Спосіб визначення резонансної частоти елементів конструкції

УКРАЇНА (19) UA (11) 72859 (13) U (51) МПК (2012.01) G01H 13/00 ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ (12) ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (21) Номер заявки: u 2012 03275 Дата подання заявки: 20.03.2012 (22) (24) Дата, з якої є чинними 27.08.2012 права на корисну модель: (46) Публікація відомостей 27.08.2012, Бюл.№ 16 (72) Винахідник(и): Пузько Ігор Данилович (UA) (73) Власник(и): СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, 40007 (UA) про видачу патенту: (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ РЕЗОНАНСНОЇ ЧАСТОТИ ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЇ Спосіб визначення резонансної частоти елементів конструкції, за яким формують два режими дії на конструкцію збуджувальними коливаннями сигналу змінної частоти. В кожному режимі вимірюють різницю фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції і фіксують першу і другу частоти 1,2 відповідно, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині  / 2 . В першому і другому режимах частоту сигналу збуджувальної дії змінюють із першою і другою постійними швидкостями V1, V2 відповідно розгортки частоти. Реєструють перший часовий інтервал t1 зміни частоти розгортки до значення 1 і другий часовий інтервал t2 зміни частоти розгортки до * значення 2 . Визначають значення скорегованої резонансної частоти  0 елемента конструкції із співвідношення: *   0  (t1  t 2 )( t11 1  t 221)1. UA 72859 U (57) Реферат: UA 72859 U UA 72859 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до області машинобудівної, авіаційної і ракетно-космічної техніки і може знайти застосування при проведенні випробувань на вібронадійність, віброміцність, вібростійкість і розробці нових технологій вібраційного типу. Відомий спосіб визначення резонансної частоти елементів конструкції, згідно з яким два рази діють на конструкцію збуджувальними коливаннями змінної частоти, при кожній дії вимірюють різницю фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції і фіксують частоти, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює /2 (Ав. св. СССР №1254310, МПК G01H 1/00, 1986). Недоліком відомого способу є недостатня точність, що пояснюється неврахуванням інерційності процесу збудження резонансної системи в режимі розгортки частоти сигналу збудження. За прототип вибрано спосіб визначення резонансної частоти елемента конструкції, за яким формують два режими дії на конструкцію збуджувальними коливаннями сигналу змінної частоти, в кожному режимі вимірюють різницю фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції і фіксують першу і другу частоти ω 1, ω2 відповідно, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2, в першому і другому режимах частоту сигналу збуджувальної дії змінюють із першою і другою постійними швидкостями V1, V2 відповідно розгортки частоти (Авт. св. СССР №1633294, МПК G01H 13/00, 1991). Недоліком відомого способу є недостатня точність визначення резонансної частоти, що пояснюється неврахуванням інерційності процесу збудження резонансного режиму елемента випробуваної конструкції і залежності ступеня інерційності при установленні резонансного режиму від величини швидкості розгортки частоти сигналу збуджувальної дії. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу визначення резонансної частоти елементів конструкції шляхом формування нового алгоритму і проведення вимірювань за рахунок реєстрації двох часових інтервалів зміни частоти сигналу збуджувальної дії від початкового значення до значення частот, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2, що і приводить до збільшення точності і розширення області застосування. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення резонансної частоти елементів конструкції, за яким формують два режими дії на конструкцію збуджувальними коливаннями сигналу змінної частоти, в кожному режимі вимірюють різницю фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції і фіксують першу і другу частоти 1, 2 відповідно, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2, в першому і другому режимах частоту сигналу збуджувальної дії змінюють із першою і другою постійними швидкостями V1, V2 відповідно розгортки частоти, згідно з корисною моделлю, реєструють перший часовий інтервал t1 зміни частоти розгортки до значення 1 і другий часовий інтервал t2 зміни частоти розгортки до значення 2 і визначають значення скорегованої резонансної частоти 0* елемента конструкції із співвідношення: *   0  (t1  t 2 )( t11 1  t 221)1. 45 50 Застосування запропонованого способу визначення резонансної частоти елементів конструкції разом з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, забезпечує підвищення точності визначення резонансної частоти за рахунок проведення нових технологічних операцій по реєстрації першого і другого часових інтервалів одночасно із реєстрацією першої і другої частот, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2, що і дає підставу до формування нового алгоритму. Розробка нового алгоритму визначення резонансної частоти елемента конструкції базується на наступних аналітичних перетвореннях. Відомо, що зміщення S максимуму резонансного піка відносно резонансної частоти о при швидкості V розгортки частоти  сигналу збуджувальної дії визначають із співвідношення (Харкевич А.А. Спектры и анализ. М, 1962, С. 142-144). S2 55 4V 2 0 Q2 , (1) де: Q - добротність елемента конструкції, параметри якого визначають. Відомо також, що величину S визначають по співвідношенню S 2Q(   0 ) , 0 (2) 1 UA 72859 U де:  - поточна частота розгортки. Із (1), (2) отримаємо наступне співвідношення   0  5 4Q V. 0 (3) При швидкостях V1, V2 розгортки частоти і частотах 1, 2 відповідно із (3) отримаємо систему рівнянь 1  0  4Q V1, 0 2  0  4Q V2 . 0 (4) Із (4) отримаємо наступні вирази для визначення резонансної частоти 0 0  10 ( 1V2  2 V1 ) V. ( V2  V1 ) (5) В той же час співвідношення системи рівнянь (4), а також (5) отримані без урахування інерційності установлення частоти резонансного режиму і залежності величини інерційності від швидкості розгортки частоти сигналу збуджувальної дії. При урахуванні умови наявності процесу інерційності установлення резонансного режиму і реєстрації значень частот 1, 2 і значень відповідних часових інтервалів t1, t2 значення середніх швидкостей V1cp, V2cp розгорток частоти визначимо із співвідношень V1ср  15 1 ; t1 V2ср  2 ; t2 (6) При умові (6) аналітичне співвідношення для визначення скорегованої резонансної частоти о* елемента випробуваної конструкції приймає вигляд 1 t t  * 0  ( t1  t 2 ) 1  2  .  2  1   (7) 20 25 30 35 Таким чином, для визначення скорегованої резонансної частоти о* при урахуванні умови наявності інерційності при установленні резонансних режимів елемента випробуваної конструкції, як слідує із (7), необхідно провести реєстрацію резонансних частот 1, 2 і відповідних часових інтервалів t1, t2 при реалізації першого і другого режимів розгортки частоти сигналу збуджувальної дії із швидкостями V1, V2. Спосіб визначення резонансної частоти елементів конструкції реалізують на підставі наступного алгоритму: 1) формують перший режим розгортки частоти "" сигналу збуджувальної резонансну систему дії із першою постійною швидкістю V1 розгортки частоти; 2) в першому режимі розгортки частоти фіксують і реєструють першу частоту 1 і перший часовий інтервал t1 зміни частоти до значення 1, на якій різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2; 3) формують другий режим розгортки частоти "" сигналу збуджувальної резонансну систему дії із другою постійною швидкістю V2 розгортки частоти; 4) в другому режимі розгортки частоти реєструють другу частоту 2 і другий часовий інтервал t2 зміни частоти до значення 2, на якій різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2; 5) визначають першу і другу середні швидкості V1cp, V2cp розгортки частоти сигналу збуджувальної дії по співвідношеннях   V1ср  1t1 1, V2ср  2 t 21, 40 6) визначають значення скорегованої резонансної частоти 0* елемента конструкції при урахуванні наявності умови інерційності із співвідношення *   0  (t1  t 2 )( t11 1  t 221)1. 45 Новим в алгоритмі реалізації способу визначення скорегованої резонансної частоти 0* елемента конструкції є фіксація і реєстрація першого і другого часових інтервалів t1, t2 зміни частоти сигналу збуджувальної дії до частот 1, 2 відповідно, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2. Спосіб визначення скорегованої резонансної частоти 0* елемента конструкції реалізують наступним чином. 2 UA 72859 U 5 10 15 1) Установлюють випробуваний об'єкт (конструкцію) на рухомій платформі вібростенду електродинамічного типу. 2) Реалізують перший режим розгортки частоти сигналу збуджувальної дії із першою швидкістю V1. 3) Реєструють першу частоту 1 і перший часовий інтервал t1, який відповідає зміні частоти сигналу збуджувальної вібростенд дії до значення частоти ω, на якій різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2. 4) Реалізують другий режим розгортки частоти сигналу збуджувальної дії із другою швидкістю V2. 5) Реєструють другу частоту 2 і другий часовий інтервал t2, який відповідає зміні частоти сигналу збуджувальної вібростенд дії до значення частоти 2, на якій різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2. 6) За допомогою обчислювально-вимірювального комплексу (комп'ютерної системи) проводять обробку зареєстрованого інформаційного масиву сигналів 1, 2, t1, t2 і на підставі отриманого нового аналітичного співвідношення визначають скореговану резонансну частоту 0* елемента конструкції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб визначення резонансної частоти елементів конструкції, за яким формують два режими дії на конструкцію збуджувальними коливаннями сигналу змінної частоти, в кожному режимі вимірюють різницю фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції і фіксують першу і другу частоти 1,2 відповідно, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині  / 2 , в першому і другому режимах частоту сигналу збуджувальної дії змінюють із першою і другою постійними швидкостями V1, V2 відповідно розгортки частоти, який відрізняється тим, що реєструють перший часовий інтервал t1 зміни частоти розгортки до значення 1 і другий часовий інтервал t2 зміни частоти розгортки до значення 2 і визначають значення скорегованої резонансної * частоти  0 елемента конструкції із співвідношення: 30 *   0  (t1  t 2 )( t11 1  t 221)1. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3