Способ определения резонансной частоты элементов конструкции

(19 ОИ 78 А Зс 59 С 01 Н 13 00 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН В.тру очни8,ЕЛЕНИЯ РЕЗОНАНКОНСТРУКЦИИ,то возбуждаютде околорезоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДНОЙ ЧАСТОТЫ ЭЛЕМЕНТОВзаключаюшийся в том, чпри постоянной амплиту нансные колебания элементов конструкции, фиксируют значение относительно амплитуды колебаний элементовконструкции, изменяют частоту возбуждения и регистрируют ее в моментувеличения относительной амплитудыколебаний, о т л и ч а, ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности определения резонансной частотыэлементов конструкции низкодобротных сиетем, дополнительно измеряютамплитуду в абсолютном движении, аза резонансную принимают частоту,при которой амплитуды в абсолютноми относительном движениях равны.1 1083Изобретение относится к техникеисследования динамических характеристик элементов конструкции и может быть использовано для определения параметров высокоэффективных(низкодобротных) амортизаторов (например, из нетканого проволочногоматериала).Известен способ определения резонансной частоты, основанный на измерении сдвига фаз задающего и вынужденного колебаний, заключающийсяв том, что возбуждают при постояннойамплитуде околорезонансные колебания элементов конструкции, регистрируют частоту и сдвиг фаз двух колебаний. За резонансную принимаютчастоту, при которой вынужденное ко. лебание отстает от задающего наугол равный четверти периода Г 1 1Недостатком известного способаявляется высокая погрешность определения резонансной частоты низкодобротных колебательных систем из-зашумовых помех при измерении и пропорциональности погрешности измерения величине относительного коэффициентадемпфирования, что затрудняет практическое применение способа для определения, резонансной частоты низкодобротных (около 0,1) колебательных систем.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является способ определения резонансной частоты,заключающийся в том, что возбуждают35при постоянной амплитуде околорезонансные колебания элементов конструкции, фиксируют значение относительной амплитуды колебаний элементов40конструкции, изменяют частоту возбуж дения и регистрируют ее в момент увеличения относительной амплитуды колебаний 21,Недостатком известного способа45является высокая погрешность определения резонансной частоты из-за пропорциональности погрешности измерения величине коэффициентадемпфирования и корню квадратному из относи"тельного значения приращения около 50резонансной амплитуды, которое, всвою очередь, тоже пропорциональновеличине, что также затрудняетпрактическое применение способа дляопределения резонансной частоты низкодобротных колебательных систем.Цель изобретения - повышение точности определения резонансной часто где Х(С) - кинематическое воздействие;Х (1) - абсолютное движение элемента конструкции;0 - относительное движение(деформация) элементаконструкции; м = -- частота собственных коГо 1 влебаний недемпфированнойсистемы; й = -- коэффициент вязкого сопс2 вротивления (демпфирования);п - колеблющаяся или приведенная масса;- коэффициент восстанавливающей силы;с - коэффициент вязкого сопротивления.Если кинематическое воздействие носит гармонический характер(1, 3) Х(1) = А 51 п шФ,где А и и) - его амплитуда и частота, частное решение уравнений (1. 1) и (1,2) может быть записано соответственно 078 2ты элементов конструкции иизкодсбротных систем.Поставленная цель достигается согласно способу определения резонансной частоты элементов конструкции,заключающемуся в том, что возбуждаютпри постоянной амплитуде околорезонансные колебания элементов конструкции, фиксируют значение относительной амплитуды колебаний элементовконструкции, изменяют частоту возбуждения и регистрируют ее в моментувеличения относительной амплитудыколебаний, дополнительно измеряютамплитуду в абсолютном движении, аза резонансную принимают частоту,при которой амплитуды в абсолютноми относительном движениях равны.Сущность способа состоит в следующем.Дифференциальные уравнения абсолютного (1.1) и относительного (1.2)движений колебательной системы с одной степенью свободы имеют видХ + 2 рХ 1 +ш, Х,2 оХ +вы; (1,1)1О+ 2 пО + м 0 0 = - Х, (1.2)= А носительная ампл уда массы го;сдвиг вынужденногоого движения;сдви вынужденногольного движения;ент расстройки илирная частота; азов абсолюфазовыи тноси Л: -- коэффицЫ Шбезразм носи ныи коэффния коле иентий,носионанс демпфи льном енин входит в стот отн ре ОтН 1о 1 рез 1 - о - о ВВ+21+-,);(,вЗ 4181(110)1 ме Спос ф гд ительвогодо),итуд40 ий в относстоте фазот,е.юфФРность амплотнравна- амплитуда колеба ном движении при ч зонанс БезразмеВо иВ в очке отн РСЪ дб йб= Ф Окой 45 Вели огрешнос онансной я ре онстбу равции с2 ф 50 д"и),5) олебательная система При этой частоте относительнаи абсолютная амплитуды колебанийдостигают значений а ДВ является метод ью (д") определени частоты элементов к ласно данному спосо В рассматриваемои задаче= 0,1) с = 2 10 ф,Инструментальная погрешноданного способа равна: разрешающая способность (порог чувствительности) 4преобразователя относительных амплитуд перемещений;ош - РазРешающаЯ способность (порог чувствительности) преобразователя абсолютныхамплитуд перемещений;скб - порог чувствительности (погрешность нуля) микровольтметра;1 Гн- коэффициент гармоник измеряемого сигнала.При определении резонансной частоты измеряется по дифференциальной схеме разность двух близких по величине сигналов, регистрируемых преобразователями относительной и абсолютной амплитуд колебаний, позволяющая вести измерения на уровне порога чувствительности преобразователей и микровольтметра. Порог чувствительности микровольтиетра на одиндва порядка меньше, чем класс его точности, так как при этом исключаются нелинейности характеристики, температурные погрешности и т.п. Фактически остается только нестабильность нуля микровольтметра, Сведение до минимума инструментальной погрешности обеспечивает повьппение точности определения резонансной частоты. об реализуется следующим образом.Элемент конструкции закрепляют од ним концом на платформе вибростенда, например, электродинамического, создают колебательную систему, прикрепив к другому концу массу или оставив его свободным, устанавливают при боры для измерения абсолютных перемещений концов элемента конструкции и относительного перемещения этих концов (деформации элемента конструк ции) возбуждают при постоянной ампли туде околорезонансные колебания. Изменяют частоту возбуждения, измеряя при этом относительную и абсолютную амплитуды колебаний, Относительная амплитуда колебаний будет возрастать при подходе к резонансу со стороны дорезонансных или эареэонансных частот, Абсолютная амплитуда колебаний монотонно уменьшается при проходе относительного резонанса со стороны дорезонансных частот и, наоборот, монотонно увеличивается при изменении частоты в другую сторону, Частота, при которой относительная и абсолютная амплитуды колебаний равны,5 083078 Ь а частота прини- При измерении резонансных частот ную частоту эле- низкодобротных колебательных систем( около О,) в силу значительных ации изобретения нелинейных искажений сигнала, снимаеные преобразова мого с вибропреобразователя, опредеи абсолютных ляющего уровень вибрации в тракте ий, разрешающая задания, невозможно использовать фа)х равна О, 1 мкм, зометры с погрешностью менее 0,5 ой задаче (пе (0,0087 рад), Кроме того, применение зразмерные (Разре- О фазометра такого класса при этом неотнесенная к возможно без использования узкопоого перемещения) лосного фильтра, вносящего дополнипеч 5 1 О От тельные фазовые искажения, при ность, определяю- = 0,1 погрешность определения резо- измерителей ампли- нансной частоты в лучшем случае будет(л) оье с 7, 8 1 Ое . 11, 1 е) йсТаким решност частоты ическаяонансноукции вой погр образом, мето определения р лементов коне аз ниже сумма сколько р ти. Расстройка или погрешнос нансной часто кицак, определ ри суммар 7,8 1 О фи по частот еленин рез мерных ед асио спос ности изм резонанса ь в опред ы в безра енная сог ной погре равна бу, п рения ЬгреЭ = гивм ре 5) 00 регистрируется, Этмается за резонансмента конструкции.Если для реализиспольэовать серийтели относительныхамплитуд перемещенспособность которьто в рассматриваемО, 1) измеряют бешающая способностьамплитуде измеряемперемещения а)о = дносительная погрешщая класс точности 5 туды (мВм), применяемых согласно способу-прототипу, приведенная к конечному значению рабочей части шкалы, обычно не меньше 103. При измерении в дифференциальной схеме тех же значений амплитуд согласно способу применяется микровольтметр, работающий на уровне порога чувствительности, поэтому приведенная относительная погрешность микровольтметра у 5 составляет ощАЙ 0 . Обычно нелиней-ные искажения генераторов синусоидальных сигналов, применяемых в тракте задания вибраций, не меньше 0,1 Ж (КГген0,13), В Рассматриваемой задаче (0,1) на резонансе имеем усиление основной гармоники примерно в 5 раз, уровень высших гармоник в сигнале, пропорциональном резонансной амплитуде, уменьшается в 3,75 раз/октаву. Поэтому в измеряемом сигнале нелинейные искажения будут изм с г Ь 2,661040Суммарная погрешность в определении резонансной частоты согласно предлагаемому способу (с,с) составит аг = 0,00087При такой же разрешающей способности измерительных средств, как в рассмотренном выше примере, эффективность способа повышается пропорционально относительному коэффициенту демпфирования и для колебательных систем с= 0,08 и О, 12 составляет 2,5 и 3,55 соответственно.При проведении дополнительных измерений, а именно амплитуд возбуждения и резонансной в относительном движении (то же, что и абсолютной амплитуды при частоте в Рез ), предотнлагаемый способ позволяет с высокой точностью определитьи со эпемен 0та конструкции при любом характере нелинейности, так как эти параметры (приоколо 0,1) можно считать постоянными в узком диапазоне изменения амплитуд (отличие около 1 Ж).Если ввести обозначение коэффициента динамичности на резонансной частоте в относительном движении К Ре ,авив ивычисляется согласоткио следующим формулам: отн Ре 5где КРе = В /А.Цреобразователи относительныхабсолютных амплитуд перемещений,примененные в рассмотренном приме01), потеплеют определитьКР Н с точностью до 0,01. Погреюность определения и) по формуле(1.17) при этом равна 0,0047, т.епрактически равна погрешности иэмРенИЯ М оте", а погРешность опреДеЗаказ 1731/37 Тираж 547 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ления последней в 2,9 раза меньшепогрешности определения МФ базовымспособом;определяется по формуле (1. 18) с погрешностью 0,267. Использование изобретения повыша"ет точность определения резонанснойчастоты элементов конструкции низкодобротных систем.