Спосіб визначення параметрів коливань елементів конструкції

УКРАЇНА (19) UA (11) 72860 (13) U (51) МПК (2012.01) G01M 7/00 G01H 1/00 ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ (12) ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (21) Номер заявки: u 2012 03278 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 ПАРАМЕТРІВ КОЛИВАНЬ ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЇ Спосіб визначення параметрів коливань елементів конструкції, згідно з яким два рази діють на конструкцію збуджувальними коливаннями змінної частоти із першою і другою постійними швидкостями V1, V2 , реєструють відповідні частоти 1, 2 , на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині  / 2 , одночасно із фіксацією частот 1, 2 відповідно реєструють значення амплітуд коливань Y1Y2 на цих частотах. Одночасно із реєстрацією амплітудних значень коливань Y1, Y2 реєструють відповідно в першому режимі величину першого часового інтервалу t1 , що відповідає часу реєстрації першої частоти 1 , а в другому режимі реєструють величину другого часового * інтервалу t 2 , що відповідає часу реєстрації другої частоти 2 . Значення амплітуди Y0 коливань на резонансній частоті 0 визначають із співвідношення: *   Y0  ( t 21  t1 1)[( t 2 Y1) 1  (t1Y2 ) 1] 1 або * Y0  ( t1  t 2 )( Y11t1  Y2 1t 2 ) 1 . UA 72860 U (57) Реферат: UA 72860 U UA 72860 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 збуджувальним 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. СРСР №1254310, МПК G01H 1/00, 1986]. Недоліком відомого способу є недостатня інформативність і точність, що пояснюється визначенням тільки резонансної частоти і відсутністю можливості визначення амплітудного значення коливань на резонансній частоті, неврахуванням різного ступеня інерційності процесу установлення резонансу в режимах розгортки частоти, яка залежить від напряму розгортки частоти як в бік збільшення частоти, так і в бік її зменшення. Відомий також спосіб визначення параметрів коливань елементів конструкції, згідно з яким два рази діють на конструкцію збуджувальними коливаннями змінної частоти із першою і другою постійними швидкостями V1, V2, реєструють відповідні частоти 1, 2, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2, причому одночасно із фіксацією частоти 1 реєструють значення амплітуди Y1 коливань на цій частоті і одночасно із фіксацією частоти 2 реєструють значення амплітуди Y2 коливань на цій частоті [Ав. св. СРСР № 1700410, МПК G01М 7/00, 1991]. Недоліком відомого способу визначення параметрів коливань елементів конструкції залишається недостатня точність, що пояснюється наявністю інерційності при установленні резонансного режиму резонуючого елемента випробуваної конструкції при реалізації режимів сканування частот сигналу збуджувальної дії, причому ступінь інерційності збільшується при збільшенні швидкості розгортки частоти сигналу збуджувальної резонуючий елемент дії. Даний спосіб є найбільш близьким по технічній суті до запропонованої корисної моделі тому й прийнятий за прототип. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу визначення параметрів коливань елементів конструкції шляхом урахування наявності умови інерційності установлення резонансних режимів при реалізації режимів розгортки частоти сигналу збуджувальної резонуючий елемент дії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення параметрів коливань елементів конструкції, згідно з яким два рази діють на конструкцію збуджувальними коливаннями змінної частоти із першою і другою постійними швидкостями V1, V2, реєструють відповідні частоти 1, 2, на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині /2, одночасно із фіксацією частоти ω реєструють значення амплітуди Y1 коливань на цій частоті і одночасно із фіксацією частоти 2 реєструють значення амплітуди Y2 коливань на цій частоті, відповідно до корисної моделі, одночасно із реєстрацією амплітудних значень коливань Y1, Y2 відповідно реєструють в першому режимі величину першого часового інтервалу t2, що відповідає часу реєстрації першої частоти 2, а в другому режимі реєструють величину другого часового інтервалу t2, що відповідає часу реєстрації другої частоти 2, а значення амплітуди Yo* коливань на резонансній частоті о визначають із співвідношення: *   Y0  ( t 21  t1 1)[( t 2 Y1)1  (t1Y2 ) 1]1 45 або * Y0  ( t1  t 2 )( Y11t1  Y2 1t 2 ) 1 50 55 Застосування запропонованого способу визначення параметрів коливань елементів конструкції разом з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, забезпечує підвищення точності визначення амплітудного значення коливань на резонансній частоті за рахунок проведення нових технологічних операцій по реєстрації одночасно із реєстрацією амплітудних значень коливань на резонансних частотах першого і другого динамічних резонансних піків першого і другого часових інтервалів, що дає підставу для формування нового алгоритму. Розробка нового алгоритму визначення параметрів коливань елементів конструкції базується на наступних аналітичних перетвореннях. Відомо, що при реалізації першого і другого режимів розгортки частоти сигналу збуджувальної резонуючий елемент дії із швидкостями V1, V2 зміщення частоти максимуму динамічного резонансного піка відносно статичного резонансного піка визначають із співвідношення: 1 UA 72860 U  1  0  4Q01V1    1 2  0  4Q0 V2   (1) де Q - добротність резонансного піка. Із системи рівнянь отримаємо співвідношення для визначення «0» 0  ( 1V2  2 V1)( V2  V1) 1 (2) 5 Відомо також, що зміна величини Y максимуму динамічного резонансного піка при швидкості V розгортки частоти сигналу збуджувальної дії відносно максимуму статичного резонансного піка дорівнює величині:  Y  Y0  Y  (2Q01) 4 V 2 (3) 10 При швидкостях V1, V2 отримаємо систему рівнянь:  2 Y0  Y1  (2Q01) 4 V1   1 4 2  Y0  Y2  (2Q0 ) V2   (4) Після нескладних перетворень із (4) отримаємо співвідношення для визначення Y0: 15 2 2 Y0  ( Y1Y 22  Y1Y 21)( V2  V1 ) 1 20 (5) Співвідношення (5) отримано без прийняття умови наявності інерційності установлення резонансного режиму при зміні частоти сигналу збуджувальної резонуючий елемент дії і залежності ступеня інерційності від швидкості розгортки частоти. При урахуванні умови наявності процесу інерційності установлення резонансного режиму і реєстрації першого і другого максимумів Y1, Y2 напіврозмахів коливань першого і другого динамічних резонансних піків і значень першого і другого часових інтервалів t1, t2, що відповідають значенням Y1, Y2. Значення першої і другої середніх швидкостей V1*,V2* відповідно розгорток частоти визначимо із співвідношень: 25 *  V1  Y1t1 1 , *  V2  Y2t 21 , (6) При урахуванні (5), (6) скореговане значення максимуму Y*0 обвідної напіврозмахів коливань статичного резонансного піка отримаємо із наступного співвідношення: *   Y0  ( t 21  t1 1)[( t 2 Y1) 1  ( t1Y2 ) 1]1 * Y0  ( t1  t 2 )( Y11t1  Y2 1t2 ) 1 . (7) 30 35 40 Спосіб визначення параметрів коливань елементів конструкції реалізують на підставі наступного алгоритму: 1). Формують перший режим розгортки частоти сигналу збуджувальної дії із першою постійною швидкістю V1 розгортки частоти, реєструють перший максимум Y1 обвідної напіврозмахів коливань динамічного резонансного піка і перший часовий інтервал t1 від початку режиму розгортки частоти до моменту часу реєстрації значення Y1; 2). Формують другий режим розгортки частоти сигналу збуджувальної дії із другою постійною швидкістю V2 розгортки частоти, реєструють другий максимум Y2 обвідної напіврозмахів коливань динамічного резонансного піка і другий часовий інтервал t2 від початку режиму розгортки частоти до моменту часу реєстрації значення Y2; 3). Визначають першу і другу середні швидкості Y1*, Y2* розгортки частоти сигналу збуджувальної дії по співвідношенням: *  V1  Y1t1 1 , *  V2  Y2t 21 , (8) 2 UA 72860 U 4). Визначають значення параметра коливань елемента конструкції при умові урахування і наявності інерційності установлення резонансних режимів динамічних резонансних піків: *   Y0  ( t 21  t1 1)[( t 2 Y1) 1  ( t1Y2 ) 1] 1 * або Y0  ( t1  t 2 )( Y11t1  Y2 1t2 ) 1 5 10 15 20 . (9) Новим в алгоритмі реалізації способу визначення параметрів коливань є реєстрація першого і другого часових інтервалів t1, t2 зміни частоти сигналу збуджувальної дії, які вимірюють до моментів реєстрації значень першого і другого максимумів Y1, Y2 відповідно обвідних напіврозмахів коливань динамічних резонансних піків, що відповідають першій і другій швидкості V1, V2 розгортки частоти. Спосіб визначення параметрів коливань елементів конструкції реалізують таким чином. 1) Установлюють випробувану конструкцію на рухомій платформі вібростенда електродинамічного типу. 2) Реалізують перший режим розгортки частоти сигналу збуджувальної вібростенд дії із першою постійною швидкістю V1 розгортки частоти. 3) Реєструють першу амплітуду Y1 максимуму обвідної напіврозмахів коливань динамічного резонансного піка і перший часовий інтервал ti, який відповідає моменту реєстрації Y1. 4) Реалізують другий режим розгортки частоти сигналу збуджувальної вібростенд дії із другою постійною швидкістю V2 розгортки частоти. 5) Реєструють другу амплітуду Y2 максимуму обвідної напіврозмахів коливань динамічного резонансного піка і другий часовий інтервал t2, який відповідає моменту реєстрації Y2. 6) За допомогою обчислювально-вимірювального комплексу (комп'ютерної системи) проводять обробку інформаційного масиву сигналів Y1, Y2, t1, t2 і на підставі отриманого нового аналітичного співвідношення визначають параметр коливань резонуючого елемента конструкції. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб визначення параметрів коливань елементів конструкції, згідно з яким два рази діють на конструкцію збуджувальними коливаннями змінної частоти із першою і другою постійними швидкостями V1, V2 , реєструють відповідні частоти 1, 2 , на яких різниця фаз між збуджувальними коливаннями і коливаннями елемента конструкції дорівнює величині  / 2 , одночасно із фіксацією частот 1, 2 відповідно реєструють значення амплітуд коливань Y1Y2 на цих частотах, який відрізняється тим, що додатково одночасно із реєстрацією амплітудних значень коливань Y1, Y2 реєструють відповідно в першому режимі величину першого часового інтервалу t1 , що відповідає часу реєстрації першої частоти 1 , а в другому режимі реєструють величину другого часового інтервалу t 2 , що відповідає часу реєстрації другої частоти 2 , а * значення амплітуди Y0 коливань на резонансній частоті 0 визначають із співвідношення: *   Y0  ( t 21  t1 1)[( t 2 Y1) 1  (t1Y2 ) 1] 1 або 40 * Y0  ( t1  t 2 )( Y11t1  Y2 1t 2 ) 1 . Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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