Динамические испытания балки в режиме свободных колебаний

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Сибирский государственный индустриальный университет“

 

Кафедра инженерных конструкций

Отчет по лабораторной работе № 4

Динамические испытания балки в режиме свободных колебаний

                                                                                      Выполнил: ст. гр. СПК-06

Баландина О. Н.

                                                                        Лукунина М.М.

Мельникова С. А.

                                                                         Принял:

                                                                  Матвеев А. А.

Новокузнецк, 2010

Теоретические сведения

Интенсивное развитие техники, проектирование промышленных зданий под высокопроизводительное технологическое оборудование и стремление использовать в полной мере возможности конструкций работать в различных режимах за последние годы существенно ускорили развитие динамических испытаний строительных конструкций.

Цели динамических испытаний конструкций:

1.  Определение эксплуатационных и прочностных характеристик строительных конструкций при технологических динамических нагрузках (возможность появления резонанса; оценка возможности усталостного разрушения; определение характеристик колебаний конструкций и т.д.)

2.  Исследование стойкости зданий и отдельных их элементов под действием сейсмической нагрузки.

3.  Оценка воздействия колебаний конструкций на обслуживающий персонал или технологический процесс.

4.  Оценка качества конструкций и сооружений по их динамическим характеристикам.

Для достижения этих целей используются следующие основные показатели динамических свойств конструкций:

- частота и период колебаний;

- амплитуда и форма колебаний;

- характеристики затухания колебаний;

- динамические напряжения в элементах конструкций.

Задачи работы

1.  Изучение методики и оборудования для проведения динамических испытаний балки в режиме свободных колебаний.

2.  Изучение методики обработки результатов динамических испытаний.

3.  Получение числовых значений основных динамических характеристик испытываемой балки:

- частоты и периода собственных колебаний;

- логарифмического декремента колебаний;

- коэффициента затухания колебаний.

Оборудование и методика проведения испытаний

В работе проводится испытание балки, тип сечения и основные характеристики которой приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Тип сечения и характеристики исследуемой балки

Тип сечения	Основные характеристики
	Сталь	Е, кгс/см2	q, кгс/1м.п.	mб, кг	Wх, см3	l, см	Jх, См4
	МСт3 ГОСТ 380-71	2,1х106	10,4	0,032	8,52	300	31,2

Свободные колебания возникают в тех случаях, когда система выведена из состояния покоя однократным воздействием и затем предоставлена самой себе. Свободные колебания в строительных конструкциях могут возникать в результате различных ударов либо при внезапной упругой разгрузке (например, от разрушения отдельных элементов конструкций или соединений).

В данной работе свободные колебания балки создаются за счет упругой разгрузки.

Для регистрации основных параметров колебаний в среднем сечении балки наклеены тензорезисторы типа 2ПКБ-20-200.

Сигналы от тензорезисторов поступают на вход тензоусилителя ТА-5, где они усиливаются и подаются на быстродействующий самописец типа Н-033. На бумажной ленте самописца, перемещающейся с заданной скоростью, производится запись виброграммы.

Основные динамические характеристики получают путем обработки виброграммы колебаний.

Обработка виброграммы и определение параметров колебаний

Виброграммы обычно записывают в следующих координатах: амплитуда колебаний (по вертикали) – время (по горизонтали).

Первую удвоенную амплитуду колебаний на виброграмме обозначают 2а_n и измеряют линейкой. Через 20-30 периодов колебаний выбирают еще одну амплитуду, которую обозначают 2а_m. Исло целых периодов колебаний на выбрано участке виброграммы между A_n   и  A_m  будет равно m-n, где  n=1. Длину участка виброграммы между A_n  и  A_m  измеряют линейкой и обозначают  l_(m-n).  Зная скорость протяжки ленты самописца  (V_зап=12,5 мм/с), находят отрезок l виброграммы, записанные за 1с.

По измеренным параметрам виброграммы определяют следующие характеристики колебательного процесса:

1.  Частоту собственных колебаний, с^-1:

f_oэ=(m-n)l/l_(m-n)

 

2.  Период собственных колебаний, с:

T_o=2π/f

3.  Логарифмический декремент колебаний:

δ=(1/m-n)ln(2a_n/2a_m)

4.  Коэффициент затухания колебаний, с^-1:

ε=δ/Т_о

 

5.  Время затухания колебаний, с:

t_зат=L/V_зап

 

где L-полная длина виброграммы;

V_зап -скорость движения ленты самописца.

Результаты вычислений приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты испытаний

Номер опыта	Р, кгс	(m-n)	l(m-n), мм	l, мм	foэ, Гц	Δ f, %
1	10	25	34	12,5	9,2	5,7
2	20	30	39	12,5	9,24	1,5
3	30	34	46	12,5	9,62	5,3

Продолжение таблицы 2

Номер опыта	Тоэ, с	Тор, с	Δ Т, %	δ	ε, с	tзат, с
1	0,68	0,643	5,8	0,14	0,206	2,72
2	0,653	0,643	1,53	0,142	0,217	3,12
3	0,68	0,643	5,75	0,131	0,193	3,68