DE3707102A1

DE3707102A1 - Verfahren zur bestimmung der elastischen eigenschaften, also der materialqualitaet eines beliebig geformten koerpers

Info

Publication number: DE3707102A1
Application number: DE19873707102
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Ing Blum
Original assignee: Individual
Current assignee: Schenck Panel Production Systems GmbH
Priority date: 1987-03-05
Filing date: 1987-03-05
Publication date: 1988-09-15
Also published as: DE3707102C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften, wie E-Modul, Querdehnzahl und Dämpfung, also der Qualität von Materialien in beliebig geformten Körpern aus diesen Materialien mit gleichbleibenden geometrischen Abmessungen, wie inbesondere Preßspanplatten, durch Ausmessen der Schwingungs antwort auf eine Erregung durch ein Gleitsinus- oder Rauschsignal und die Bestimmung der Resonanzeigenschaften mit Hilfe dieser Schwingungsantwort.

Es ist für verschiedene Werkstoffe eines Körpers, wie z. B. für Holz spanplatten, bekannt, daß es eine Korrelation zwischen dem Elastizi tätsmodul und der Festigkeit des Körpers gibt. Es kann also über eine Messung des E-Moduls die Qualität des Körpers beurteilt werden.

Die induktive Messung des E-Moduls eines Körpers ist auf verschiedene Weise möglich. Es sind dabei die statische und die dynamische Methode zu unterscheiden:

Die statische Methode erfolgt dadurch, daß der gesamte Körper oder ein herausgeschnittener Prüfling belastet und eine zu dieser Bela stung zugehörige charakteristische Durchbiegung gemessen und in Be zug gesetzt wird zu der aufgebrachten Last.

Bei der dynamischen Methode wird unterschieden zwischen der Messung mit Hilfe tansienter Vorgänge und der Messung von stationären Vorgängen:

Als tansient werden Vorgänge bezeichnet, bei denen sich ein Bewe gungszustand durch den Körper ausbreitet und sich nicht wiederholt. Erreicht der Zustand zuerst den Punkt 1 und dann den Punkt 2, so hängt die Veränderung des Bewegungszustandes auf dem Wege von 1 nach 2 davon ab, welche Eigenschaften der Werkstoff zwischen diesen beiden Punkten hat. Ist das Signal in den beiden Punkten zu mes sen, so sind aus den Meßsignalen Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Werkstoffs dazwischen zu ziehen. Es kann aber mit dieser Methode nicht auf die Eigenschaft an anderer Stelle des Körpers geschlossen werden.

Als stationär werden Vorgänge bezeichnet, in denen sich ein bestimm ter, von Ort zu Ort durchaus unterschiedlicher Bewegungszustand peri odisch wiederholt. Dieser Bewegungszustand hängt nun von den Eigen schaften des Werkstoffs in allen Punkten des Körpers und zusätzlich von den Auflagerbedingungen ab. Diese Auflagerbedingungen sind schwierig festzulegen, da kleinste Ungenauigkeiten sowohl in ihrer An ordnung und Steifigkeit als auch ggf. vorhandene Inhomogenitäten im Werkstoff selbst den Bewegungszustand und damit das Meßergebnis in nicht reproduzierbarer Weise beinflussen. Es finden unkontrollierbare dynamische Wechselwirkungen zwischen dem Körper und den Auflagern statt, so daß das Meßergebnis unbrauchbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu fin den, wie diese dynamischen Wechselwirkungen zum Verschwinden ge bracht werden können, womit die Messung reproduzierbar würde.

Ausgehend von dem Verfahren anfangs genannter Art liegt die Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß zuerst die Eigenformen und Eigenfrequenzen und die zugehörigen Knotenlinien der möglichen freien Schwingungen des Körpers berechnet werden, daß aus der sich ergebenden Vielfalt eine geeignete frei Form mit zugehöriger Resonanz frequenz ausgewählt wird, und daß der Körper zur Untersuchung so gelagert wird, daß er bei entsprechender Anregung in dieser freien Form schwingt.

Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß ein jeder in Schwingung versetzter Körper Schwingungslinien hat, wenn er nirgends gelagert ist. In diesen "Moden", den sogenannten freien Moden, würde der Körper schwingen, wenn er sich schwebend im Weltraum befinden würde. Die freien Moden bilden nun auch, genauso wie alle anderen Moden, Knotenlinien aus, die dadurch definiert sind, daß dort dauernd Ruhe herrscht. Wird nun ein Körper vorzugsweise genau in den Knotenlinien der freien Moden gelagert, so existieren keine dynamischen Wechselwirkungen zwischen Körper und Auflager mehr und damit verschwindet auch der Einfluß der sonst vorhandenen Ungenau igkeiten. Damit ist die Schwingungsanwort, damit wird der Bewegungs zustand unabhängig von den Auflagerbedingungen, er ist nurmehr abhängig von den Körperabmesssungen, von den elastischen Schwing ungen und der Dämpfung des Materials des Körpers. Die Meßergebnisse sind folglich reproduzierbar und können jetzt zur Bestimmung der Materialeigenschaften herangezogen werden. Dies gilt dann nicht nur für den einen Körper mit diesen gleichbleibenden geometrischen Abmessungen, sondern für alle Körper dieser Art, so daß nacheinander eine Vielzahl solcher Körper untersucht und deren Materialeigenschaf ten schnell festgestellt werden können. Dieses Verfahren ist bei vielerlei Materialqualitätskontrollen anwendbar, hier sei die von hölzernen Preßspanplatten hervorgehoben.

Die grundsätzliche Idee nach der Erfindung kann vielfältig ausgebaut werden. Es ist zweckmäßig, den Körper auf Auflagerleisten, die sich genau entlang der errechneten Knotenlinien erstrecken, zu lagern. Es kann aber auch ein Luftkissen zur Lagerung infrage kommen, indem Luft von unten gegen den Körper geblasen und er damit in Schwebe gehalten wird.

Die Erregung der Schwingung sollte punktförmig in den Körper eingeleitet werden, und zwar exakt in einem Schwingungsbauch der errechneten Eigenform. Die Erregung kann mechanisch, aber auch durch Luft übertragen werden. Hier bietet sich ein Lautsprecher od. dgl. Luft-Schwingungserreger an.

Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Vorrichtung ist im Prinzip einfach, sie muß lediglich parallel zueinander ausgerichtete Unterstützungselemente, wie Leisten, aufweisen, die exakt an die Stellen der errechneten Knotenlinien der freien Formen schiebbar sind. Der Erreger ist dann exakt in die Mitte zwischen zwei Auflagerleisten anzuordnen.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften, wie E-Modul, Querdehnzahl und Dämpfung, also der Qualität von Materialien in beliebig geformten Körpern aus diesen Materialien mit gleichbleibenden geometrischen Abmessungen, wie insbesondere Preßspanplatten, durch Ausmessen der Schwingungsantwort auf eine Erregung durch ein Gleitsinus- oder Rauschsignal und die Bestimmung der Resonanzeigenschaften mit Hilfe dieser Schwing ungsantwort, dadurch gekennzeichnet,
daß zuerst die Eigenformen und Eigenfrequenzen und die zugehö rigen Knotenlinien der möglichen freien Schwingungen des Körpers berechnet werden,
daß aus der sich ergebenden Vielfalt eine geeignete freie Form mit zugehöriger Resonanzfrequenz ausgewählt wird,
und daß der Körper zur Untersuchung so gelagert wird, daß er bei entsprechender Anregung in dieser freien Form schwingt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu untersuchende Körper in den Knotenlinien einer freien Schwingung oder in nur einigen der Knotenlinien davon gelagert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichbleibenden Körperabmessungen und gleichbleibender Lagerung das Schwingungsverhalten verschiedener Körper unter sucht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper linienförmig entlang der Knotenlinien einer ausgewählten freien Schwingung gelagert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf einem Luftkissen gelagert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung punktförmig in den Körper eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung in mehreren Punkten entlang einer Linie in den Körper eingeleitet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung in einem Schwingungsbauch der Eigenform in den Körper eingleitet wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung durch einen Schwingungserreger in direktem Kontakt mit dem Körper eingleitet wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung durch Luftschwingungen eines Lautsprechers mittels Luftankopplung in den Körper eingeleitet wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Resonanzfrequenz die elastischen Eigenschaften des verwendeten Materials bestimmt werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Breite der Resonanzkurve die Dämpfungseigenschaften des Materials bestimmt werden.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 mit einem Traggestell mit mindestens zwei Unterstützungselementen und einem Schwingungs erreger, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungselemente allein an den Stellen der errechneten Knotenlinien der freien Formen parallel nebeneinander angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungselemente als Auflagerleisten ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungselemente als ein außen offenes hydraulisches oder pneumatisches Kissen ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Schwingungserreger von unten gegen den Körper gerichtet sind und unmittelbar am Körper anliegen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger senkrecht zum Körper ausgerichtet ist.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Untersuchung des Körpers ein oder mehrere die Luft in Schwingung versetzendes Gerät wie Lautsprecher od. dgl. dem Körper mit Abstand zugeordnet ist.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger in der Mitte zwischen zwei Unterstützungselemen ten angeordnet ist.