RU2123677C1 - Способ определения динамических нагрузок - Google Patents
Способ определения динамических нагрузок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123677C1 RU2123677C1 RU98109495A RU98109495A RU2123677C1 RU 2123677 C1 RU2123677 C1 RU 2123677C1 RU 98109495 A RU98109495 A RU 98109495A RU 98109495 A RU98109495 A RU 98109495A RU 2123677 C1 RU2123677 C1 RU 2123677C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unknown
- amplitude
- amplitudes
- phase
- forces
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Способ предназначен для использования в технических измерениях при испытаниях различных типов машин и конструкций, а также в строительной механике и сопротивлении материалов. Производят измерения амплитуд перемещений, вызванных группой неизвестных сил в точках приложения группы внешних известных сил, и амплитуд перемещений, вызванных группой внешних известных сил в точках приложения группы неизвестных сил. Измерения производят на каждой заданной частоте и дополнительно измеряют фазы перемещений каждой точки и фазу каждой силы известной группы. Амплитуды сил неизвестной группы и их фазы определяют из соотношений взаимности возможных комплексных работ, взаимности единичных комплексных перемещений, взаимности единичных комплексных реакций, взаимности единичных комплексных реакций и перемещений. Технический результат позволяет измерять амплитуды и фазы неизвестных динамических и обобщенных динамических нагрузок, воздействующих на статически неопределимые системы и системы с распределенными параметрами, а также амплитуды и фазы реакций связей с точностью, определяемой лишь точностью измерительной аппаратуры. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области технических измерений и может быть использовано для испытания различных типов машин и конструкций, а также в строительной механике и сопротивлении материалов.
Известен способ определения нагрузок, заключающийся в измерении амплитуд перемещений, вызванных группой неизвестных сил в точках приложения группы внешних известных сил, и амплитуд перемещений, вызванных группой внешних известных сил в точках приложения группы неизвестных сил. (Киселев В.А. Строительная механика. - М. : Госстройиздат, 1960, с.276 - 278). Теоремы взаимности: единичных перемещений (теорема Максвелла); единичных реакций (первая теорема Рэлея); единичных реакций и перемещений (вторая теорема Рэлея).
Существенным недостатком способа является его применимость только для определения статических нагрузок.
Известен способ определения нагрузок, заключающийся в измерении перемещений контролируемой системы под воздействием известных и неизвестных нагрузок, а неизвестные нагрузки и реакции опор определяют с использованием математических соотношений, являющихся выражением законов Ньютона в математической форме.
Существенный недостаток способа - невозможность определения для сложных систем с распределенными параметрами указанных величин в точках, где прямые измерения недоступны. (С. Э.Хайкин, Физические основы механики. - М.: Физматгиз, 1962, с.70 - 123).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения динамических нагрузок, включающий измерение статических перемещений контролируемой в заданных точках системы под воздействием известных и неизвестных сил. (В.А.Киселев, Строительная механика. - М.: Госстройиздат, 1980, с.276 - 278).
Суть указанного способа заключается в измерении статических перемещений контролируемой в заданных точках системы под воздействием известных и неизвестных статических нагрузок. Неизвестные нагрузки, реакции опор и неизвестные перемещения системы определяются по измерению величин с помощью математических соотношений, являющихся выражением теорем взаимности. Теоремы взаимности составляют единый комплекс. Именно поэтому эти теоремы признаны как фундаментальные теоремы строительной механики и сопротивления материалов, и находят применение в других областях знаний. Существенный недостаток известного способа - невозможность определения для сложных динамических систем с распределенными параметрами амплитуд нагрузок, реакций и их фаз, амплитуд перемещений и их фаз в точках, где прямые измерения недоступны.
Техническим результатом изобретения является возможность определения величин и фаз неизвестной группы динамических сил, обобщенных динамических сил и реакций связей динамической системы с точностью, определяемой лишь классом точности измерительной аппаратуры.
Технический результат достигается тем, что в способе определения динамических нагрузок, включающем измерения статических перемещений контролируемой в заданных точках системы под воздействием известных и неизвестных сил, согласно изобретению на каждой заданной частоте измеряют фазы перемещений каждой точки и фазу каждой силы известной группы, а амплитуды сил неизвестной группы и их фазы определяют из соотношения, имеющего вид
где Δmk, (Δkm) - амплитуды перемещений, вызванные группой сил k, (m) в точках приложения другой группы сил m, (k);
Pm, Pk - амплитуды динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фm φk - фазы динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фk φm - фазы перемещений Δmk и φkm, соответственно;
i - мнимая единица.
где Δmk, (Δkm) - амплитуды перемещений, вызванные группой сил k, (m) в точках приложения другой группы сил m, (k);
Pm, Pk - амплитуды динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фm φk - фазы динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фk φm - фазы перемещений Δmk и φkm, соответственно;
i - мнимая единица.
Дополнительными отличиями способа является следующее:
- в качестве воздействия используют динамические силы, на каждой заданной частоте измеряют фазы перемещений точки приложения известной и неизвестной обобщенной динамической силы и фазу известной динамической силы, а амплитуду неизвестной обобщенной силы и ее фазу определяют из соотношения, имеющего вид
где δkm, (δmk) - единичное комплексное перемещение точки k, (m) от внешней силы Pm и обобщенной силы (Pk);
- воздействие осуществляют на опорные связи, на каждой частоте задают амплитуду и фазу перемещения только одной опорной связи m или k системы, в двух ее состояниях m или k, вызывая, соответственно, известные по амплитуде и фазе и неизвестные реакции связей, а амплитуды неизвестных реакций связей и их фазы определяют из соотношения, имеющего вид
Pkm, (Pmk) - амплитуды реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm, (Δk)
γkm, (γmk) - амплитуды единичных комплексных реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm, (Δk)
- воздействуют на одну опорную связь с заданными амплитудой и фазой, а внешней силой с известными амплитудой и фазой, на каждой частоте измеряют фазы перемещений в точке приложения внешней силы и в опорных связях, а амплитуды и фазы неизвестных реакций связей на эту внешнюю силу определяют из соотношения, имеющего вид
где Pmk - амплитуда реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk,
γmk - амплитуда единичной комплексной реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk. Δkm - амплитуда смещения точки k, вызванного смещением одной связи m,
δkm - амплитуда единичного комплексного смещения точки k, вызванного смещением Δm одной связи m.
- в качестве воздействия используют динамические силы, на каждой заданной частоте измеряют фазы перемещений точки приложения известной и неизвестной обобщенной динамической силы и фазу известной динамической силы, а амплитуду неизвестной обобщенной силы и ее фазу определяют из соотношения, имеющего вид
где δkm, (δmk) - единичное комплексное перемещение точки k, (m) от внешней силы Pm и обобщенной силы (Pk);
- воздействие осуществляют на опорные связи, на каждой частоте задают амплитуду и фазу перемещения только одной опорной связи m или k системы, в двух ее состояниях m или k, вызывая, соответственно, известные по амплитуде и фазе и неизвестные реакции связей, а амплитуды неизвестных реакций связей и их фазы определяют из соотношения, имеющего вид
Pkm, (Pmk) - амплитуды реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm, (Δk)
γkm, (γmk) - амплитуды единичных комплексных реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm, (Δk)
- воздействуют на одну опорную связь с заданными амплитудой и фазой, а внешней силой с известными амплитудой и фазой, на каждой частоте измеряют фазы перемещений в точке приложения внешней силы и в опорных связях, а амплитуды и фазы неизвестных реакций связей на эту внешнюю силу определяют из соотношения, имеющего вид
где Pmk - амплитуда реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk,
γmk - амплитуда единичной комплексной реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk. Δkm - амплитуда смещения точки k, вызванного смещением одной связи m,
δkm - амплитуда единичного комплексного смещения точки k, вызванного смещением Δm одной связи m.
Сущность способа заключается в следующем: на статически неопределимую систему воздействует n неизвестных динамических нагрузок, приложенных в точках k, которые нумеруют от 1 до n. На системе выбирают еще n точек, к которым прикладывают нагрузки, известные по амплитуде и фазе на каждой заданной частоте. Эти точки обозначают m и нумеруют от n + 1 до 2n. (Каждому измерению в одной реальной точке по разным осям координат присваивают свой собственный номер как отдельной точке измерения). В каждой точке измерения системы производят измерение амплитуд колебаний и их фаз относительно опорного сигнала на каждой заданной частоте (либо разности фаз) при нагружении системы неизвестными и известными группами динамических нагрузок. Амплитуды и фазы неизвестной группы динамических нагрузок, обобщенных сил или динамических реакций опор в зависимости от типа неизвестных и известных групп динамических нагрузок определяют из соответствующих соотношений взаимности, представленных в формуле изобретения.
На чертеже приведена конструктивная схема расположения отдельных узлов на опорах консольно радиального вентилятора с клиноременным приводом, необходимым для реализации способа.
Сущность способа заключается в следующем. На каждую из опор 1 вала 2 со шкивом 3 и рабочим колесом 4, находящимся на улитке 5, устанавливают вибраторы 6. Вибродатчики 7 измеряют вибрацию вибраторов 6, а вибродатчики 8 - вибрацию опор 1 на уровне подшипников вала. Вибраторам присваивают номера m - 1; 2. А опорам - номера k = 1; 2. При вращающемся вале 2 и выключенных вибраторах 6 с помощью вибродатчиков 7 и 8 измеряют амплитуды Q вибрации каждого из вибраторов 6 и Q каждой из опор m, вызываемые неизвестными комплексными обобщенными силами P , которые возбуждаются вращающимися частями вентилятора. Одновременно производят измерение фаз Ф и Ф указанных колебаний относительно опорного сигнала, например, фотометки, закрепленной на валу 2 (не показана).
Из системы уравнений, приведенных ниже, находят комплексные значения обобщенных нагрузок, определяют комплексные единичные перемещения и связь их с комплексными единичными реакциями механической системы работающего вентилятора.
где Δmk, (Δkm) - амплитуды перемещений, вызванные группой сил k, (m) в точках приложения другой группы сил m, (k);
Pm, Pk - амплитуды динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
где - единичные комплексные перемещение точки k, (m) от внешней силы Pm и обобщенной силы (Pk);
где Rkm, (Rmk) - амплитуды реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm, (Δk)
γkm, (γmk) - амплитуды единичных комплексных реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm, (Δk)
где Rmk - амплитуда реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk,
γmk - амплитуда единичной комплексной реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk,
Δkm - амплитуда смещения точки k, вызванного смещением одной связи m,
δkm - амплитуда единичного комплексного смещения точки k, вызванного смещением Δm одной связи m.
Не останавливая вала 2 вентилятора, запускают поочередно вибраторы 6 с известной амплитудой Pm и фазой Фm возмущающей гармонической силы. При работе каждого вибратора измеряют амплитуды вибрации каждой из опор 1 и их фазы Ф . Неизвестные комплексные обобщенные силы, действующие на опоры вентилятора, определяют из системы уравнений
где Qmk - амплитуда вибрации k-го подшипникового узла под воздействием пробной силы с амплитудой Pm, возбуждаемой m-м вибратором, и равная геометрической разности амплитуд Q и Q ;
Фmk - разность фаз между амплитудой вибрации Qmk и амплитудой пробной силы Pm, возбуждаемой m-м вибратором;
i -мнимая единица.
где Qmk - амплитуда вибрации k-го подшипникового узла под воздействием пробной силы с амплитудой Pm, возбуждаемой m-м вибратором, и равная геометрической разности амплитуд Q
Фmk - разность фаз между амплитудой вибрации Qmk и амплитудой пробной силы Pm, возбуждаемой m-м вибратором;
i -мнимая единица.
Решение системы уравнений относительно комплексной величины осуществляют по правилу Крамера или другим известным методом.
Амплитуды обобщенных динамических сил, действующих со стороны вала 2 на подшипниковые узлы опор 1, рассчитывают из найденного решения системы уравнений по формуле
где действительная часть комплексной нагрузки ;
- мнимая часть комплексной нагрузки .
где действительная часть комплексной нагрузки ;
- мнимая часть комплексной нагрузки .
Разность фаз между амплитудами колебаний вибраторов Q и амплитудами неизвестных комплексных обобщенных сил P определяют из выражения
Зная разности фаз между всеми измеряемыми и рассчитываемыми величинами и фазы измеренных величин, легко найти абсолютные значения фаз всех рассчитанных величин, сделав соответствующую привязку к фазе вращающегося вала вентилятора.
Зная разности фаз между всеми измеряемыми и рассчитываемыми величинами и фазы измеренных величин, легко найти абсолютные значения фаз всех рассчитанных величин, сделав соответствующую привязку к фазе вращающегося вала вентилятора.
Найденные из системы уравнений комплексные значения обобщенных нагрузок численно равны реакциям опор вала на его воздействия, но имеют противоположные фазы, равные (Фmk + π).
Таким образом, технических результат изобретения достигнут - определен полный набор динамических характеристик работающего вентилятора (без его остановок, без навешивания на вращающиеся части пробных масс и без пробных пусков). Указанных характеристик достаточно для анализа работы вентилятора и принятия решений (продолжение эксплуатации, вывод в ремонт, проведение динамической балансировки, величина реального разбаланса, величина корректирующих грузов в плоскостях коррекции, необходимых для его равновешивания).
Таким образом, технических результат изобретения достигнут - определен полный набор динамических характеристик работающего вентилятора (без его остановок, без навешивания на вращающиеся части пробных масс и без пробных пусков). Указанных характеристик достаточно для анализа работы вентилятора и принятия решений (продолжение эксплуатации, вывод в ремонт, проведение динамической балансировки, величина реального разбаланса, величина корректирующих грузов в плоскостях коррекции, необходимых для его равновешивания).
Использование предложенного способа дает новый положительный эффект, позволяет определять из результатов прямых измерений амплитуды и фазы неизвестных динамических и обобщенных динамических нагрузок, воздействующих на статически неопределимые системы и системы с распределенными параметрами с точностью, определяемой лишь точностью измерительной аппаратуры. Соотношения взаимности дают правило экспериментальной проверки сведения реально действующих в системе динамических нагрузок к обобщенным динамическим нагрузкам, число которых ограничено числом точек измерения на реальной системе. Обобщенные динамические нагрузки полностью эквивалентны реальным нагрузкам по отношению к вызываемым ими виброперемещениям точек измерения контролируемой системы. Предложенный способ позволяет отслеживать текущее состояние контролируемой системы и прогнозировать его развитие.
Claims (4)
1. Способ определения динамических нагрузок, включающий измерение статических перемещений контролируемой в заданных точках системы под воздействием известных и неизвестных сил, отличающийся тем, что на каждой заданной частоте измеряют фазы перемещений каждой точки и фазу каждой силы известной группы, а амплитуды сил неизвестной группы и их фазы определяют из соотношения, имеющего вид
где Δmk,(Δkm) - амплитуды перемещений, вызываемые группой сил k, (m) в точках приложения другой группы сил m, (k);
Pm, Pk - амплитуды динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фm, fk - фазы динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фk, fm - фазы перемещений Δmk и Δkm , соответственно;
i - мнимая единица.
где Δmk,(Δkm) - амплитуды перемещений, вызываемые группой сил k, (m) в точках приложения другой группы сил m, (k);
Pm, Pk - амплитуды динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фm, fk - фазы динамических сил неизвестной группы m и известной группы k;
Фk, fm - фазы перемещений Δmk и Δkm , соответственно;
i - мнимая единица.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве воздействия используют динамические силы, на каждой заданной частоте измеряют фазы перемещений точки приложения известной и неизвестной обобщенной динамической силы и фазу известной динамической силы, а амплитуду неизвестной обобщенной силы и ее фазу определяют из соотношения, имеющего вид
где δkm(δmk) - единичное комплексное перемещение точки k(m) от внешней силы Pm и обобщенной силы Pk.
где δkm(δmk) - единичное комплексное перемещение точки k(m) от внешней силы Pm и обобщенной силы Pk.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие осуществляют на опорные связи, на каждой частоте задают амплитуду и фазу перемещения только одной опорной связи m или k системы, в двух ее состояниях m или k, вызывая, соответственно, известные по амплитуде и фазе и неизвестные реакции связей, а амплитуды неизвестных реакций связей и их фазы определяют из соотношения, имеющего вид
где Rkm, (Rmk) - амплитуды реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm,(Δk)
γkm,(γmk) - амплитуды единичных комплексных реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm,(Δk).
где Rkm, (Rmk) - амплитуды реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm,(Δk)
γkm,(γmk) - амплитуды единичных комплексных реакций опорных связей k, (m) на смещение одной опорной связи Δm,(Δk).
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействуют на одну опорную связь с заданными амплитудой и фазой смещения, внешней силой с известными амплитудой и фазой, на каждой частоте измеряют фазы перемещений в точке приложения внешней силы и в опорных связях, а амплитуды и фазы неизвестных реакций связей на эту внешнюю силу определяют из соотношения, имеющего вид
где Rmk - амплитуда реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk;
γmk - амплитуда единичной комплексной реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk;
Δkm - амплитуда смещения точки k, вызванного смещением одной связи m;
δkm - амплитуда единичного комплексного смещения точки k, вызванного смещением Δm одной связи m.
где Rmk - амплитуда реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk;
γmk - амплитуда единичной комплексной реакции связи m на внешнюю нагрузку Pk;
Δkm - амплитуда смещения точки k, вызванного смещением одной связи m;
δkm - амплитуда единичного комплексного смещения точки k, вызванного смещением Δm одной связи m.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109495A RU2123677C1 (ru) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Способ определения динамических нагрузок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109495A RU2123677C1 (ru) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Способ определения динамических нагрузок |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2123677C1 true RU2123677C1 (ru) | 1998-12-20 |
RU98109495A RU98109495A (ru) | 1999-04-20 |
Family
ID=20206191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98109495A RU2123677C1 (ru) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Способ определения динамических нагрузок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2123677C1 (ru) |
-
1998
- 1998-05-26 RU RU98109495A patent/RU2123677C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Киселев В.А., Строительная механика. - М.: Госстройиздат, 1980, с.276 - 278. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yam et al. | Theoretical and experimental study of modal strain analysis | |
US5214585A (en) | Balancing method and product | |
Sinha et al. | The identification of the unbalance and the foundation model of a flexible rotating machine from a single run-down | |
Nordmann et al. | Identification of stiffness and damping coefficients of journal bearings by means of the impact method | |
Villafane Saldarriaga et al. | On the balancing of flexible rotating machines by using an inverse problem approach | |
Alsaleh et al. | Experimental and theoretical investigations of the lateral vibrations of an unbalanced Jeffcott rotor | |
Quinn et al. | Damage detection of a rotating cracked shaft using an active magnetic bearing as a force actuator-analysis and experimental verification | |
Goodwin | Experimental techniques for bearing impedance measurement | |
RU2123677C1 (ru) | Способ определения динамических нагрузок | |
JP2001050863A (ja) | 軸受試験装置及び軸受試験方法 | |
Montalvão et al. | Estimation of the rotational terms of the dynamic response matrix | |
RU2489696C1 (ru) | Способ определения собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций | |
Leso et al. | The effect of foundation on fan vibration response | |
Bingang et al. | A new practical modal method for rotor balancing | |
Kang et al. | Development and modification of a unified balancing method for unsymmetrical rotor-bearing systems | |
JP3036237B2 (ja) | トランスミッション試験装置 | |
Yu et al. | Experimental evaluation of a modal parameter based system identification procedure | |
Rouse et al. | Vibration studies of Monticello dam | |
JP2003161670A (ja) | 振動台の応答評価方法および特性評価方法 | |
US1557268A (en) | Process of and apparatus for balancing rotative bodies | |
Alsaleh et al. | Analysis of the lateral vibrations of an unbalanced Jeffcott rotor | |
Gómez-Mancilla et al. | Local resonance of crack-imbalance orientations and orbital evolution to detect mid-span rotor cracks: part 2, experimental validation | |
SU1555623A1 (ru) | Способ определени коэффициента механических потерь объекта, преимущественно виброизол тора | |
Zhang et al. | A new multi-disk shaft balancing method for rotating machinery using strain gauges | |
SU1293639A1 (ru) | Способ виброакустического контрол изделий |