Проведение динамических испытаний

1.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Проведение динамических испытаний
Ст. преподаватель НОЦ ИС
Килани Л.З.

2.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Виды испытательных нагрузок
Статические
(квазистатические)
нагрузки
t T
Динамические нагрузки
t T
где t – время действия нагрузки
Т – период собственных колебаний конструкции

3.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Динамические испытания строительных конструкций
- это быстрое изменение во времени внешнего воздействия (то
есть его величины, направления или места приложения), когда
нельзя пренебречь влиянием сил инерции
Типичные динамические нагрузки
– вибрационная нагрузка, создаваемая работой механизмов с
неуравновешенными массами, например, от компрессоров,
вибростолов, грохотов, станков и др.
– динамическая составляющая ветровой нагрузки, которая
оказывает существенной воздействие на высотные сооружения
(мачты, дымовые трубы и др.) и многоэтажные здания высотой
более 40 м;
– ударная нагрузка от действия копров, молотов и др.
– подвижная нагрузка от транспорта, кранов и др.

4.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Задачи динамических испытаний
Определение параметров динамических воздействий
• амплитуда
• частота
Определение динамических характеристик конструкций
• получение амплитудно-частотных характеристик
• нахождение собственных форм колебаний конструкции
• определение характеристик рассеяния энергии при
колебаниях

5.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Испытания вибрационной нагрузкой
k 2 2
EI g
2
l
q
k = 1, 2, 3
q = погонный вес
2 f

6.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Испытания ударной нагрузкой
Обратный удар
Прямой удар
kд
где
0 S
P
0
S m V
y ст
g
yст
д kд ст
– коэффициент динамичности при ударе
kд
V
g y ст
– при любой скорости удара
– ударный импульс
– статический прогиб балки от груза такой же массы

7.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Испытания ударной нагрузкой
В случае свободного падения:
V 2 g (h k д yст )
2h
kд 1 1
yст
Изменение формы и продолжительности ударного импульса
Упругая прокладка Демпфирующая прокладка Масляный демпфер

8.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Пример

9.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Испытания на удар подкрановых балок и крановых путей

10.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Усталостные испытания
Цель:
Получение ресурса при заданной циклической нагрузке
Получение допустимого уровня нагрузки для нужного ресурса
Нагрузка:
Гармоническая (синусоидальная)
Случайная.
Объекты испытаний:
1. Гладкие образцы (зарождение трещины)
2. Образцы с дефектом (трещиной)
3. Фрагменты конструкций (узлы)
4. Отдельные конструкции (сосуды давления)

11.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Диаграмма усталостных испытаний

12.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Усталостные испытания
Примеры образцов для испытаний на усталость

13.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Испытания на ударную вязкость
Для испытаний на ударную вязкость
распространение получили маятниковые копры
Схема испытания на ударный изгиб
наибольшее

14.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
В ходе испытаний определяется работа, затрачиваемая на
пластическую деформацию и разрушение образца.
Ударная вязкость – отношение затраченной работы к площади
поперечного сечения образца.

15.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Динамические нагружающие устройства
1. Механические
f max 100 Гц
Аmax 10 мм
2. Гидравлические
f max 500 Гц
Аmax 100 мм
Pmax 300т
3. Электромеханические
f max 10000 Гц
Pmax 200кг

16.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Механические вибрационные машины
Ненаправленного действия
m
– эксцентрик
P m a m 2 r
X m r cos
Y m 2 r sin
2

17.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Механические вибрационные машины
Направленного действия. Гармонические колебания.
m – эксцентрик
X m 2 r (cos cos ) 0
Y 2m 2 r sin

18.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Механические вибрационные машины
Направленного действия. Гармонические колебания.
Y 4m r sin
P 4m r
2
2
X 4m 2 r cos
cos( t )
2
2
cos( t )
2
2

19.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Механические вибрационные машины
Направленного действия. Гармонический изгибающий момент.
M m 2 r d sin t

20.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Гидравлические испытательные машины (гидропульсаторы)
Система с однопоршневым бесклапанным насосом
1. Испытываемая конструкция
4.Задающий цилиндр
2. Поршень пульсатора
5.Кривошипно-шатунный
механизм
3. Маслонасос
Данный тип пульсатора создает только гармонические колебания.
Имеется возможность регулировки амплитуды и частоты колебаний
и возможность задания статической нагрузки.

21.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электрогидравлические системы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Испытываемая конструкция
Рабочий цилиндр пульсатора
Система электрогидроклапанов
Маслонасос
Электронный блок управления
Генератор случайных колебаний
Магнитограф
I (t ) – сила тока
a0 c I (t )
a 0 – ускорение
Данный тип пульсатора универсален: имеется возможность создания
любой нагрузки, в том числе с заданными статистическими
характеристиками.
Имеется возможность воспроизведения любых натурных условий
нагружения.

22.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электродинамические стенды
1.
Модель сооружения, установленная на вибростоле
2.
Основание вибростола (сердечник мощного электромагнита)
3 и 4. Электромагнитная система
5.
Демпфирующие пружины
6 и 7. Электронный блок управления с усилителем
8.
Вибродатчик, осуществляющий контроль и управление требуемым
режимом нагружения
P(t ) B L I (t )
P (t ) – сила выталкивания
L – длина проводника
I (t ) – сила тока

23.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Методы и средства регистрации динамических параметров
при проведении испытаний
Основные регистрируемые параметры:
Динамические перемещения (амплитуды)
Динамические деформации
Динамические усилия (давления)
Динамические напряжения
Частоты колебаний
Скорости и ускорения
Углы сдвига фаз

24.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Принципы регистрации динамических параметров:
Кинематический (неподвижная опора)
Динамический (создание на конструкции искусственной неподвижной точки)

25.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Светолучевой осциллограф
1.Лампа
2.Линза
= 0-800Гц
3.Зеркальце
4.Рамка
5.Лента из УФ бумаги
Магнитографы
1. Магнитная лента
2. Стирающая головка
3. Записывающая головка
4. Воспроизводящая головка
= 0-5000Гц

26.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Обработка записей колебаний
Обработка виброграмм затухающих колебаний
an
1
ln
m an 1
Определение логарифмического декремента
затухания по резонансной кривой
n
p,n

27.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Обработка периодических колебаний в виде
суммы нескольких гармонических
Определение амплитуд и частот компонентов методом огибающих
1. Запись двух компонентного колебания
2. Двойная амплитуда высокочастотной
составляющей
3. Сумма низкочастотных компонентов
Максимальная ширина полосы огибающих равна
сумме двойных амплитуд компонентов, а
минимальная ширина – их разности.
Анализ виброграммы биений
Частота биений равна разности частот
компонентов

28.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Определение коэффициента динамичности при колебаниях
Kд
Kд
Kд
1
В 2 2
В 2
(1 2 ) 2
0
0
1
при
1 В2
0
2
Aд
Аст
– сопротивление
=0
дин ст K д
Определение коэффициента динамичности при вертикальном ударе
Kд
yдин
yст