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Verfahren zur Untersuchung technischer Gebilde, z. B. von Metallkonstruktionen,
hinsichtlich ihres Elastizitäts- und Festigkeitszustandes Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Bestimmung des Elastizitäts- und Festigkeitszustandes technischer
Gebilde, z. B. von Metallkonstruktionen, wie Masten, Balken, Trägern, Flugzeugkörpern,
Brücken usw. Es gestattet vorübergehende oder dauernde Veränderungen des Elastizitäts-
und Festigkeitszustandes von technischen Gebilden zu ermitteln, welche unter der
Einwirkung statischer oder dynamischer Belastungen ein-. treten.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden an dem zu untersuchenden
technischen Gebilde in an sich bekannter Weise zwei zu freien Schwingungen fähige
Massen angebracht.- In ebenfalls an sich bekannter Weise wird eine der beiden Massen
in Schwingungen versetzt, wobei die andere selbsttätig, nämlich durch die durch
das technische Gebilde als Koppelelement übertragene Energie gleichfalls in Schwingungen
gerät.
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Erfindungsgemäß wird hierbei die gemessene Schwebungsdauer des selbsttätig
zu Schwingungen erregten zweiten Pendels als kennzeichnender Faktor des augenblicklichen
Elastizitäts- und Festigkeitszustandes des zu untersuchenden technischen Gebildes
festgestellt.
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Das Anbringen schwingender Massen an technischen Gebilden, wobei diese
jedoch als Schwinger und nicht als Koppler dienen, bei denen die gleichmäßige Beschaffenheit
verschiedener Ausführungen desselben Gebildes oder die gleichmäßig gebliebene Beschaffenheit
ein und desselben technischen Gebildes festgestellt werden soll, ist bereits bei
einem Untersuchungsverfahren vorgeschlagen worden, bei welchem eine umlaufende Schwungscheibe
mit einer exzentrischen Masse z. B. auf eine Brücke gesetzt und- dann der zu jeder
Umdrehungszahl gehörige Ausschlag der Brücke an bestimmten Stellen gemessen wird.
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Dieses Verfahren weist jedoch insofern einen Nachteil auf, als man
hierbei, da die Brücke selbst als Schwinger dient, große und schwere schwingende
Massen benötigt, - die das zu untersuchende technische Gebilde selbst in Schwingungen
meßbarer -Amplitude zu versetzen vermögen. Damit ist das Verfahren praktisch auf
wenige technische Gebilde beschränkt, nämlich auf gölche,. welche ihrer Größe, Gestalt
und Festigkeit nach einen
geeigneten Stützpunkt für die Anbringung
der schwingenden Massen bieten. Diese Mängel werden bei dem Verfahren gemäß der
Erfindung dadurch beseitigt, daß im Gegensatz zu allen bisher bekanntgewordenen,
dein gleichen Zweck dienenden Verfahren das zii untersuchende technische Gebilde
nicht als Schwinger, sondern in an sich bekannter Weise als Koppelelement verwendet
wird.
Aus der Dauer der Schwebungenr zweier vermittels des betreffenden Gebildes
gekoppelter Schwinger, die z. B. einfache, von Hand in Bewegung zu setzende Pendel
sein können, ist die Möglichkeit gegeben, auf den zur Zeit der Messung vorhandenen
Elastizität- und Festigkeitszustand des zu untersuchenden technischen Gebildes wichtige
Rückschlüsse zu ziehen.
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Wird z. B. der eine Schwinger angestoßen, so findet eine Energieübertragung
auf den anderen Schwinger um so schneller statt, je weicher die Kopplung ist. je
länger also die Schwebungsdauer des anderen Schwingers ist, um so größer ist die
den Elastizitäts- und Festigkeitszustand kennzeichnende Starrheit des als Kopplung
dienenden technischen Gebildes, und um so größer ist auch der Elastizitäts- bzw.
Gleitmodul des verwendeten Werkstoffs. Wird bei wiederholten Messungen innerhalb
eines längeren Zeitraumes ein dauerndes Absinken der Schwebungsdauer festgestellt,
so läßt dies auf einen schlechter gewordenen Elastizitäts- und Festigkeitszustand
des technischen Gebildes schließen. Hieran kann u.a. ein Lockern von Nieten oder
Ermüdungserscheinungen des Werkstoffs schuld sein.
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Der Gedanke, zwei oder mehrere schwingungsfähige Gebilde mit einem
oder weniger elastischen Gliede zu koppeln und die dabei entstehenden Erscheinungen
zu berechnen, gehört zu den ältesten Erkenntnissen der Physik-, und auch technische
Anwendungen dieser Erkenntnisse sind in mannigfacher Ausfiihrung bekanntgeworden.
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Der Erfindung aber liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß das Verhalten
eines technischen Gebildes als Koppelelement zweier in der oben näher gekennzeichneten
Weise angeordneter schwingungsfähiger Systeme durch Messung der Schw ebungsdauer
einen Rückschluß auf seinen Elastizitäts- und Festigkeitszustand zuläßt.
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Die in den Figuren dargestellten Beispiele ganz einfacher Art sind
derartig gewählt, daß sie von der vielseitigen Anwendungsmöglichkeit der Erfindung
ein Bild zu geben vermögen, ohne daß sie dabei alle Ausführungsmögliclikeiten des
Verfahrens erschöpfen.
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Die Fig. r stellt eine senkrechte Konstruktion, beispielsweise einen
eisernen Mast A dar. der einseitig fest eingespannt ist. Ain oberen Ende a dieses
Mastes wird eine Stütze oder ein sonstiges Zwischenstück b angebracht zur Aufnahme
von zwei Pendeln cl und c= gleicher lIasse, von denen in an sich bekannter Weise
das eine, beispielsweise cl, als Antriebsorgan dient, welches die Beanspruchung
hervorruft, während das andere c= als Aufnahmeorgan dient. Nachdem das Pendel cl
in Bewegung gesetzt ist, beginnt auch das andere Pendel von selbst zu schwingen.
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Das Beispiel der Fig. z unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen
nur dadurch, daß der Aufhängepunkt eines der beiden Pendel, beispielsweise c=, tiefer
liegt als der des anderen Pendels. Die Massen der Pendel können sowohl übereinstimmen
als auch voneinander verschieden sein.
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Fig. 3 stellt einen losen, auf zwei Stützen liegenden Balken dar.
In diesem Falle wird in der Mitte des Balkens eine Stütze d angebracht, an der zwei
federnde Pendel e1 und e= mittels der Federnil und ff befestigt werden.
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Fig. d. zeigt die gleiche Anordnung eines lose auf zwei Stützen liegenden
Balkens, an welchem die Pendel e3 und e4 in bezug auf die Mitte des Balkens symmetrisch
zueinander angebracht sind. Auch in diesem Falle können die Massen der Pendel einander
gleich oder voneinander verschieden sein.
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Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung zur Untersuchung des Festigkeitszustanles
einer Konstruktion von der Form eines Vierecks. In diesem Falle können an den horizontalen
Streben des Vierecks c oder auch an einer derselben die Schwerkraftpendel, die Biegungs-
oder Verdrehungspendel in vorbeschriebener Weise angebracht werden. Ebenso ist es
möglich, besondere Traversen k1 und lt= zur Aufnahme der Massen il und
i=
vorzusehen.
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Endlich ist in Fig. 6 eine Anordnung dargestellt zur Untersuchung
eines senkrecht stehenden Balkens auf Torsionsbeanspruchung. In diesem Falle hängt
man an den Balken D an einem Metallfaden j1 ein Torsionspendel k1 auf, welches beispielsweise
als Antriebspendel dienen soll, indem es auf den Balken D eine Verdrehungskraft
ausübt. k= stellt ein zweites an einem Metallfaden j= hängendes Torsionspendel als
Resonator dar. Auf den Metallfaden j" werden die von hl ausgehenden Schwingungen
auf dem Wege über ein sehr festes Rechteck sfa übertragen.