DE584553C - Verfahren zur Untersuchung fertiger technischer Gebilde, wie Bruecken, Schiffe, Tuerme, in ihrem Gebrauchszustand hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens - Google Patents

Description

In der Technik finden häufig Gebilde Verwendung, die für eine bestimmte Maximalbelastung berechnet und hergestellt werden. Diese Gebilde, die im allgemeinen aus einzelnen Konstruktionselementen, wie Trägern, Balken, Ketten, Seilen usw., zusammengesetzt sind, stellen Schwingungsgebilde mit verteilter Elastizität und Masse dar. Die Eigenschwingungen derartiger Gebilde können durch einmalige Stöße oder besonders durch periodische Impulse im Betrieb erregt werden, wodurch unter Umständen gefährliche Zusatzbeanspruchungen entstehen. Da die Schwingungserscheinungen im allgemeinen nicht rechnerisch genau erfaßt werden können, ist es erforderlich, am fertigen Gebilde dieselben zu messen. Derartige Untersuchungen werden heute beispielsweise an Brücken vorgenommen, wobei die beim Be-

ao fahren der Brücke entstehenden Schwingungen durch geeignete Einrichtungen gemessen werden. Derartige Messungen geben einen Anhaltspunkt für die zusätzlichen Beanspruchungen; sie sind jedoch nicht imstande, die Vorgänge völlig aufzuklären, wie dies für eine einwandfreie Untersuchung des dynamischen Verhaltens der Gebilde nötig ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens technischer Gebilde besteht nun darin, daß diese künstlich in Schwingungen versetzt werden und die hierbei auftretenden Erscheinungen als Charakteristik der Gebilde dienen. Der Fortschritt des Verfahrens liegt darin, daß die Erzeugung der Schwingungen unter klar definierten Verhältnissen erfolgt, so daß die oft verwickelten Erscheinungen in ihrer Abhängigkeit von den verschiedenen Faktoren untersucht werden können.

Besonders vorteilhaft ist es, das Verhalten des Gebildes in Abhängigkeit von der Frequenz der erregenden Impulse zu messen. Es wird hierbei der Schwingungsausschlag bei allmählich ansteigender Frequenz bestimmt, wodurch Resonanzkurven erhalten werden, wie sie beispielsweise auch auf anderen Gebieten der Schwingungstechnik bekannt sind. Diese Kurven zeigen nun, daß das Gebilde im allgemeinen nur kleine Ausschläge macht, daß, aber in bestimmten Resonanzbereichen ein starkes Anschwellen derselben auftritt. Diese Resonanzkurven geben nun eine wertvolle Charakteristik für das Gebilde, und es können aus ihnen grundlegende Rückschlüsse gezogen werden.

Es ist bereits bekannt, für die Untersuchung von Fundamenten durch Änderung der Umdrehungszahl eines Motors, also durch Änderung der Frequenz, Resonanzkurven aufzunehmen, indem der Schwingungsausschlag. der Decke, auf der der Motor steht, also des Fundaments, in Abhängigkeit von der

Impulsfrequenz bestimmt wird. Diese Untersuchungen haben gleichzeitig den Zweck, die Wirksamkeit verschiedener die Schwingungen abdämpfender Unterlagsplatten zu prüfen. Die Anwendung dieser an sich bekannten Untersuchungsmethode zur Untersuchung fertiger technischer Gebilde in ihrem Gebrauchszustande hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens hat insbesondere den neuen to Erfolg, daß bei periodisch sich wiederholenden Untersuchungen der Betriebszustand und damit eine etwa notwendige Reparatur festgestellt werden kann.

Aus den Resonanzkurven kann ohne weiteres die Größe der Dämpfung der einzelnen Resonanzbereiche bestimmt werden. Das logarithmische Dekrement der Dämpfung ist aber gleich dem halben Quotienten aus der pro Schwingung vernichteten Energie zur Gesamtenergie, die im Gebilde schwingt. Die Energieverluste sind im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt. Der eine ist bedingt durch Verluste im Material selbst, die durch innere Reibung und Nachwirkungserscheinungen erklärt werden können, während der zweite aus Reibungsverlusten in den Verbindungsstellen besteht. Durch Messung der Dämpfung kann somit auf einfache Weise ein Einblick in den Zustand des Gebildes gewonnen werden. Treten beispielsweise im Material Veränderungen auf oder lockern sich wichtige Verbindungsglieder, so ist dies sofort festzustellen.

Es lassen sich ferner wichtige Schlüsse aus der Lage der Resonanzstellen und deren Verschiebung ziehen, da beispielsweise eine Lockerung der Verbindungsglieder eine* Verminderung der elastischen Kraft und damit eine Erniedrigung der Eigenschwingungszahlen zur Folge hat. Bedeutet m die beim Schwingungsvorgang wirksame Masse und c die Elastizität, so ist die Frequenz in 2 π Sekunden

=y.

Wird nun ein den besonderen nissen angepaßtes Zusatzgewicht

Verhält Δ m bekannter Größe an die Stelle des stärksten Schwingens gebracht, so ergibt sich eine Erniedrigung der Eigenfrequenz. Die Frequenzen vor und nach -der Belastung seien W₁ und W₂, dann ist
Am

ar

COlJ

woraus die Schwingungsmasse m bestimmt werden kann. Damit ist dann auch die elastische Kraft c des Gebildes der Berechnung zugänglich, und es können die Änderungen der beim Schwingen maßgeblichen Masse m und Elastizität c bestimmt werden. Diese Änderungen sind bedingt durch bestimmte Einflüsse, deren Größe damit gemessen wird. Lockern sich beispielsweise die Verbindungsglieder, so hat dies ein Nachlassen der elastischen Kraft zur Folge.

Bedeutet ■& das logarithmische Dekrement der Dämpfung, α die Amplitude der Schwingungen, so läßt sich die beim Schwingungs-Vorgang pro Sekunde \^rernichtete Leistung bestimmen zu

- co³ er ηι,

Statt dessen kann auch geschrieben werden

Jl

2 π

-ω α." c.

In diesen beiden Gleichungen sind durch die Messungen nach vorliegendem Verfahren sämtliche Faktoren bekannt, so daß die im Gebilde vernichtete Leistung, beispielsweise in Pferdestärken, angegeben werden kann. Die Größe dieser Leistung und ihre Ab- 8g hängigkeit von beliebigen Einflüssen ist ein weiteres wichtiges Kriterium.

Durch Aufnahme der Resonanzkurven und ihre Auswertung bei Veränderung der sonstigen Untersuchungsbedingungen lassen sich weitere Einblicke in den Zustand eines Gebildes gewinnen. Vor allen Dingen kommen derartige Messungen als Terminmessungen in Frage, so daß die Veränderungen, die seit der letzten Messung erfolgt sind, festgestellt werden können. Ferner ist es von Bedeutung, den Einfluß der - Temperatur festzustellen, ebenso die Abhängigkeit von der Größe der erregenden Impulse.

Es ist ferner vorteilhaft, den Verlauf der gekennzeichneten Erscheinungen in Abhängigkeit von einer statischen Belastung zu messen, also beispielsweise eine Brücke bei aufgefahrenem Zug, der seine Stellung bei den einzelnen Messungen verändert, zu untersuchen. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß alle Messungen in kürzester Zeit und unter reinen Versuchsbedingungen anzustellen sind.

Die Einrichtung zur Erzeugung der periodischen Impulse besteht vorteilhaft aus einem rotierenden Schwungrad, das besondere Wuchtmassen trägt. Das Schwungrad wird durch eine Antriebsvorrichtung in Rotation versetzt, wobei es vorteilhaft ist, die Größe n₅ der Impulse verstellen zu können bzw. von vornherein mehrere derartige Einrichtungen vorzusehen. Dies ist besonders nötig für Untersuchungen, die sich über einen großen Frequenzbereich erstrecken,, da die zur Erregung der tiefen Schwingungen nötige große Wuchtmasse zur Untersuchung der höheren

Frequenzen zu groß werden kann und zu starke Eigenschwingungen verursachen würde. Zur näheren Erläuterung ist in der Abbildung eine Einrichtung zur Untersuchung von Eisenbahnbrücken als Ausführungsbeispiel beschrieben. Es bedeutet ι ein Schwungrad, das eine Wuchtmasse 2 trägt und durch eine Antriebsvorrichtung 3 in Umdrehung versetzt wird. Die ganze Einrichtung ist auf einem passend ausgebildeten Untergestell fahrbar montiert und wird auf die zu untersuchende Brücke gefahren. Zur Untersuchung wird die Scheibe 1 in Umdrehung versetzt, wobei die Umdrehungszahl langsam gesteigert wird.

Durch geeignete Einrichtungen wird der zu jeder Umdrehungszahl gehörige Ausschlag der Brücke gemessen, wobei eine ganze Reihe von Meßstellen vorgesehen werden können.

Das Verfahren ist in entsprechender Weise auf sämtliche technische Gebilde anwendbar, wobei die Wuchtmasse, die Umdrehungsgeschwindigkeit, die Art des Antriebes usw. den besonderen Verhältnissen anzupassen ist. Es können beispielsweise die Schwingungen in Förderanlagen, besonders in Abhängigkeit von der Seillänge bestimmt werden, ferner , sei die Untersuchung der Tragkonstruktionen von Flugzeugen und Luftschiffen erwähnt.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Untersuchung fertiger technischer Gebilde, wie Brücken, Schiffe, Türme, in ihrem Gebrauchszustand hinsichtlich' ihres dynamischen Verhaltens, dadurch gekennzeichnet, daß für das zu untersuchende Gebilde mittels eines mit ihm verbundenen besonderen Impulsgebers, der z. B. aus einer Kombination an sich bekannter umlaufender Wuchtmassen besteht, eine dynamische Charakteristik durch an sich bei der Bestimmung der Schwingungen eines Elektromotors auf seiner Unterlage bekannte Messungen gewonnen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des Einflusses sich zeitlich ändernder, bestimmender Faktoren, wie der Temperatur, der Belastungsverhältnisse, des Verschleißes, die Bestimmung der dynamischen Charakteristik in gewissen, durch die Art der bestimmenden Faktoren gegebenen Zeiträumen wiederholt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der in dem Gebilde wirksamen Elastizität und Masse an der am stärksten schwingenden Stelle eine zusätzliche Masse bekannter Größe angebracht wird, so daß eine Frequenzänderung eintritt, welche die Berechnung von Elastizität und Masse des Gebildes gestattet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der beim Schwingen des Gebildes verbrauchten Leistung das logarithmische Dekrement der Dämpfung der Schwingungen des fertigen Gebildes durch Aufnahme von Resonanzkurven (Änderung der Schwingungsamplitude in Abhängigkeit von der Frequenz) ermittelt wird, das zusammen mit der durch das Verfahren nach Anspruch 3 ermittelten Größe der Masse die Berechnung der verbrauchten Schwingungsleistung ermöglicht.
5. 5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, da-⁽' durch gekennzeichnet, daß die die Schwingungen des zu untersuchenden technischen Gebildes herbeiführenden Wuchtmassen fahrbar angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen