СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИИ НА УДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
METHOD FOR IMPACT TESTING OF CONSTRUCTION

Изобретение относится к технике испытаний конструкций на динамические воздействия, преимущественно железобетонных конструкций, и обеспечивает повышение достоверности испытаний.
0
0
0
г
0
г
г
01
1
г
1
m1
01
г1
Аналогом заявляемого способа является способ вибрационных испытаний объектов по патенту РФ на изобретение № 1773164. Способ включает в себя определение собственной частоты f и добротности Q испытуемого объекта, а затем воздействие на объект гармонической вибрацией с амплитудой, выбранной в соответствии со значениями f, Q, из V и условия равенства максимальных реакций объекта при гармонической и имитируемой случайной вибрации. Определяют зависимости собственной частоты f и добротности Q от амплитуды А гармонической вибрации f(A), Q(A), из полученных зависимостей находят значение собственной частоты f и добротности Q при среднем значении амплитуды А из диапазона заданных значений, затем вычисляют при добротности Q соответствующий ударный спектр случайного вибрационного процесса, по определенному спектру находят максимальную реакцию А объекта на собственной частоте f, определяют уточненное значение амплитуды А гармонической вибрации по формуле:
г1
Далее сравнивают уточненное значение амплитуды гармонической вибрации А со средним ее значением. Способ повышает точность определения амплитуды гармонической вибрации.
Однако данный способ не может достаточно точно определить частоты при испытании железобетонной конструкции на динамическую нагрузку с ее разрушением, так как железобетонные конструкции от образца к образцу имеют разброс собственных частот вследствие специфики изготовления железобетонных конструкций.
0 -
0
Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ испытания объекта на ударные воздействия по патенту РФ на изобретение № 1811276. Способ основан на замене сложного реального воздействия последовательным воздействием на объект двух ударных импульсов эталонной формы. Параметры первого импульса задают из условия обеспечения близости максимальных деформаций объекта в области его низкочастотного резонанса при испытательном и имитируемом реальном воздействиях. Параметры второго импульса задают из условия обеспечения близости ударных спектров испытательного и реального воздействий в диапазоне частот, лежащих выше, где f низшая собственная частота объекта. При предварительном определении f создают предварительную статическую деформацию объекта, соответствующую по величине и направлению максимальной деформации объекта при реальном воздействии. Данный способ относится к способам испытаний на приведенные ударные воздействия, имитирующие реальные ударные процессы. Известно, что одна и та же конструкция в зависимости от рабочего положения будет иметь частоту собственных колебаний, определяемую с ошибкой около 15%, и от образца к образцу конструкции существует разброс собственных частот вследствие специфики изготовления натурных железобетонных конструкций, так как практически невозможно точно воспроизвести железобетонную конструкцию. Данный способ не дает возможности точно определить и исключить высший спектр собственных гармонических составляющих и гармоник колебаний, образующихся в процессе разрушения конструкции в зарегистрированных сигналах датчиков измерительной системы. Расчет по приведенной в способе формуле не позволяет точно определить собственные гармоники, и ошибка в расчетах собственной частоты может достигать десятков процентов, что неприемлемо для получения достоверных результатов.
Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить точность и достоверность результатов натурных испытаний конструкций.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в фильтрации полученных высших гармоник собственных колебаний и получении точных значений измерения параметров колебаний, образующихся в процессе разрушения конструкции.
Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый способ имеет общее с прототипом то, что предварительно определяют низшую собственную частоту колебаний конструкции, после чего конструкцию подвергают ударной нагрузке из условия обеспечения максимальной деформации. Но в отличие от прототипа по заявляемому способу низшую собственную частоту колебаний конструкции определяют резонансным методом. После чего, не меняя положения испытуемой конструкции, производят разрушающий удар. Полученные данные обрабатывают и фильтруют высшие гармоники собственных колебаний, соответствующие гармоникам в момент разрушения конструкции, от низшей гармоники, частота которой соответствует измеренной низшей собственной частоте колебаний конструкции. В частном случае для определения низшей собственной частоты колебаний в конструкции возбуждают вибратором колебания, которые регистрируют измерительной системой по сигналу акселерометра, и по максимуму резонанса определяют низшую собственную частоту. По полученным данным (отфильтрованным высшим гармоникам) судят о реальных значениях динамических параметров.
При реализации способа точность результатов испытаний и их достоверность складывается из следующих факторов. Во-первых, применение резонансного метода для определения низшей собственной частоты уже дает более точные данные о собственной низшей частоте конструкции, чем в прототипе. Во-вторых, известно, что деформация (разрушение) конструкции происходит в момент резонанса вынужденных собственных колебаний высокой частоты с собственными колебаниями, которые имеются и возникают внутри конструкции (им характерна низшая собственная частота). Фильтруя согласно способу высшие гармоники собственных колебаний в момент разрушения (отделяя низшую гармонику), можно с высокой точностью и достоверностью судить о динамических параметрах. К тому же согласно способу при определении низшей собственной частоты колебаний и при ударном испытании конструкция находится в одинаковых условиях (в одном положении).
Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники технические решения, в которых полученные результаты при испытании конструкции на ударные воздействия фильтровались в момент ее разрушения с учетом измеренной низшей собственной частоты конструкции. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа, поскольку он явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать для любых (железобетонных, металлических и др.) конструкций с достижением указанного технического результата.
Способ выполняют следующим образом. Испытуемую конструкцию сначала устанавливают на опоры в рабочем положении. В месте где будет приложена динамическая нагрузка, устанавливают калиброванный вибратор и акселерометр. Работа вибратора регулируется с помощью регулируемого генератора низкой частоты от нуля до максимума низшей собственной частоты конструкции. Диапазон резонансных частот и граничные условия для разных образцов разные и соответствуют нормативам на конкретный образец. Показания акселерометра фиксируются измерительной системой. После измерения собственной частоты конструкции в место, где был ранее установлен калиброванный вибратор, производят разрушающую динамическую нагрузку. Полученные данные измерений акселерометра с помощью измерительно-вычислительного комплекса фильтруют фильтром низших частот с учетом полученной низшей собственной частоты. В качестве возбудителя колебаний можно использовать любой низкочастотный генератор импульса. Результаты экспериментальных исследований железобетонной конструкции (ускорений от времени) без фильтрации (с низшей собственной частотой) показаны на фиг.1, а полученные результаты тех же параметров с учетом фильтрации фильтром низших частот, т.е. отфильтрованными высшими гармониками, показаны на фиг.2. Как видно из приведенных фигур, применение фильтрации с учетом низшей собственной частоты конструкции дают наиболее достоверные результаты. По фиг.1 сложно судить о реакции конструкции на ударное воздействие, т.к. происходит наложение частот друг на друга, при этом амплитуды колебаний существенно завышены, а на фиг.2 отображена диаграмма колебаний конструкции, в которой не участвуют высшие гармоники колебаний и при этом амплитуды колебаний соответствуют частоте разрушения.