Реферат: Испытание конструкций динамическими нагрузками

--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK---динамическая составляющая ветровой нагрузки, которая оказывает существенное 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.
3.2. ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ ИСКУССТВЕННО СОЗДАВАЕМОЙ ВИБРАЦИОННОЙ НАГРУЗКОЙ
В процессе вибрационных испытаний деформации и перемещения в различных точках конструкции изменяются во времени по гармоническому закону. Различают испытания в режиме собственных и вынужденных колебаний.
Испытания в режиме собственных колебаний в натурных условиях воспроизводится значительно проще. Однако использование результатов таких испытаний ограничивается возможностью создания и исследования одной, в лучшем случае, двух форм собственных колебаний, хотя для решения многих практических задач эта информация является вполне достаточной.
Испытания в режиме вынужденных колебаний сложнее в исполнении, но ценнее, информативнее по своим результатам. Вынужденные колебания создаются в околорезонансных режимах и обеспечивают исследование различных форм колебаний, в том числе пространственных. Характерной особенностью резонансных испытаний является возможность создания больших динамических деформаций и перемещений в элементах конструкции.
При натурных вибрационных испытаниях определяют следующие основные параметры: форму, частоту и декремент колебаний конструкции. При исследовании влияния вибраций на прочностные свойства материалов, элементов и соединений в качестве исходных параметров динамической нагрузки используют коэффициент асимметрии цикла, среднее и амплитудное значение цикла, выраженное в терминах номинальных напряжений или реальных с учётом их концентрации.
<group id="_x0000_s1182" coordorigin=«1054,9669» coordsize=«9703,5560» o:allowoverlap=«f»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><img width=«649» height=«374» src=«dopb200532.zip» v:shapes="_x0000_s1182 _x0000_s1183 _x0000_s1184 _x0000_s1185 _x0000_s1186 _x0000_s1187 _x0000_s1188 _x0000_s1189 _x0000_s1190 _x0000_s1191 _x0000_s1192 _x0000_s1193 _x0000_s1194 _x0000_s1195 _x0000_s1196 _x0000_s1197 _x0000_s1198 _x0000_s1199 _x0000_s1200 _x0000_s1201 _x0000_s1202 _x0000_s1203 _x0000_s1204 _x0000_s1205 _x0000_s1206 _x0000_s1207 _x0000_s1208 _x0000_s1209 _x0000_s1210 _x0000_s1211 _x0000_s1212 _x0000_s1213 _x0000_s1214 _x0000_s1215 _x0000_s1216 _x0000_s1217 _x0000_s1218 _x0000_s1219 _x0000_s1220 _x0000_s1221 _x0000_s1222 _x0000_s1223 _x0000_s1224 _x0000_s1225 _x0000_s1226 _x0000_s1227 _x0000_s1228 _x0000_s1229 _x0000_s1230 _x0000_s1231 _x0000_s1232 _x0000_s1233 _x0000_s1234 _x0000_s1235 _x0000_s1236 _x0000_s1237 _x0000_s1238 _x0000_s1239 _x0000_s1240 _x0000_s1241 _x0000_s1242 _x0000_s1243">
Поведение конструкции характеризуется большим числом форм колебаний, так как реальные системы обладают бесконечно большим числом степеней свободы. Однако практическое значение имеют первые две, три формы, отвечающие по своим частотам характеристикам действующих нагрузок. На рисунке 6 показаны виброграммы, полученные в ходе резонансных испытаний с помощью вибромашины, установленной в
четверти пролёта статически определимой балки на двух опорах. Различные формы колебаний наблюдаются при совпадении частоты колебаний возмущающей силы с частотой собственных колебаний балки по соответствующей форме. Для изгибаемой шарнирно опёртой балки отношение значений спектра частот соответствует показателю <shape id="_x0000_i1066" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image097.wmz» o:><img width=«29» height=«29» src=«dopb200533.zip» v:shapes="_x0000_i1066">, где <shape id="_x0000_i1067" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image099.wmz» o:><img width=«20» height=«17» src=«dopb200534.zip» v:shapes="_x0000_i1067"> - номер формы.
Частота колебаний связана с периодом колебаний зависимостью:
  <shape id="_x0000_i1068" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image101.wmz» o:><img width=«65» height=«53» src=«dopb200535.zip» v:shapes="_x0000_i1068">
где <shape id="_x0000_i1069" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image103.wmz» o:><img width=«24» height=«29» src=«dopb200536.zip» v:shapes="_x0000_i1069"> - частота колебаний в Гц;
Т — период колебаний в сек.
В ходе вибрационных испытаний решаются следующие задачи:
-               определение динамического коэффициента для воздействий с известными динамическими характеристиками;
-               определение состояния несущих конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений;
-               определение упругих динамических характеристик строительных материалов;
-               неразрушающий контроль качества строительных изделий;
-               определение влияния циклического загружения на снижение прочностных характеристик материалов и конструкций (предел выносливости, малоцикловая усталость).
Испытания по определению динамического коэффициента установившихся вынужденных колебаний производятся в случаях, когда на конструкцию предполагается установка агрегатов, создающих динамические воздействия. В паспорте агрегата указываются динамические характеристики: масса, частотные характеристики и др. Для расчёта динамического коэффициента требуется дополнительно определить значения собственных частот несущих элементов и соответствующих частотам декрементов колебаний. Расчёт конструкций на вибрационную нагрузку проводится с целью определения величины динамических перемещений и деформаций и последующей проверки соблюдения условий нормальной эксплуатации.
Динамический коэффициент показывает, во сколько раз динамические перемещения и напряжения в системе с одной степенью свободы отличаются от статических перемещений и напряжений, рассчитанных на действие амплитудного значения динамической силы. Коэффициент динамичности можно определить по следующей формуле:
  <shape id="_x0000_i1070" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image105.wmz» o:><img width=«211» height=«65» src=«dopb200537.zip» v:shapes="_x0000_i1070">
где <shape id="_x0000_i1071" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image107.wmz» o:><img width=«17» height=«21» src=«dopb200538.zip» v:shapes="_x0000_i1071"> - декремент собственных колебаний;
  <shape id="_x0000_i1072" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image109.wmz» o:><img width=«68» height=«59» src=«dopb200539.zip» v:shapes="_x0000_i1072">
здесь <shape id="_x0000_i1073" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image111.wmz» o:><img width=«16» height=«21» src=«dopb200540.zip» v:shapes="_x0000_i1073"> - круговая частота возмущающей силы;
<shape id="_x0000_i1074" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image113.wmz» o:><img width=«27» height=«29» src=«dopb200541.zip» v:shapes="_x0000_i1074"> - круговая частота собственных колебаний.
Для определения коэффициента динамичности необходимо найти с помощью вибрационных испытаний частоту и декремент собственных колебаний. Следует отметить, что значение декремента колебаний зависит от частоты и амплитуды колебаний. Поэтому, динамические испытания, необходимо проводить в диапазоне резонансной частоты, когда частоты вынужденных и собственных колебаний максимально близки.
По результатам динамических испытаний проводится расчёт динамических напряжений и перемещений конструкций на действие вибрационной нагрузки от устанавливаемого оборудования. Если рассчитанные параметры превысят допускаемые, необходимо предусмотреть мероприятия по повышению динамических параметров конструкции.
Снизить уровень вибрации конструкции можно двумя способами:
-изменить параметры динамической нагрузки на конструкцию;
-изменить параметры самой конструкции.
Для реализации первого способа существуют следующие возможности:
-изменение частоты динамической нагрузки;
-изменение места установки агрегата на конструкции (при вертикальной динамической нагрузке рекомендуется передвинуть агрегат как можно ближе к опорам плит перекрытия, при горизонтальной – вдоль балок перекрытия);
-динамическая балансировка вращающихся частей механизма со смещённым центром массы относительно оси вращения (выполняется закреплением дополнительной массы на вращающейся части для полного или частичного погашения вибрации);
-активная виброизоляция агрегата (уменьшение динамической составляющей воздействия на перекрытие).
Чтобы реализовать второй способ необходимо изменить параметры конструкции. Изменения проводятся с учётом влияния этих параметров на частоту собственных колебаний и вывода системы из области резонанса при воздействии гармонической динамической нагрузки. Для реализации этого способа существуют следующие возможности:
-изменение конструктивной схемы конструкции: введение дополнительных связей; пересмотр конструктивного решения опорных узлов; уменьшение пролёта с помощью установки дополнительных опор и др.;
-изменение жёсткости конструкции за счёт изменения её поперечного сечения;
-устройство постамента под агрегат, который в зависимости от необходимого уменьшения или увеличения частоты может быть выполнен массивным без прочной связи с конструкцией, лёгким и жёстким, прочно прикреплённым к перекрытию;
-установка различных амортизационных устройств.
При разработке конструктивных решений по уменьшению вибрационных воздействий необходимо учитывать, что уменьшение частоты собственных колебаний конструкции всегда сопровождается увеличением прогибов и напряжений в ней, вызванных статической нагрузкой. В связи с этим требуется проведение дополнительного статического расчёта.
Резонансные (вибрационные) испытания широко используются для оценки состояния отдельных конструкций (элементов конструкции) эксплуатируемых зданий и сооружений. Этот метод контроля позволяет устанавливать частоты для первых форм колебаний конструкции и определять соответствующие декременты колебаний. Эти параметры используются в качестве показателей степени повреждения конструкций. Эта задача особенно актуальна для зданий и сооружений, подверженных сейсмическим нагрузкам.
Всемирные исследования в этой области показали, что динамические параметры пространственной конструкции здания или сооружения очень чувствительны к повреждениям, вызванным сейсмической нагрузкой. В испытаниях, проведённых на реальных объектах и крупномасштабных моделях, были установлены количественные соотношения между уровнем сейсмической нагрузки и динамическими параметрами конструкции, получившей повреждения, причём сейсмическая нагрузка моделировалась вибрационным воздействием.
В процессе отработки методики было доказано, что характер повреждений при сейсмическом и вибрационном воздействии идентичен. Кроме того, было установлено, что перемещения и внутренние усилия в конструкции при возмущениях, передающихся через грунт и в случае возбуждения колебаний в уровне перекрытия, имеют практически идентичный конечный результат. С методической точки зрения эти результаты чрезвычайно важны, так как динамическое нагружение в уровне перекрытия эффективнее и значительно проще осуществимое.
Динамические испытания строительных конструкций в режиме собственных или вынужденных колебаний являются одним из составных элементов комплексного неразрушающего контроля качества готовой продукции. Наиболее широкое применение получили вибрационные испытания на предприятиях изготавливающих сборный железобетон. Испытания проводятся для контроля качества изгибаемых изделий, в том числе и предварительно напряжённых.

4.           ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
Испытание конструкции динамической нагрузкой является более сложным, чем испытание статической нагрузкой. Эта сложность заключается в том, что испытательная нагрузка и испытательные приборы, применяемые для записи деформаций, представляют собой в большей своей части механизмы, приводимые в движение во время испытания. Причем требуется, чтобы они работали синхронно и четко, как один общий агрегат. Необходимо составить подробный план проведения испытания, в котором надо предусмотреть все детали, даже имеющие второстепенное значение.
Обработку результатов испытания желательно разделить на две части:
1) полевую обработку результатов для оценки правильности протекания эксперимента и для своевременного устранения возможных неполадок;
2) камеральную обработку результатов испытания с вычислением всех намеченных к определению величин: амплитуд и частот колебаний, ускорений, напряжений, динамических коэффициентов и т. п.
Рассмотрим некоторые случаи проведения испытаний сооружений динамической нагрузкой.
Экспериментальное определение частоты свободных колебаний конструкции
Определение частоты свободных колебаний имеет большое значение для правильной эксплуатации исследуемой конструкции. Зная частоту собственных колебаний конструкции, можно решить вопрос о допустимости установки на исследуемом объекте какого-либо агрегата, создающего при его движении возмущающую нагрузку с определенной частотой, или же выяснить, какой агрегат из ранее установленных создает резонанс, и найти возможные пути ликвидации этого явление.
Определение частоты свободных колебаний конструкции или ее элемента, можно осуществить двумя способами.
Первый способ. Конструкция подвергается отдельному удару, который вызовет ее затухающие (свободные) колебания, и на установленном заранее вибрографе или осциллографе записать виброграмму. Имея запись колебаний и времени, можно подсчитать частоту колебаний исследуемой конструкции. При эксперименте фотоленту прибора следует пускать с достаточно большой скоростью и для подсчета частоты колебаний брать длинный участок записи, что обеспечит условия для наиболее точного определения частоты.
При обработке виброграммы первые две-три полуволны исключаются из рассмотрения, так как на них отражается непосредственное действие удар. Определение числа колебаний рекомендуется вести на остальной части виброграммы, где колебания имеют более установившийся характер. Следует иметь в виду, что скорость движения ленты переменная, поэтому необходимо следить за показаниями отметчика времени.
Второй способ. На испытываемом элементе устанавливается вибромашина. Затем приводят её в действие, увеличивая ступенями число оборотов. При каждой ступени оборотов, выждав, пока колебания конструкции примут стабильный характер, делают необходимые записи самопишущими приборами (вибрографом, динамическим прогибомером или осциллографом).
Когда частота возмущающей силы вибромашины совпадает с частотой собственных свободных колебаний конструкции, образуется резонанс, который резко выделится на виброграмме возросшими размерами амплитуд. Полезно одновременно изме­рить частоту вращения вибромашины с помощью тахометра или частотомера, что даст возможность проверить также правильность показаний отметчика времени и более уверенно вычислить частоту собственных колебаний.
4.2. Определение динамических коэффициентов
Динамические коэффициенты определяются, как правило, для тех конструкций, по которым перемещаются подвижные нагрузки, например железнодорожные составы, автомобили, мостовые краны и т. п. и необходимы для расчета подобных конструкций. Определяемые расчетным путем напряжения и деформации от динамических нагрузок суммируются с напряжениями и деформациями от статических нагрузок.
При проектировании динамический коэффициент определяют теоретически с рядом допущений или же используют динамические коэффициенты, полученные экспериментально для аналогичных сооружений, ранее построенных. Для мостов такие определения динамических коэффициентов ведутся много лет и накоплен достаточно богатый опытный материал.
При экспериментальном определении динамического коэффициента его значение выводится из соотношения
  <shape id="_x0000_i1075" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image115.wmz» o:><img width=«85» height=«59» src=«dopb200542.zip» v:shapes="_x0000_i1075">,
где <shape id="_x0000_i1076" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image117.wmz» o:><img width=«35» height=«29» src=«dopb200543.zip» v:shapes="_x0000_i1076"> - максимальный прогиб балочной конструкции при мед­ленном проходе нагрузки (статическое загружение);
<shape id="_x0000_i1077" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image119.wmz» o:><img width=«25» height=«29» src=«dopb200544.zip» v:shapes="_x0000_i1077"> - максимальный прогиб при движении нагрузки со скоростью, вызывающей наибольшие колебания конструкции (динамическое загружение).
Такие два загружения можно легко осуществить для нагрузок, движущихся по рельсам (локомотивы, трамваи, подъёмные краны и т. п.).
При экспериментальном определении динамического коэффициента для автодорожных мостов, где повторить идентичное загружение почти не представляется возможным, подвижную нагрузку пропускают по мосту не дважды, а один раз со скоростью, вызывающей наибольшие колебания конструкции, и записывают виброграмму или осциллограмму прогибов (рис. 7). Наибольшая ордината даст величину максимального динамического про­иба <shape id="_x0000_i1078" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image121.wmz» o:><img width=«25» height=«29» src=«dopb200544.zip» v:shapes="_x0000_i1078">. Для получения прогиба от статической нагрузки необходимо на записанной кривой провести среднюю линию, делящую пополам размах вибраций; эта кривая представляет собой диаграмму статических прогибов, и её наибольшая ордината <shape id="_x0000_i1079" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image122.wmz» o:><img width=«36» height=«29» src=«dopb200545.zip» v:shapes="_x0000_i1079"> принимается для определения динамического коэффициента.
Определение напряжений в элементах конструкции при действии динамической нагрузки
Напряжения в элементе конструкции при действии динамической нагрузки состоят из напряжения от статической нагрузки, включая собственный вес элемента, сложенного с динамическим напряжением вызванным вибрацией:
<shape id="_x0000_i1080" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image124.wmz» o:><img width=«121» height=«29» src=«dopb200546.zip» v:shapes="_x0000_i1080">
В этом случае учитываются только те динамические напряжения, которые имеют одинаковый знак с напряжениями от статической нагрузки. Например, если рассматривается изгибаемая балка, то к напряжениям от статической нагрузки прибавляются напряжения, вызываемые динамической нагрузкой, при деформации балки в сторону статического прогиба.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Для определения <shape id="_x0000_i1081" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image126.wmz» o:><img width=«28» height=«29» src=«dopb200547.zip» v:shapes="_x0000_i1081"> необходимо вычислить инерционную силу, действующую на исследуемый элемент. Инерционная сила равна массе, умноженной на ускорение:
<shape id="_x0000_i1082" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image128.wmz» o:><img width=«87» height=«29» src=«dopb200548.zip» v:shapes="_x0000_i1082">.
Ускорение можно измерить акселерометром или получить из виброграммы, пользуясь формулой:
<shape id="_x0000_i1083" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image130.wmz» o:><img width=«96» height=«57» src=«dopb200549.zip» v:shapes="_x0000_i1083">,
где <shape id="_x0000_i1084" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image088.wmz» o:><img width=«17» height=«20» src=«dopb200529.zip» v:shapes="_x0000_i1084"> — период колебания;
<shape id="_x0000_i1085" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image132.wmz» o:><img width=«16» height=«17» src=«dopb200550.zip» v:shapes="_x0000_i1085"> - наибольшая амплитуда;
<shape id="_x0000_i1086" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image134.wmz» o:><img width=«16» height=«19» src=«dopb200551.zip» v:shapes="_x0000_i1086"> - ускорение элемента конструкции. Отсюда
Отсюда
<shape id="_x0000_i1087" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image136.wmz» o:><img width=«177» height=«61» src=«dopb200552.zip» v:shapes="_x0000_i1087">,
где <shape id="_x0000_i1088" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image138.wmz» o:><img width=«20» height=«27» src=«dopb200553.zip» v:shapes="_x0000_i1088"> - частота колебаний элемента.
Во всех точках, где требуется определить ускорение, надо установить акселерометры, вибрографы, динамические прогибомеры или прогибомеры с проволочными датчиками и записать виброграммы или осциллограммы.
При действии на элемент осевой силы динамическое напряжение
<shape id="_x0000_i1089" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image140.wmz» o:><img width=«140» height=«53» src=«dopb200554.zip» v:shapes="_x0000_i1089">.
В случае действия на балку на двух шарнирных опорах со­средоточенной силы <shape id="_x0000_i1090" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image142.wmz» o:><img width=«36» height=«29» src=«dopb200555.zip» v:shapes="_x0000_i1090">, приложенной в середине пролета, динамическое напряжение равно:
<shape id="_x0000_i1091" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image144.wmz» o:><img width=«147» height=«53» src=«dopb200556.zip» v:shapes="_x0000_i1091">.
Если вибрирует балка на двух шарнирных опорах под действием собственного веса и равномерно распределенной нагрузки, то динамическое напряжение можно вычислить по формуле:
<shape id="_x0000_i1092" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image146.wmz» o:><img width=«225» height=«60» src=«dopb200557.zip» v:shapes="_x0000_i1092">.
где <shape id="_x0000_i1093" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image148.wmz» o:><img width=«25» height=«28» src=«dopb200558.zip» v:shapes="_x0000_i1093"> — масса, приходящаяся на единицу длины балки;
<shape id="_x0000_i1094" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image150.wmz» o:><img width=«16» height=«19» src=«dopb200551.zip» v:shapes="_x0000_i1094"> - ускорение, определенное на середине пролета балки.
При вибрации балки, несущей равномерно распределенную нагрузку и сосредоточенный груз посередине пролета, динамическое напряжение найдется по формуле
<shape id="_x0000_i1095" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image151.wmz» o:><img width=«475» height=«64» src=«dopb200559.zip» v:shapes="_x0000_i1095">/
Когда вибрирующая балка несет сложную нагрузку, состоящую из ряда сосредоточенных сил и сплошных неравномерных нагрузок, теоретическое вычисление приведенной массы которых представляет некоторые затруднения, рекомендуется следующий прием. Балка вместе с приходящейся на нее нагрузкой разбивается на ряд участков, в пределах которых просто вычислить величины масс <shape id="_x0000_i1096" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image153.wmz» o:><img width=«111» height=«29» src=«dopb200560.zip» v:shapes="_x0000_i1096"> каждого участка. В центрах каждого участка устанавливаются акселерометры, вибрографы или прогибомеры с петлевыми тензорезисторами и записываются осциллограммы или виброграммы, по которым определяются ускорения <shape id="_x0000_i1097" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image155.wmz» o:><img width=«96» height=«29» src=«dopb200561.zip» v:shapes="_x0000_i1097">. Перемножив массы на соответствующие ускорения, находят инерционные силы <shape id="_x0000_i1098" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image157.wmz» o:><img width=«149» height=«29» src=«dopb200562.zip» v:shapes="_x0000_i1098">, действующие в каждом участке балки. Зная величины инерционных сил и точки их приложения, принимаемые в центрах отдельных участков, можно вычислить изгибающие моменты, действующие на балку, и определить динамические напряжения в любом сечении по ее пролету.
Определение напряжений в конструкции от динамической нагрузки можно также произвести с помощью петлевых тензорезисторов, наклеенных в тех местах, где необходимо найти эти напряжения, и просуммировать их с напряжениями от статической нагрузки. При таком определении напряжений надо знать величину модуля упругости материала конструкции.
Вибрационные колебания конструкции непрерывно меняют величину суммарного напряжения. В большинстве случаев знаки напряжений остаются постоянными, так как напряжения от статической нагрузки превалируют над напряжениями от динамической нагрузки. Однако возможны случаи, когда суммы напряжений от статической и динамической нагрузок будут переходить через нуль и напряжения станут знакопеременными. В том и другом случаях возможно возникновение усталости материала, причем во втором случае, когда имеются знакопеременные напряжения, явление усталости проявляется в большей степени, чем в первом.
Для возникновения усталости материала необходимо большое число циклов изменений напряжений, исчисляемое сотнями ты­сяч и миллионами.

4.    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. «ДИНАМИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ СТАЛЬНОЙ БАЛКИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ»
4.1.    Виброизмерительные приборы
4.1.1.  Сведения о теории и классификация приборов
Динамические испытания строительных конструкций отличаются от статических тем, что величина и направление нагрузки не остаются постоянными на этапах загружения, они сравнительно быстро изменяются во времени и вызывают линейные и угловые перемещения.
Параметрами линейной вибрации являются; перемещения, скорость, ускорения и резкость (первая производная от ускорения).
К параметрам угловой вибрации относятся: угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение, угловая резкость.
Параметрами обеих видов вибрации служат: фаза, частота и коэффициент нелинейных искажений. Для их измерения необходима внешняя неподвижная система координат, относительно которой крепятся виброизмерительные приборы, фиксирующие абсолютные перемещения. Если создание такой системы затруднительно, применяют подвижную систе­му отсчета и вибропреобразователи инерционного действия. Основным элементом вибропреобразователя является инерционная масса m, соеди­ненная с корпусом прибора пружиной жесткостью к и демпфирующим элементом с коэффициентом успокоения с (рис. 2). Корпус прибора со­вершает колебания у вместе с исследуемой конструкцией. Масса перемещается относительно корпуса прибора на величину z, которая может быть записана на вращающемся с заданной скоростью барабане. Пе­ремещение пружины — х. Следовательно, z = х + у.
Для определения закономерностей движения системы запишем дифференциальное уравнение движения массы m по времени t:
  <shape id="_x0000_i1099" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image159.wmz» o:><img width=«179» height=«61» src=«dopb200563.zip» v:shapes="_x0000_i1099">
  Подставив значение z, получим
<shape id="_x0000_i1100" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image161.wmz» o:><img width=«167» height=«27» src=«dopb200564.zip» v:shapes="_x0000_i1100">,
где точки над буквами обознача­ют дифференцирование по времени.
Для анализа работы вибропреобразователя введем в уравнение (15) следующие обозначения:
<shape id="_x0000_i1101" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image163.wmz» o:><img width=«84» height=«57» src=«dopb200565.zip» v:shapes="_x0000_i1101"> - частота собственных колебаний системы;
<shape id="_x0000_i1102" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image165.wmz» o:><img width=«67» height=«53» src=«dopb200566.zip» v:shapes="_x0000_i1102"> - коэффициент затуха­ния.
  Тогда                          <shape id="_x0000_i1103" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image167.wmz» o:><img width=«165» height=«35» src=«dopb200567.zip» v:shapes="_x0000_i1103">.
Если в приборе нет демпфирующего элемента <shape id="_x0000_i1104" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image169.wmz» o:><img width=«60» height=«28» src=«dopb200568.zip» v:shapes="_x0000_i1104"> и частота собственных колебаний незначительная <shape id="_x0000_i1105" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image171.wmz» o:><img width=«64» height=«28» src=«dopb200569.zip» v:shapes="_x0000_i1105">, то<shape id="_x0000_i1106" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image173.wmz» o:><img width=«61» height=«23» src=«dopb200570.zip» v:shapes="_x0000_i1106">. Пренебрегая произвольными постоянными, получим <shape id="_x0000_i1107" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image175.wmz» o:><img width=«61» height=«21» src=«dopb200571.zip» v:shapes="_x0000_i1107">, и показания прибора будут соответствовать действительным перемещениям испытываемой конструкции. Такой прибор называется виброметром.
Инерционная масса (или сейсмомасса) при податливой пружине практически не меняет своего положения в пространстве.
Если при низкой частоте собственных колебаний <shape id="_x0000_i1108" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image177.wmz» o:><img width=«76» height=«29» src=«dopb200572.zip» v:shapes="_x0000_i1108"> в прибор ввести хорошо гасящий колебания демпфирующий элемент, то из уравнения (16), пренебрегая первым и третьим слагаемыми, получим <shape id="_x0000_i1109" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image179.wmz» o:><img width=«81» height=«25» src=«dopb200573.zip» v:shapes="_x0000_i1109">, откуда <shape id="_x0000_i1110" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image181.wmz» o:><img width=«77» height=«53» src=«dopb200574.zip» v:shapes="_x0000_i1110">. Такой прибор служит для определения скорости колебаний и его называют виброметром скорости (вибровелосиметром).
При отсутствии демпфера и высокий частоте колебаний перемещение массы пропорционально ускорению; <shape id="_x0000_i1111" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image183.wmz» o:><img width=«83» height=«63» src=«dopb200575.zip» v:shapes="_x0000_i1111"> и такой прибор является виброметром ускорения (виброакселерометром).
Виброизмерительные приборы можно разделить на две основные группы: контактные и дистанционные (рис.8). К контактным приборам относятся механические и оптические приборы, применяемые чаще при освидетельствовании конструкций для приближённого определения параметров колебаний (амплитуд и частот). Аналогично назначение и оптических приборов. Более точные измерения могут быть получены приборами с регистрацией показаний на специальной ленте или бумаге ручным вибрографом или вибрографом Гейгера.
Бесспорными преимуществами обладают дистанционно работающие вибропреобразователи, устанавливаемые на испытываемой конструкции (первичные приборы), сигнал которых записывается вторичными прибо­рами, установленными на определенном расстоянии от испытываемой конструкции.
Процесс измерения динамических характеристик испытываемой кон­струкции обычно состоит из следующих операций:
-преобразование измеряемой величины в другую физическую вели­чину более удобную для измерения;
-измерение вторичной физической величины;
-регистрация измерений;
-обработка результатов измерений.

4.1.2. Характеристики используемых приборов
4.1.2.1.   Вибромарка
Вибромарка инженера Р.И. Аронова (рис. 7) служит для измерения вибрации с постоянной амплитудой. Принцип действия прибора основан на оптическом эффекте человеческого глаза, т. е. на слитности восприятий явлений, чередующихся быстрее 7 раз в 1 секунду. Следовательно, вибромарка применима при колебаниях с частотой 17 циклов в секунду с малой амплитудой или 8 циклов в секунду при большей амплитуде, так как при меньшем числе колебаний наблюдатель не может надёжно видеть фигуру возникающего клина. Чем больше амплитуда вибрации, тем ближе к основанию расположится остриё клина (рис. 9). Таким образом, вибромарка может быть протарирована как приспособление для измерения амплитуд.
<img width=«633» height=«222» src=«dopb200576.zip» v:shapes="_x0000_s1251 _x0000_s1252 _x0000_s1253 _x0000_s1254 _x0000_s1255 _x0000_s1256 _x0000_s1257 _x0000_s1258 _x0000_s1259 _x0000_s1260 _x0000_s1261 _x0000_s1262 _x0000_s1263 _x0000_s1264 _x0000_s1265 _x0000_s1266 _x0000_s1267 _x0000_s1268 _x0000_s1269 _x0000_s1270 _x0000_s1271 _x0000_s1272 _x0000_s1273 _x0000_s1274 _x0000_s1275 _x0000_s1276 _x0000_s1277 _x0000_s1278 _x0000_s1279 _x0000_s1280 _x0000_s1281 _x0000_s1282 _x0000_s1283 _x0000_s1284 _x0000_s1285 _x0000_s1286 _x0000_s1287 _x0000_s1288 _x0000_s1289 _x0000_s1290 _x0000_s1291 _x0000_s1292 _x0000_s1293 _x0000_s1294 _x0000_s1295 _x0000_s1296 _x0000_s1297 _x0000_s1298 _x0000_s1299 _x0000_s1300 _x0000_s1301">

Вибромарка вычерчивается на бумаге в виде острого угла с основанием b=5...20 мм и L=50...200 мм и наклеивается на поверхность конструкции, размах колебаний которой требуется определить. Колебания совершаются в направлении стрелок (Рис. 10). Наблюдатель может измерить расстояние l до пересечения сдвоенных треугольников, а затем определить амплитуду колебаний по формуле
  <shape id="_x0000_i1112" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image186.wmz» o:><img width=«65» height=«53» src=«dopb200577.zip» v:shapes="_x0000_i1112">.
<shapetype id="_x0000_t5" coordsize=«21600,21600» o:spt=«5» adj=«10800» path=«m@0,l,21600r21600,xe»><path gradientshapeok=«t» o:connecttype=«custom» o:connectlocs="@0,0;@1,10800;0,21600;10800,21600;21600,21600;@2,10800" textboxrect=«0,10800,10800,18000;5400,10800,16200,18000;10800,10800,21600,18000;0,7200,7200,21600;7200,7200,14400,21600;14400,7200,21600,21600»><img width=«20» height=«44» src=«dopb200578.zip» alt=«Подпись: 2а» v:shapes="_x0000_s1364" v:dpi=«96»><img width=«21» height=«44» src=«dopb200579.zip» alt=«Подпись: b» v:shapes="_x0000_s1375" v:dpi=«96»><img width=«651» height=«362» src=«dopb200580.zip» v:shapes="_x0000_s1303 _x0000_s1304 _x0000_s1305 _x0000_s1306 _x0000_s1307 _x0000_s1308 _x0000_s1309 _x0000_s1310 _x0000_s1311 _x0000_s1312 _x0000_s1313 _x0000_s1314 _x0000_s1315 _x0000_s1316 _x0000_s1317 _x0000_s1318 _x0000_s1319 _x0000_s1320 _x0000_s1321 _x0000_s1322 _x0000_s1323 _x0000_s1324 _x0000_s1325 _x0000_s1326 _x0000_s1327 _x0000_s1328 _x0000_s1329 _x0000_s1330 _x0000_s1331 _x0000_s1332 _x0000_s1333 _x0000_s1334 _x0000_s1335 _x0000_s1336 _x0000_s1337 _x0000_s1338 _x0000_s1339 _x0000_s1340 _x0000_s1341 _x0000_s1342 _x0000_s1343 _x0000_s1344 _x0000_s1345 _x0000_s1346 _x0000_s1347 _x0000_s1348 _x0000_s1349 _x0000_s1350 _x0000_s1351 _x0000_s1352 _x0000_s1353 _x0000_s1354 _x0000_s1355 _x0000_s1356 _x0000_s1357 _x0000_s1358 _x0000_s1359 _x0000_s1360 _x0000_s1361 _x0000_s1362 _x0000_s1363 _x0000_s1365 _x0000_s1366 _x0000_s1367 _x0000_s1368 _x0000_s1369 _x0000_s1370 _x0000_s1371 _x0000_s1372 _x0000_s1373 _x0000_s1374 _x0000_s1376 _x0000_s1377 _x0000_s1378 _x0000_s1379 _x0000_s1380 _x0000_s1381 _x0000_s1382 _x0000_s1383">

4.1.2.2. Ручной виброграф
Для записи колебаний высокой частоты могут с успехом применяться ручные вибрографы. Среди них нашел большое распространение ручной виброграф марки ВР-1, который при записи виброграммы удерживается непосредственно в руках экспериментатора и не требует никакой подставки.
Виброграф (рис. 11) состоит из корпуса 1, в который запрессована трубка 2. Внутри трубки расположен стержень 3 с выступающим наружу наконечником 4. Верхний конец стержня проходит в корпус и упирается своим наконечником в рычаг 5, оттягиваемый книзу концом спиральной пружины 6, прикрепленной к поводку 7. Поводок может передвигаться вдоль трубки и закрепляться в желаемом положении двумя винтами 8. Передвигая по­водок книзу, можно увеличить давление пружины на стержень. Чтобы давление пружины не вытолкнуло стержень вниз, в верхней его части, под наконечником насажена сферическая шайбочка 9, упирающаяся в соответствующее гнездо.
<imagedata src=«41585.files/image191.png» o: grayscale=«t»><img width=«290» height=«520» src=«dopb200581.zip» v:shapes="_x0000_s1384 _x0000_s1385 _x0000_s1386 _x0000_s1387 _x0000_s1388 _x0000_s1389">На свободном конце рычага имеется острие, которое производит запись виброграммы путем царапания воскового слоя, покрывающего бумажную ленту 10 шириной 24 мм.
На этой же ленте рядом с виброграммой наконечник 11 (отметчик времени) делает отметку времени в виде черточек, наносимых с интервалом в 1 секунду. Лентопротяжный механизм приводится в действие часовой пружиной 12, заводимой ключом 13.
Отметчик времени может работать от собственной батареи, помещающейся в отсеке 14, или от внешнего источника электрического тока, включаемого в соответствующее штепсельное гнездо. Реле отметчика времени, и приводное устройство помещены в отсеке 15. Ручка 16 для приведения вибрографа в действие расположена на крышке корпуса.
Общие габариты прибора: 80 X 130X230 мм. Вес прибора с рычажным приспособлением равен 1.7 кг. Амплитуды колебаний от 0.05 до 1.5 мм записываются с шестикратным увеличением; амплитуды колебаний от 1, 5 до 6 мм записываются в натуральную величину или с двукратным увеличением, для чего на конец трубки надевается специальное рычажное приспособление 17, состоящее из шарнирного параллелограмма, в верхний стержень которого упирается наконечник 4.
Для записи амплитуд и марок времени следует наконечник 4 или рычажное приспособление 17 привести в соприкосновение с вибрирующим элементом конструкции, ориентировав стержень 3 по направлению колебаний исследуемого элемента, и включить виброграф, повернув ручку 16. При самом сильном натяжении пружины стержень 3 с наконечником 4 может следовать за элементом, имеющим ускорение до 20 g.
Корпус прибора со всеми относящимися к нему частями образует инертную массу, которая удерживается руками экспериментатора.
Ручной виброграф записывает виброграмму с амплитудами от 0,05 до 6 мм при частотах от 5 до 100 Гц.
Недостатком ручного вибрографа является сравнительно невысокая точность (до 8%), а так же ограниченные параметры измеряемых амплитуд и частот.
4.1.2.3.Светолучевой осциллограф
Светолучевой осциллограф предназначен для визуального наблюдения и синхронной записи на фотоленте функций одной или нескольких (до 12) исследуемых величин времени, называемых осциллограммами. Это обеспечивается набором гальванометров с различными собственными частотами и широким диапазоном скоростей движения фотоленты.
Для записи быстро меняющихся напряжений или деформаций конструкции с успехом применяются проволочные тензорезисторы с записью осциллограммы (виброграммы) на осциллографе. Тензорезисторы для динамических испытаний применяются такие же, как и для статических, но со значительно повышенным омическим сопротивлением до 500—1000 Ом, а иногда и до 2000 Ом.
При записи осциллограмм приходится усиливать ток, подаваемый про­волочными датчиками на осциллограф.
Взаимное расположение отдельных частей установки показано на рисунке 12. Если источником питания является переменный ток, то приборы соединяются в последовательности, показанной на рисунке: к мостику Уитстона 1 подключается усилитель переменного тока 2, к усилителю подключается выпрямитель 3, а к последнему присоединяется осциллограф 4. Усилитель совместно с выпрямителем образуют тензометрический усилитель.
Осциллографы разделяются на инерционные (шлейфовые) — для регистрации частот до 1000 Гц и безинерционные (катодные) — для частот выше 1000 Гц. Наиболее распространены шлейфовые осциллографы.
Шлейфовые осциллографы (светолучевые). Основными частями осциллографа являются измерительный шлейф и устройство для визуального наблюдения и фотозаписи осциллограмм.
Осциллографы могут быть одношлейфовыми и многошлейфовыми.
Шлейф (вибратор) осциллографа (рис. 13) состоит из магнита 1, выполненного в виде цилиндрической подковы, между полюсами которого расположена вертикальная проволочная петля 2, натягиваемая спиральной пружиной 3. На петле закреплено легкое зеркальце 4 размерами 1,0X1,0x0,05 мм. К концам петли присоединены провода от петлевого тензорезистора, наклеенного на исследуемый объект. Зеркальце находится в постоянном магнитном поле, создаваемом магнитом. При прохождении по петле тока, посылаемого тензорезистором, вокруг петли создаётся свое магнитное поле, вступающее во взаимодействие с полем магнита и вызывающее закручивание петли, и поворот зеркальца. Величина и направление угла поворота зеркальца зависят от силы и направления тока, проходящего через петлю. На зеркальце направляется луч лампочки, пропущенный через соответствующие линзы, и при повороте зеркальца этот луч отклоняется на угол, тем больший, чем более сильный ток проходит через датчик и петлю. Луч света, посылаемый зеркальцем, направляется на движущуюся фотопленку и записывает на ней осциллограмму.
Рассмотрим оптическую схему восьмишлейфового универсального осциллографа типа Н 700 (рис. 14). Лампочка 1 испускает пучок света, проходящий через конденсор 2 и диафрагму 3 в виде пластинки с восемью узкими вертикальными щелями, разбивающими общий световой параллельный поток света на восемь плоских пучков в виде световых пластинок.
В дальнейшем описании и на чертеже рассматривается трансформация лишь одного плоского пучка света, так как все остальные семь пучков трансформируются аналогично показанному на схеме.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Каждый плоский пучок света попадает на свое вертикальное поворотное зеркало 4. Эти зеркала установлены таким образом, что луч света, отразившись от зеркала 5, а затем от зеркала 8, попадает через линзу шлейфа 7 на его зеркало 6, укрепленное на проволочной петле; на два шлейфа, расположенных в середине, пучки света проходят, минуя зеркала 8. Луч света, отражаемый от зеркала 6, проходит снова через линзу 7 и, отра­жаясь от зеркала 8, попадает частично на зеркало 9 и частично на отрицательную сферическую линзу 16. Часть светового луча, попавшего на зеркало 9, отражается от него, а затем от зеркала 10 и, пройдя цилиндрическую линзу 11, фокусируется на фотоленту 12. Другая часть светового луча проходит через отрицательную сферическую линзу 16, цилиндрическую линзу 15, отражается от зеркальных граней вращающегося барабана 14 и попадает на матовый стеклянный экран 13.
Для получения масштаба времени на фотоленте, предусмотрен отметчик времени, представляющий собой микрофонный зуммер, подвижная часть которого совершает колебания определенной частоты, записываемые на той же ленте. Отметчик времени устанавливается взамен одного из шлейфов в первом гнезде, в котором для этого предусмотрены соответствующие контактные стержни. Отметчик времени регистрирует частоту 500 или 50 Гц с точностью до ± 1 %.
С помощью осциллографа можно записать:
-   фибровые деформации;
-   деформации при изгибе (прогибы);
-   ускорения и другие характеристики.
На одной ленте можно производить одновременную запись нескольких осциллограмм, принимаемых с разных шлейфов. Скорость движения ленты можно регулировать от 1 до 5000 мм в секунду.
Тензометрический усилитель предназначен для усиления сигналов от тензорезисторов, включенных в мостовую схему (рис. 12). Частота измеряемого процесса в 5 — 7 раз ниже и находиться в пределах 0 — 7000 Гц.
Усилитель состоит из автономного или встро­енного блока питания, нескольких однотипных блоков, генератора несущей частоты, указателя выходного тока, тумблеров, ручек и шлицев включения, настройки, градуировки и балансировки моста. Выходы усилителя рассчитаны на подключение гальванометров (шлейфов) светолучевых осциллографов.
Принцип работы усилителей заключается в том, что рабочий тензорезистор, наклеенный на конструкцию, подключается к прибору и предварительно балансируется при ненагруженном состоянии конструкции. Стрелка гальванометра устанавливается на ноль. При нагружении конструкции вследствие деформации тензорезистор изменяет свое сопро­тивление, происходит разбаланс моста и появляется напряжение несущей частоты, которое усиливается и подается на фазочувствительный детектор с фоном несущей частоты. Полученный на выходе сигнал пропорционален измеряемой деформации. Этот сигнал подается на миллиамперметр и гальванометр осциллографа. В каждом блоке усилителя имеется переключатель для ступенчатого измерения коэффициента усиления. усилителю, кроме гальванометров светолучевых осциллографов, могут быть подключены электронные осциллографы и магнитографы.

4.2. Цели и задачи работы
Целью работы является знакомство с методикой определения основных параметров колебательного процесса (частоты вынужденных колебаний, собственная частота, явление резонанса).
Задачи осуществляемые работой:
1      Познакомиться с устройствами для динамических испытаний.
2      Познакомиться с приборами для определения динамических характеристик.
3      Изучить методику определения динамических напряжений в несущих строительных конструкциях.
4      Определить теоретическим расчётом собственную частоту балки и сравнить её с результатами, полученными из опыта.
5      Определить погрешность эксперимента.
6      Составить заключение по результатам испытания.
ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ
1Стенд для испытаний.
2Стальная шарнирно опёртая балка равного сопротивления.
3Штучные грузы.
4Вибромарка.
5Измерительная консоль с тензорезисторами.
6Тензостанция.
7Осциллограф.
8Индикатор часового типа (мессура).
9Частотомер.
10     Ручной виброграф.
11     Лабораторный трансформатор.
12     Вибромашина.
13     Штангельциркуль.
14     Металлические линейки 1м (ГОСТ 427-56) и 0.5м (ГОСТ 427-75).
15     Калькулятор.

Техника безопасности при выполнении лабораторной работы
При проведении лабораторной работы требуется строго соблюдать правила техники безопасности с целью обеспечения полной безопасности участников испытания и не допустить поломок оборудования.
Эти правила предусматривают обязательное проведение мероприятий по обеспечению надёжного заземления корпусов всех электрических приборов и инструментов.
Подготовка к лабораторной работе производится соответствующим персоналом, утверждённым приказом по университету.
При динамических испытаниях необходимо предусмотреть надёжные страховочные устройства, предохраняющие конструкцию от потери устойчивости и внезапного обрушения. Вращающиеся части вибромашины должны быть закрыты защитными кожухами, а к работающей вибромашине запрещается приближаться на расстояние менее 1.5 м.
Измерительные приборы закрепляют на испытываемой конструкции специальными струбцинами, хомутами и другими приспособлениями. Кроме того, должны быть обеспечены свободный доступ к приборам и хорошая освещённость шкал для наблюдения за их работой на безопасном расстоянии.
По окончании подготовки к лабораторной работе с испытываемой конструкции и из помещения удаляются все посторонние предметы.
Место испытания ограждают. Посторонних лиц к месту испытаний не допускают.
К лабораторной работе допускаются студенты прошедшие соответствующий инструктаж по технике безопасности. При инструктаже следует обратить особое внимание на следующие положения:
-  не касаться руками поверхностей станков, оборудования и проводов;
-  не нажимать на кнопки и рубильники;
-  строго соблюдать установленную соображениями достаточной безопасности дистанцию от испытательного стенда;
-  соблюдать последовательность программы проведения испытания;
-  своевременно выполнять указания преподавателя и сотрудников лаборатории в процессе проведения работы.
Для всех участников испытаний кроме выполнения правил по технике безопасности необходима повышенная личная внимательность и осторожность, особенно на последних этапах загружения конструкции, когда вынужденные частоты колебаний приближаются к собственным частотам.
Ответственность за выполнением всех мероприятий лежит на преподавателе, проводящем лабораторную работу.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ РАБОТЫ
В работе испытывается однопролётная стальная балка с грузами G (Рис. 9).
<lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><fill src=«41585.files/image193.jpg» o: type=«tile»><fill src=«41585.files/image193.jpg» o: type=«tile»><img width=«597» height=«276» src=«dopb200582.zip» v:shapes="_x0000_s1390 _x0000_s1391 _x0000_s1392 _x0000_s1393 _x0000_s1394 _x0000_s1395 _x0000_s1396 _x0000_s1397 _x0000_s1398 _x0000_s1399 _x0000_s1400 _x0000_s1401 _x0000_s1402 _x0000_s1403 _x0000_s1404 _x0000_s1405 _x0000_s1406 _x0000_s1407 _x0000_s1408 _x0000_s1409 _x0000_s1410 _x0000_s1411 _x0000_s1412 _x0000_s1413 _x0000_s1414 _x0000_s1415 _x0000_s1416 _x0000_s1417 _x0000_s1418 _x0000_s1419 _x0000_s1420 _x0000_s1421 _x0000_s1422 _x0000_s1423 _x0000_s1424 _x0000_s1425 _x0000_s1426 _x0000_s1427 _x0000_s1428 _x0000_s1429 _x0000_s1430 _x0000_s1431 _x0000_s1432 _x0000_s1433 _x0000_s1434 _x0000_s1435 _x0000_s1436 _x0000_s1437 _x0000_s1438 _x0000_s1439 _x0000_s1440 _x0000_s1441 _x0000_s1442 _x0000_s1443 _x0000_s1444 _x0000_s1445 _x0000_s1446 _x0000_s1447 _x0000_s1448 _x0000_s1449 _x0000_s1450 _x0000_s1451 _x0000_s1452 _x0000_s1453 _x0000_s1454 _x0000_s1455 _x0000_s1456 _x0000_s1457 _x0000_s1458 _x0000_s1459 _x0000_s1460 _x0000_s1461 _x0000_s1462 _x0000_s1463 _x0000_s1464 _x0000_s1465 _x0000_s1466">  

Вибрационная нагрузка создаётся вибромашиной, укреплённой в середине пролёта балки. Частоту колебаний машины с помощью лабораторного автотрансформатора можно изменять произвольно.
Для определения собственной частоты колебаний используется явление резонанса. Вибромашиной последовательно повышаются колебания балки с различной частотой (ступенями). При каждой частоте (ступени) измеряется размах колебаний балки (по прогибам или относительным деформациям). Наибольший размах и будет соответствовать собственной частоте (резонансная частота). Для более точного определения собственной частоты строятся графики «размах — частота».
Размах колебаний определяется по индикатору и шлейфовому осциллографу. Индикатор ставится вблизи опоры, где размах колебаний невелик, и диапазон колебаний стрелки можно фиксировать визуально. При быстрых колебаниях стрелки образуется сектор, соответствующий размаху колебаний.
Осциллограф используется вместе с измерительной консолью из органического стекла (см. рисунок), на которую наклеен тензорезистор <shape id="_x0000_i1113" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image195.wmz» o:><img width=«27» height=«29» src=«dopb200583.zip» v:shapes="_x0000_i1113">. Измерительная консоль устанавливается в среднем сечении балки. Колебания консоли вызывают изменение сопротивления тензорезистора и силы тока, подаваемого на гальванометр. Гальванометр колеблется в магнитном поле вместе с зеркалом, которое отражает луч света на движущуюся фотоплёнку или фотобумагу.
Частота колебаний контролируется с помощью диска с отверстиями, насаженного на ось двигателя вибромашины, лампочки, фотоэлемента и частотомера.
Частота колебаний контролируется с помощью диска с отверстиями, насаженного на ось двигателя вибромашины, лампочки, фотоэлемента и частотомера.
При вращении диска луч света от лампочки периодически прерывается. Прерывистые сигналы от фотоэлемента усиливаются и регистрируются частотомером. Переход от показаний частотомера <shape id="_x0000_i1114" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image197.wmz» o:><img width=«33» height=«29» src=«dopb200584.zip» v:shapes="_x0000_i1114"> к частоте возмущающей силы <shape id="_x0000_i1115" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image199.wmz» o:><img width=«17» height=«21» src=«dopb200585.zip» v:shapes="_x0000_i1115"> делается по формуле
<shape id="_x0000_i1116" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image201.wmz» o:><img width=«173» height=«53» src=«dopb200586.zip» v:shapes="_x0000_i1116">
где: <shape id="_x0000_i1117" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image203.wmz» o:><img width=«57» height=«21» src=«dopb200587.zip» v:shapes="_x0000_i1117"> - число отверстий в диске;
<shape id="_x0000_i1118" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image205.wmz» o:><img width=«68» height=«21» src=«dopb200588.zip» v:shapes="_x0000_i1118"> - передаточное число (отношение числа оборотов вала двигателя и дисков с эксцентриками).
Измерения заносятся в журнал испытания.

Таблица
Журнал испытания
№
2 амплитуды
Частоты
сту-
пени
По индикатору
По осциллографу
По частотомеру <shape id="_x0000_i1119" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image207.wmz» o:><img width=«37» height=«30» src=«dopb200589.zip» v:shapes="_x0000_i1119">
<shape id="_x0000_i1120" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image209.wmz» o:><img width=«83» height=«53» src=«dopb200590.zip» v:shapes="_x0000_i1120">
1
2
…
По результатам измерений строятся графики, по которым определяется собственная частота колебаний балки.
<lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><lock v:ext=«edit» aspectratio=«t»><shapetype id="_x0000_t87" coordsize=«21600,21600» o:spt=«87» adj=«1800,10800» path=«m21600,qx10800@0l10800@2qy0@11,10800@3l10800@1qy21600,21600e» filled=«f»><path arrowok=«t» o:connecttype=«custom» o:connectlocs=«21600,0;0,10800;21600,21600» textboxrect=«13963,@4,21600,@5»><img width=«622» height=«507» src=«dopb200591.zip» v:shapes="_x0000_s1467 _x0000_s1468 _x0000_s1469 _x0000_s1470 _x0000_s1471 _x0000_s1472 _x0000_s1473 _x0000_s1474 _x0000_s1475 _x0000_s1476 _x0000_s1477 _x0000_s1478 _x0000_s1479 _x0000_s1480 _x0000_s1481 _x0000_s1482 _x0000_s1483 _x0000_s1484 _x0000_s1485 _x0000_s1486 _x0000_s1487 _x0000_s1488 _x0000_s1489 _x0000_s1490 _x0000_s1491 _x0000_s1492 _x0000_s1493 _x0000_s1494 _x0000_s1495 _x0000_s1496 _x0000_s1497 _x0000_s1498 _x0000_s1499 _x0000_s1500 _x0000_s1501 _x0000_s1502 _x0000_s1503 _x0000_s1504 _x0000_s1505 _x0000_s1506 _x0000_s1507 _x0000_s1508 _x0000_s1509 _x0000_s1510 _x0000_s1511 _x0000_s1512 _x0000_s1513 _x0000_s1514 _x0000_s1515 _x0000_s1516 _x0000_s1517 _x0000_s1518 _x0000_s1519 _x0000_s1520 _x0000_s1521 _x0000_s1522 _x0000_s1523 _x0000_s1524 _x0000_s1525 _x0000_s1526 _x0000_s1527 _x0000_s1528 _x0000_s1529 _x0000_s1530 _x0000_s1531 _x0000_s1532 _x0000_s1533 _x0000_s1534 _x0000_s1535">

После определения собственной частоты производится контрольная запись колебаний при резонансе ручным вибрографом Вр-1. На специальной ленте вычерчивается график колебаний, и одновременно делаются отметки времени (рис. ).
<img width=«487» height=«244» src=«dopb200592.zip» v:shapes="_x0000_s1536 _x0000_s1537 _x0000_s1538 _x0000_s1539 _x0000_s1540 _x0000_s1541 _x0000_s1542 _x0000_s1543 _x0000_s1544 _x0000_s1545 _x0000_s1546 _x0000_s1547 _x0000_s1548 _x0000_s1549 _x0000_s1550 _x0000_s1551 _x0000_s1552 _x0000_s1553 _x0000_s1554 _x0000_s1555 _x0000_s1556 _x0000_s1557 _x0000_s1558 _x0000_s1559 _x0000_s1560 _x0000_s1561 _x0000_s1562 _x0000_s1563 _x0000_s1564 _x0000_s1565 _x0000_s1566">  

Теоретическая частота вычисляется по формуле
<shape id="_x0000_i1121" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image213.wmz» o:><img width=«200» height=«73» src=«dopb200593.zip» v:shapes="_x0000_i1121">
где  <shape id="_x0000_i1122" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image215.wmz» o:><img width=«40» height=«29» src=«dopb200594.zip» v:shapes="_x0000_i1122"> — эквивалентная (приведённая) нагрузка на балку
<shape id="_x0000_i1123" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image217.wmz» o:><img width=«315» height=«35» src=«dopb200595.zip» v:shapes="_x0000_i1123">
<shape id="_x0000_i1124" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image219.wmz» o:><img width=«19» height=«20» src=«dopb200596.zip» v:shapes="_x0000_i1124"> - вес вибромашины, равный 10.8 кг;
<shape id="_x0000_i1125" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image221.wmz» o:><img width=«16» height=«21» src=«dopb200597.zip» v:shapes="_x0000_i1125"> - погонный вес балки (принимается по сортаменту);
<shape id="_x0000_i1126" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«41585.files/image223.wmz» o:><img width=«56» height=«53» src=«dopb200598.zip» v:shapes="_x0000_i1126"> - относительное расстояние от опор до грузов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Рекомендуется следующая последовательность.
Первая часть. «Тарирование тензорезисторов»:
в журнале зарисовываются схемы тарировочной балки, установки приборов, приложения нагрузки;
производится контроль правильности установки приборов;
снимаются начальные отсчёты с приборов;
прикладывается нагрузка;
снимаются отсчёты с приборов;
производится разгрузка со сверкой результатов;
Вторая часть. «Определение напряженного состояния балки с помощью тензорезисторов»:
1.           в журнале зарисовываются схемы измерительных приборов, их установки, и размещения;
2.           разбивается заданная нагрузка на ступени;
3.           производятся замеры необходимых для расчётов геометрических параметров (высота и ширина сечения балки, пролёт, расстояния от опор до сосредоточенных сил, базы тензорезисторов, расстояния между ними);
4.           производится контроль правильности установки приборов;
5.           снимаются начальные отсчёты с приборов;
6.           прикладывается нагрузка первой ступени;
7.           снимаются отсчёты с приборов;
8.           прикладывается нагрузка второй ступени;
9.           снимаются отсчёты с приборов;
10.      производится контроль процесса испытания;
11.      прикладывается следующая нагрузка с соответствующим контролем и т.д. до последней ступени;
12.      производится разгрузка в обратном порядке со сверкой результатов;
13.      производится камеральная обработка полученных результатов по последней ступени;
14.      пишется заключение по результатам испытания.
Все полученные результаты аккуратно заносятся в соответствующие графы журнала (см. приложение Б). В заключении необходимо сделать вывод и обосновать получившуюся погрешность.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА 1.    Кинематическая схема измерительных приборов, их краткая характеристика и назначение.
2.    Схемы установки приборов (база измерения и цена деления).
3.    Формулы для обработки результатов измерений.
4.  Схема градуировочного устройства.
5.  Заключение по проведении эксперимента.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.  Из чего состоит тензорезистор, принцип его работы?
2.  Начертите схему для измерения показаний тензорезистора.
3.  Назовите основные элементы гальванометра.
4.  Зачем нужна тензостанция?
5.  Как определить амплитуду колебаний с помощью индикатора часового типа?
6.  Как определить амплитуду колебаний с помощью шлейфового осциллографа?
7.  Перечислить факторы, влияющие на частоту собственных колебаний.
8.  Как и чем определяется частота собственных колебаний конструкции?
9.  При выполнении каких требований, конструкция считается пригодной под динамическую нагрузку?
10.В чём состоит принцип работы вибромашины?
11.Нарисовать схему вибрографа с инерционной массой (инерционного маятника).
12.Нарисовать схему вибрографа Гейгера с инерционной массой.
13.Из каких узлов состоит шлейфовый осциллограф?
14.В каких случаях испытывают существующие конструкции?
15.Как создаётся ударная нагрузка при испытании (2 способа)?
16.Как создаётся вибрационная нагрузка при испытании?
17.Какой диапазон частот наиболее вреден для человека?
18.Какой диапазон частот наиболее вреден для конструкции?
19.Как влияет амплитуда на самочувствие человека?
20.Что отражается в заключении по испытанием динамической нагрузкой?
    продолжение
--PAGE_BREAK--