Теоретические основы и классификация средств измерений параметров динамической работы конструкции

Динамические испытания строительных конструкций отличаются от статических тем, что величина и направление нагрузки не остаются постоянными на этапах загружения, сравнительно быстро изме­няются во времени и вызы­вают линейные и угловые перемещения.

К параметрам линейной вибрации относятся переме­щения, скорость, ускорения и резкость (первая произ­водная от ускорения), к па­раметрам угловой - угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение, угловая резкость. Параметрами обо­их видов вибрации служат: фаза, частота и коэффициент нелинейных искажений.

 

Рис.8.11. Схема инерционного вибропреобразователя

 

Для измерения параметров линейной и угловой вибрации используется 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. Основной элемент такого вибропреобразователя — инерционная масса , соединенная с корпусом прибора пружиной жесткостью и демпфирующим элементом с коэффициентом успокоения (рис. 8.11). Корпус прибора совершает колебания вместе с исследуемой конструкцией. Масса перемещается относительно корпуса на величину , которая может быть записана на вращающемся с заданной скоростью барабане. Перемещение пружины - . Следо­вательно,

Для определения закономерностей движения системы запишем дифференциальное уравнение движения массы по времени :

Подставив значение , получим

(8.3.)

где точки над буквами обозначают дифференцирование по времени.

Для анализа работы вибропреобразователя введем в урав­нение (8.3) следующие обозначения: - частота собственных колебании системы; - коэффициент затухания.

Тогда

(8.4.)

Если в приборе нет демпфирующего элемента и частота собственных колебаний незначительна , то . Пренебрегая произвольными постоянными, получим . 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 в прибор ввести хорошо гасящий колебания демпфирующий элемент, из уравнения (8.4), пренебрегая первым и третьим слагаемыми, получим , откуда .

Такой прибор служит для определения скорости колебании, его называют виброметром скорости (вибровелосиметром). И, наконец, при отсутствии демпфера и высокой час­тоте колебаний перемещение массы пропорционально ускорению

Такой прибор называется виброметром ускорения (виброакселерометром).

На основании практики динамических испытаний строительных конструкций и работ виброизмерительные приборы можно разделить на две основные группы: контактные и дистанционные (рис. 8.12).

К контактным относятся механические и оптические при­боры, применяемые при освидетельствовании конструкций и для приближенного определения параметров колебаний (амплитуд, 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.

 

Виброизмерительные приборы

 

Контактные

Дистанционные

 

Механические

Оптические

Первичные вибропреобразователи

Вторичные приборы и регистрирующие устройства

 

 

Простейшие

С регистра- цией показаний

Пассивные

Активные

 

 

Амплитудоизмерители

Частотомеры

Ручной виброграф

Виброграф Гейгера

Вибромарка

Зеркальные и др.

Индукционные

Пьезоэлектрические

Индуктивные

Резистивные

Усилители и тензостанции

Осциллограф

Самопишущие приборы

Магнитографы, эпюрографы

Вспомогательные приборы

 

Рис.8.12. Классификация приборов для динамических испытаний

 

Бесспорными преимуществами обладают дистанционно работающие вибропреобразователи, устанавливаемые на испытываемой конструкции (первичные приборы). Их сигнал записывается вторичными приборами, помещенными на определенном расстоянии от испытываемой конструкции.

Процесс измерения динамических характеристик испыты­ваемой конструкции обычно состоит из следующих операций:

а) преобразования измеряемой величины в другую фи­зическую величину, более удобную для измерения;

б) измерения вторичной физической величины;

в) регистрации измерении;

г) обработки результатов измерений.