RU2058022C1 - Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point - Google Patents
Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point Download PDFInfo
- Publication number
- RU2058022C1 RU2058022C1 SU5029139A RU2058022C1 RU 2058022 C1 RU2058022 C1 RU 2058022C1 SU 5029139 A SU5029139 A SU 5029139A RU 2058022 C1 RU2058022 C1 RU 2058022C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- excitation
- point
- frequencies
- compliance
- dynamic compliance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибрационным испытаниям машиностроительных конструкций и может быть использовано для определения параметров вибрации. The invention relates to vibration tests of engineering structures and can be used to determine vibration parameters.
Эквивалентные массы упругой конструкции М1,М2,М3, соответствующие данной точке наблюдения и точке приложения силы, наряду с собственными частотами и коэффициентами внутреннего трения полностью определяют поведение конструкции под действием заданной периодической силы. В случае упругих тел величины Мк определяются формулой
Mк= mк= X
M to = m k = X
Известен способ определения эквивалентных масс упругого тела, соответствующих заданным точке наблюдения и точке возбуждения [1] согласно которому конструкцию подвергают многоточечному возбуждению и путем надлежащего выбора гармонических возмущающих сил с относительными фазовыми сдвигами 0о или 180о выделяют поочередно отдельные собственные тона и регистрируют собственные формы и собственные частоты колебаний. Затем устанавливают на исследуемую конструкцию дополнительную сосредоточенную массу, определяют собственные частоты догруженной конструкции, по разности собственных частот исследуемой и догруженной конструкций определяют обобщенные массы mк и, деля их на значения собственных форм в точке возбуждения и точке наблюдения, получают искомые эквивалентные массы.Known method for determining the equivalent weights of the elastic body corresponding to specify the observation point and the point of excitation [1] according to which structure is subjected to multi-point excitation, and by proper selection of harmonic disturbing forces with relative phase shifts of 0 ° or 180 emit alternately separate own pitch and register their own forms and natural frequencies of oscillations. Then, an additional concentrated mass is installed on the structure under study, the eigenfrequencies of the loaded structure are determined, the generalized masses m k are determined from the eigenfrequencies of the studied and loaded structures, and dividing them by the values of the eigenforms at the point of excitation and the observation point, the desired equivalent masses are obtained.
Недостатком этого способа является быстрый износ конструкции вследствие длительных вибрационных испытаний в условиях резонанса, необходимость высокой точности измерения частот колебаний (5-6 значащих цифр) и трудоемкость. The disadvantage of this method is the rapid wear of the structure due to lengthy vibration tests in resonance conditions, the need for high accuracy in measuring vibration frequencies (5-6 significant digits) and the complexity.
Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] согласно которому для каждого рассматриваемого тона колебаний измеряют собственную частоту ωк и коэффициент внутреннего трения ηк. Затем на полученных собственных частотах измеряют модуль динамической податливостиR(ωк)|(к 1,2,n) точки наблюдения конструкции при данной точке возбуждения, а эквивалентные массы определяют по формуле Мк= 1/ηкω
Для увеличения срока службы конструкции и повышения точности согласно изобретению измерения динамической податливости производят на частотах возбуждения, лежащих вне окрестностей собственных частот, при этом измеряют только действительную часть динамической податливости, дополнительно измеряют статическую податливость в точке возбуждения, а эквивалентные массы М1, М2,Мn, соответствующие данной точке возбуждения и точке наблюдения определяют из условия минимума целевой функции
где n число эквивалентных масс, подлежащих определению; N число частот возбуждения; ω1,ω2,ωn - первые n собственных частот колебаний; Ω1,Ω2, ΩN частоты возбуждения; η1, η2, ηn первые n коэффициентов внутреннего трения; R
where n is the number of equivalent masses to be determined; N is the number of excitation frequencies; ω 1 , ω 2 , ω n are the first n natural frequencies of vibrations; Ω 1 , Ω 2 , Ω N excitation frequencies; η 1 , η 2 , η n the first n coefficients of internal friction; R
Способ осуществляют следующим образом. Измеряют первые n собственных частот колебаний ωк и коэффициентов внутреннего трения ηк (к 1,2,n). Затем измеряют статическую податливость Ro и действительную часть динамической податливости R
Выбором частот возбуждения вне окрестностей собственных частот достигается цель увеличения срока службы испытываемой конструкции. Цель повышения точности определения эквивалентных масс достигается выбором целевой функции: в процессе ее минимизации происходит сглаживание экспериментальных данных R
Re{R(Ω)} ≈ Cn+ где
Cn= Ro- Ro= Re{R(O)} R(O) в то время, как точная зависимость имеет вид
Re{ R(Ω)} Выбор такой базовой зависимости и целевой функции позволяет при определении эквивалентных масс учесть точно не одну, а n форм колебаний. Причем остальные формы учитываются приближенно введением слагаемого Cn, которое обеспечивает совпадение базовой и точной зависимостей на частоте Ω= 0, т.е. обеспечивает совпадение перемещения точки наблюдения конструкции под действием постоянной силы, приложенной в точке возбуждения, вычисленного на основе базовой зависимости, и перемещения, вычисленного на основе точной зависимости.The choice of excitation frequencies outside the vicinity of natural frequencies achieves the goal of increasing the service life of the tested design. The goal of increasing the accuracy of determining equivalent masses is achieved by choosing the objective function: in the process of minimizing it, the experimental data R are smoothed
Re {R (Ω)} ≈ C n + Where
C n = R o - R o = Re {R (O)} R (O) while the exact dependence has the form
Re {R (Ω)} The choice of such a basic dependence and objective function makes it possible to take into account exactly not one, but n vibration modes when determining equivalent masses. Moreover, the remaining forms are taken into account approximately by introducing the term C n , which ensures the coincidence of the base and exact dependences at the frequency Ω = 0, i.e. ensures that the displacement of the observation point of the structure under the action of a constant force applied at the excitation point calculated on the basis of the basic dependence coincides with the displacement calculated on the basis of the exact dependence.
Собственные частоты колебаний ωк измеряют, например, виброизмерительным комплексом АВДИ-1 [1] Коэффициенты внутреннего трения ηк, а также связанные с ними логарифмические декременты колебаний = πηкωк, определяют по формуле ηк μо/ωк, где коэффициент μоопределяется в зависимости от материала по специальным таблицам. Логарифмический декремент колебаний δTildeк можно также определить, построив посредством виброизмерительной аппаратуры типа АВДИ-1 (СССР), НР 5451 В (США), ДА-62 МС, ДА-62 МВ (Япония), ИМС-69 (СССР) и др. амплитудно-частотную характеристику вблизи частоты Ω= ωк, по формуле
= (-), где ΩTilde1, ΩTilde2 значения частот возбуждения, при которых амплитуда колебаний точки наблюдения в 2 раза меньше максимальной амплитуды, соответствующей данной резонансной частоте. Действительную R
= ( - ), where ΩTilde 1 , ΩTilde 2 are the excitation frequencies at which the amplitude of the observation point is 2 times less than the maximum amplitude corresponding to a given resonant frequency. Valid R
Эквивалентные массы определяют из условия минимума целевой функции Φ= Φ(М1,М2,Мn) по формуле
Mк= (к 1,2,n), где
Δ .. Определитель Δк получается из определителя Δ заменой к-го столбца на столбец (b1, b2,bn)Т,
bj=R
С целью уменьшения ошибки при определении эквивалентных масс, вызванной погрешностями измерений динамической податливости, описанные измерения и вычисления можно провести N1 раз. При этом определяют величины y
к 1,2,n
П р и м е р. Определены эквивалентные массы консольной балки с грузом на свободном конце для случая ее поперечных колебаний. Масса груза взята в 2 раза меньше массы балки. Точка возбуждения выбрана на свободном конце балки, точка наблюдения в ее середине.Equivalent masses are determined from the minimum condition of the objective function Φ = Φ (M 1 , M 2 , M n ) by the formula
M to = (to 1,2, n), where
Δ . . The determinant Δ k is obtained from the determinant Δ by replacing the k-th column with the column (b 1 , b 2 , b n ) T ,
b j = R
In order to reduce the error in the determination of equivalent masses caused by the errors of dynamic compliance measurements, the described measurements and calculations can be performed N 1 time. In this case, the quantities y
k 1,2, n
PRI me R. The equivalent masses of the cantilever beam with a load at the free end for the case of its transverse vibrations are determined. The mass of the load is taken 2 times less than the mass of the beam. The excitation point is selected at the free end of the beam, the observation point in its middle.
Проведен численный эксперимент, в котором предложенным способом определены эквивалентные массы балки с учетом введенных погрешностей измерений, получены погрешности, возникающие при использовании данного способа, а также сделано сравнение с погрешностями способа, выбранного в качестве прототипа. A numerical experiment was carried out in which the equivalent mass of the beam was determined by the proposed method taking into account the introduced measurement errors, the errors arising when using this method were obtained, and a comparison was made with the errors of the method selected as a prototype.
Для определения погрешностей способа интегрированием дифференциального уравнения поперечных колебаний балки получены следующие точные (теоретические) значения:
= 2,016; = 16,90; = 51,70; = 106,1;
= 0,4338; = -0,7473; = 0,1667; = 0,3278;
ηк= 0,003/πωк, = ωкl2/α2,
= 1/Mк, = Mк/mol, α4= EI/mo, где Е модуль Юнга, I момент инерции поперечного сечения, mo масса единицы длины балки, l длина балки.To determine the errors of the method by integrating the differential equation of the transverse vibrations of the beam, the following exact (theoretical) values were obtained:
= 2.016; = 16.90; = 51.70; = 106.1;
= 0.4338; = -0.7473; = 0.1667; = 0.3278;
η k = 0.003 / πω k , = ω to l 2 / α 2 ,
= 1 / M k , = M k / m o l, α 4 = EI / m o , where E is Young's modulus, I is the moment of inertia of the cross section, m o is the mass of a unit length of the beam, l is the length of the beam.
Экспериментальные данные по значениям динамической податливости заданы в виде
R
где R(r)( Ωj) теоретическое значение действительной части динамической податливости на частоте возбуждения Ω=Ωj, а величины Z1,Z2,ZNявляются случайными числами, распределенными по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием и средним квадратическим отклонением, равным 0,033. При этом максимальная относительная ошибка измерения динамической податливости составляла ±10% При использовании предложенного способа принято N 9, n 4, = Ωjl2/α21,8; 2,3; 15; 19; 45; 57; 95; 117; 161. Выбор частот возбуждения достаточно удаленными от собственных частот увеличивает срок службы конструкции, что является одной из целей данного изобретения. Из-за удаленности частот возбуждения от собственных модуль мнимой части динамической податливости оказался пренебрежимо мал по сравнению с модулем действительной части.The experimental data on the values of dynamic compliance are given in the form
R
where R (r) (Ω j ) is the theoretical value of the real part of the dynamic compliance at the excitation frequency Ω = Ω j , and the quantities Z 1 , Z 2 , Z N are random numbers distributed according to the normal law with zero mathematical expectation and standard deviation, equal to 0.033. Moreover, the maximum relative error in measuring the dynamic compliance was ± 10%. When using the proposed method, N 9, n 4, = Ω j l 2 / α 2 1.8; 2.3; 15; 19; 45; 57; 95; 117; 161. The choice of excitation frequencies sufficiently remote from the natural frequencies increases the service life of the structure, which is one of the objectives of the present invention. Due to the remoteness of the excitation frequencies from the intrinsic ones, the module of the imaginary part of the dynamic compliance turned out to be negligibly small in comparison with the module of the real part.
Предложенным способом получены значения величин 1/Мк, а также относительные погрешности
δк= 100•(yк-)/yк,
При использовании способа в наиболее простом варианте, когда на каждой из частот возбуждения измерение динамической податливости производится по одному разу, получены следующие относительные погрешности: δ1 0,28% δ2 1,79% δ3 36,8% δ4 4,46% Более лучшие результаты получены при использовании данного способа в случае, когда на каждой из частот возбуждения измерение динамической податливости производилось по S 5 раз: δ1 0,15% δ2 0,99% δ3= 19,7% δ4 0,11%
По способу, взятому в качестве прототипа, величины yк 1/Мкпрямопропорциональны значению модуля динамической податливостиR(ωк)| измеренному на собственной частоте ωк. Поэтому относительная погрешность определения величины yк (а следовательно и Мк) по этому способу не меньше погрешности измерения динамической податливости. В нашем примере максимальное значение этой погрешности не менее ±10% При использовании предложенного способа рассматриваемые относительные погрешноси оказались значительно ниже, т.е. достигнута цель повышения точности определения эквивалентных масс.The proposed method obtained values 1 / M to , as well as relative errors
δ k = 100 • (y k - ) / y k ,
When using the method in the simplest version, when the dynamic compliance is measured once at each of the excitation frequencies, the following relative errors are obtained: δ 1 0.28% δ 2 1.79% δ 3 36.8% δ 4 4.46 % Better results were obtained using this method in the case when at each of the excitation frequencies the dynamic compliance was measured by S 5 times: δ 1 0.15% δ 2 0.99% δ 3 = 19.7% δ 4 0, eleven%
According to the method taken as a prototype, the values of y k 1 / M k are directly proportional to the value of the dynamic compliance modulus R (ω k ) | measured at the natural frequency ω k . Therefore, the relative error in determining the value of y k (and therefore M k ) by this method is no less than the error in measuring dynamic compliance. In our example, the maximum value of this error is at least ± 10%. When using the proposed method, the relative errors considered were significantly lower, i.e. The goal of increasing the accuracy of determining equivalent masses has been achieved.
Claims (1)
где n число эквивалентных масс, подлежащих определению;
N число частот возбуждения;
ω1, ω2,..., ωn первые n собственных частот колебаний;
Ω1, Ω2,..., ΩN частоты возбуждения;
η1, η2,..., ηn первые n коэффициентов внутреннего трения;
R
R0 статическая податливость конструкции.METHOD FOR DETERMINING EQUIVALENT MASSES OF AN ELASTIC CONSTRUCTION RELATED TO THIS EXCITATION POINT AND OBSERVATION POINT, including measurements of the natural frequencies of the structural oscillations, internal friction coefficients at the natural frequencies and dynamic compliance corresponding to this excitation point and the observation point, which differs by several compliance is produced at excitation frequencies lying outside the vicinity of natural frequencies, while only the actual Part dynamic compliance, further measured static yielding of the point of excitation, and the equivalent mass M 1, M 2, M n determined by minimizing the objective function
where n is the number of equivalent masses to be determined;
N is the number of excitation frequencies;
ω 1 , ω 2 , ..., ω n first n natural frequencies of oscillations;
Ω 1 , Ω 2 , ..., Ω N the excitation frequency;
η 1 , η 2 , ..., η n the first n coefficients of internal friction;
R
R 0 static design compliance.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5029139 RU2058022C1 (en) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5029139 RU2058022C1 (en) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2058022C1 true RU2058022C1 (en) | 1996-04-10 |
Family
ID=21597793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5029139 RU2058022C1 (en) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2058022C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499239C1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Method for experimental detection of frequencies and generalised masses of internal oscillations of tested object |
RU2658125C1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-06-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Method for determining parameters of natural tones of structure vibrations in resonant tests |
-
1992
- 1992-01-22 RU SU5029139 patent/RU2058022C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. - М.: Машиностроение, 1981, т.5, с.339. * |
2. Генкин М.Д., Тарханов Г.В. Вибрация машиностроительных конструкций. - М.: Машиностроение, 1979, с.38. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499239C1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Method for experimental detection of frequencies and generalised masses of internal oscillations of tested object |
RU2658125C1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-06-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Method for determining parameters of natural tones of structure vibrations in resonant tests |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kolluru et al. | Determining elastic properties of concrete using vibrational resonance frequencies of standard test cylinders | |
Doherty et al. | Evaluation of the use of resonant frequencies to characterize physical properties of human long bones | |
Granick et al. | Material damping of aluminum by a resonant-dwell technique | |
JPH0335613B2 (en) | ||
US1414077A (en) | Method and apparatus for inspecting materiai | |
RU2058022C1 (en) | Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point | |
Kesler et al. | Determination of compressive strength of concrete using its sonic properties | |
RU2308687C2 (en) | Method of measuring natural vibration of flexible structure | |
RU2086943C1 (en) | Method determining logarithmic decrement of oscillations | |
DiTaranto et al. | Effect of end constraints on the damping of laminated beams | |
RU2306547C1 (en) | Method of determining flexural rigidity of but of single-span sectional beams of constant cross-section | |
Rouse et al. | Vibration studies of Monticello dam | |
RU2029931C1 (en) | Method to determine value of prestress in reinforcement of finished building structure | |
SU1647345A1 (en) | Method for determining displacement of planar structural members under load | |
SU1758490A1 (en) | Method of determining material fatigue characteristic | |
RU2085890C1 (en) | Method of dynamic test of deformed members | |
RU2265214C2 (en) | Method for measuring relaxation of strain of soft composites | |
SU1165937A1 (en) | Phase method of determining vibrational energy dispersion characteristics | |
RU2045024C1 (en) | Hardness tester | |
Bouche | Instruments and methods for measuring mechanical impedance | |
RU2017079C1 (en) | Method of measuring parameters of oscillatory system | |
RU1770889C (en) | Method of determining mechanical characteristics of articles | |
RU2121665C1 (en) | Process determining critical force while rod loses stability | |
SU1756792A1 (en) | Stand for mechanical testing of building materials | |
RU1775630C (en) | Method and device for dynamically graduating dynamometer |