, as well as the counterweights used in perspective, partly in balancing.
the weight of the sample hardly any more. A measuring arrangement 10 has on a base so that it is practically not possible to have one through the plate 14 two electromagnets 16, 18, which depend on their own weight! static sagging an oscillator 20 as well as an amplifier 22 are acted upon in phase with the sample forming the rod center section to drive,
compensate. This is in the known arrangements. A longitudinal slot provided with a longitudinal slot 26 is not very essential because, due to the guiding plate 24, there is only a 35 over plate bracket (not provided with relatively large masses of the collets) and nuts, like the counterweights, anyway Via upwardly protruding, threaded operation at a relatively low frequency, end sections 27 of the cores for electromagnets 16 can follow. 18 screwed immovably. The screw connection

Geht man jedoch zu hohen Frequenzen über, so kann zu Justierzwecken gelockert oder gelöst wermüssen die Stabendabschnitte nebst den zugeord- den, um eine Verschiebung der Führungsplatte 24 zu ncten Spannzangen entsprechend leicht ausgebildet 40 ermöglichen. Zusätzlich sind außerhalb der beiden werden, um geringe Trägheitsmomente zu erzielen. Magnete 16,18 mit der Führungsplatte 24 Lagerin diesem Fall wird indessen auch das Eigengewicht bocke 28, 30 unverschieblich verschraubt, welche der Probe sehr wesentlich, selbst unter Vorausset- nach Lösung der Verschraubung zu Justierzwecken zung einer völligen Ausbalancierung der Stabend- längs des Schlitzes 26 verstellt werden können.
abschnitte hinsichtlich des Gewichtes dt · Spannzan- 45 Die Lagerböcke 28, 30 weisen jeweils einen oberen gen nebst daran vorgesehenen, Bestandteile des Teil auf, der mittels einer Justierschraube 31 in Ver-Schwingungserzcugers bildenden Magnetankern, weil tikalrichtung einstellbar ist. Innerhalb jedes dieser die Tendenz bei den neueren Materialuntersiichungs- oberen Teile der Lagerböcke 28, 30 verläuft ein methoden dahin geht, das Material hinsichtlich seiner Gummiseil 33, das jeweils eine Lagerstelle für einen Standzeit genau den auftretenden Belastungen anzu- 50 an zwei Knotenpunkten aufzulagernden, horizontal passen, ohne gewichtsaufwendige Uberdimensionie- verlaufenden Stab bildet.If, however, one goes over to high frequencies, the rod end sections and the associated ones can be loosened or loosened for adjustment purposes in order to enable a shifting of the guide plate 24 to ncten collet chucks. In addition, the two are outside in order to achieve low moments of inertia. Magnets 16, 18 with the guide plate 24 bearing in this case, however, the dead weight of the blocks 28, 30 is screwed immovably, which is very important to the specimen, even under the prerequisite that the rod end is completely balanced along the slot 26 after the screw connection has been loosened for adjustment purposes can be adjusted.
sections with regard to the weight dt · collet 45 The bearing blocks 28, 30 each have an upper part and components of the part which are adjustable by means of an adjusting screw 31 in the vibration generator forming magnet armatures because the vertical direction is adjustable. Within each of these the tendency in the newer material investigation upper parts of the bearing blocks 28, 30 runs a method that goes to horizontally the material with regard to its rubber rope 33, which is to be superimposed on two nodal points exactly for one bearing point for a service life fit, without weight-consuming oversized rod forms.

rungen vorzunehmen. Dies gilt insbesondere für erst Der auf die Gummiseile aufzulagernde Stab um-to make statements. This applies in particular to first The rod to be placed on the rubber ropes

in jüngster Zeit entwickelte, mit sehr zugfesten kur- faßt einen innerhalb der Gummiseile 33 verlaufen-Developed recently, with very tensile strength, a short run within the rubber ropes 33-

zen Fasern armierte Stoffe (z. B. mit kurzen Kohlen- den, durch eine zu untersuchende Probe 12 gebil-fabrics reinforced with fibers (e.g. with short carbon ends, formed by a sample 12 to be examined)

stoffasern armierte Kunststoffe) von verschiedener 55 deten Stabmittelabschnitt sowie zwei streifenartige,fiber reinforced plastics) of various 55 deten rod middle section as well as two strip-like,

Dicke, bei denen auch nur geringe, nicht ausge- im wesentlichen biegungsstarre StabendabschnitteThickness in which only small, not substantially rigid rod end sections

glichene statische Durchbiegungen zu einer erheb- 32, deren einander zugewendete Enden über je eineSimilar static deflections to a raised 32, the mutually facing ends of each one

liehen Verfälschung des Meßwertes führen können. vorzugsweise aus Fiberglas bestehende Spannzangeborrowed falsification of the measured value. preferably made of fiberglass collet

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer 34 mit den Endabschnitten der Probe mechanisch gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Meß- 60 fest verbunden sind. An der Unterseite der Spannunordnung, welche mittels Kompcnsicrung einer zangen sind Magnetanker 38 In Ausrichtung mit den durch das jeweilige Eigengewicht bedingten stati- Achsen der Kerne der Magnete 16,18 vorgesehen, sehen Durchbiegung des seitens die Probe gebildeten um den Stab 32, 12,32 zu Biegeschwingungen anzu-Slabmillelabschnittcs die Erzielung wesentlich gc- regen. An jeweils dem äußeren Ende jedes Stabendnaucrer Meßwerte hinsichtlich der Materialstandzeit 65 abschnittes 32 ist ein Ausgleichsgewicht 36 vorgecrmüglicht, insbesondere bei mit zugfesten Fasern sehen, welches im wesentlichen zur Kompensation urinierten Stoffen. des Gewichtes der diesem Stabendabschnitt zugeord-The object of the invention is to provide a 34 with the end portions of the sample mechanically Compared to the prior art improved measuring 60 are firmly connected. At the bottom of the tension disorder, which by means of a pair of pliers are magnet armature 38 in alignment with the The static axes of the cores of the magnets 16, 18 are provided by the respective dead weight, see deflection of the slabmillel section formed by the specimen around the rod 32, 12, 32 to flexural vibrations substantially stimulate the achievement. At the outer end of each rod endurance Measured values with regard to the material service life 65 section 32 a balance weight 36 is provided, see especially with tensile fibers, which is essentially for compensation urinated fabrics. the weight of the

Hrfindungsgeniäß wird dies dadurch erreicht, daß ncten Spannzange 34 dient. Ein (nicht veranschau-According to the invention, this is achieved in that ncten collet 34 is used. A (not illustrative

lichter) Amplitudenfühler ermöglicht eine Einstellung der Biegeschwingung des Stabes 32,12, 32 auf eine gewünschte Schwingungsamplitude.lighter) amplitude sensor enables setting the bending vibration of the rod 32, 12, 32 to a desired vibration amplitude.

Die AusgleichsgewichteSo sind in Stablängsrich-Uing verschiebbar festzustellen, um eine durch das jeweilige Eigengewicht bedingte statische Durchbiegung des durch die Probe 12 gebildeten Stabmittelabschnittes zu kompensieren. Die Ausgleichsgewichte 36 dienen also nicht nur, wie beim Stand der Technik, zur Kompensierung des Gewichtes der Spannzangen 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 Stabendabschnitten 32 sehr feinfühlig verschoben werden, so daß in jedem Fall vor der Durchführung einer Messung der statische Ausgleich in der Probe 12 mit nahezu beliebiger Genauigkeit erzielt werden kann.The counterweights are in Stablängsrich-Uing Slidably detectable to a static deflection caused by the respective dead weight of the rod center section formed by the sample 12 to compensate. The counterweights 36 not only serve to compensate for the weight of the collets, as in the prior art 34, but at the same time cause the sample to be exposed to the magnets 16,18 is kept completely free of deflection. The balance weights 36 can be placed on the rod end sections 32 can be moved very sensitively, so that in each case before a measurement is carried out the static compensation in the sample 12 can be achieved with almost any accuracy.

Mit der beschriebenen Vorrichtung wurde ein Thornel-Epoxymaterial geprüft, das mit 50% VoIu- ao menanteil an in einer Richtung orientierten Kohlenstoffasern armiert war und sechzehn Schichten aufwies. Die Probe hatte eine Länge von 20 cm sowie eine Breite von 19 cm an beiden Enden, die sich zum Mittelpunkt hin kontinuierlich auf etwa 9,52 cm verminderte. Die Probe wurde über 10³ Schwingungen bei aufeinanderfolgenden Belastungen von 3520 kp/ cm² und 4220 kp/cm² gefahren, ohne daß ein Bruch auftrat. Bei einer weiter erhöhten Belastung auf 4920 kp/ cm⁸ trat ein Bruch nach etwa 4 X 10" Schwingungen auf.The device described was used to test a Thornel epoxy material which was reinforced with 50% volume of carbon fibers oriented in one direction and had sixteen layers. The sample was 20 cm long and 19 cm wide at both ends, which decreased continuously to about 9.52 cm towards the center. The sample was driven over 10 ³ vibrations at successive loads of 3520 kg / cm ² and 4220 kg / cm ² without fracture occurring. With a further increased load to 4920 kgf / cm ⁸ , a break occurred after about 4 X 10 "vibrations.

In ähnlicher Weise wurden auch Bor/Aluminium-Systeme untersucht.Boron / aluminum systems have also been investigated in a similar manner.

Claims

Claim:

Measuring arrangement for the excitation of bending vibrations in a horizontally extending rod, which at two bearing points each having the same distance from an associated rod end corresponding to bending vibration nodal lines is mounted with low friction, with an inside of the two bearing points extending rod middle section is formed by a sample whose both ends with two mounted on the bearing positions and balanced across from them Rod end sections mechavvach can be firmly connected to at least one of the rod end sections non-mechanically acting periodic vibrator and one on any Part of the rod responsive amplitude sensor, characterized in that that both rod ends with counterweights that can be locked in the longitudinal direction of the rod (36) to compensate for static deflection caused by the respective dead weight of the rod middle section formed by the sample (12).

1 sheet of drawings