ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Проектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооружения

Влияние непараллельности торцов на спектр свободно затухающих колебаний балки

  • Попов А.Л. - Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН); Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Садовский С.А. - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.5.538-547
Страницы: 538-547
Введение. Метод свободных колебаний широко применяется для обнаружения внутренних дефектов в стержневых и пластинчатых элементах конструкций. В данном исследовании он используется для диагностики дефекта стержневого образца, заключающегося в непараллельности торцов стержня. Рассмотрена возможность идентификации дефекта в форме скоса одного из торцов стержня по спектру частот свободно затухающих продольных и поперечных колебаний после ударных воздействий по боковой и торцевой граням стержня. Материалы и методы. Представлены экспериментальная установка и методика бесконтактной регистрации спектра частот собственных колебаний стержня по спектру его звукоизлучения. Обнаружены признаки дефекта в виде раздвоения частот поперечных колебаний стержня. При этом максимальные амплитуды раздвоенных частот соответствовали большим или меньшим частотам в зависимости от того, по каким граням производился удар. Это позволяет определить не только факт наличия дефекта в форме скоса края, но и установить его ориентацию относительно боковых граней стержня. Результаты. Предложена приближенная теоретическая модель, объясняющая эффект раздвоения частот при наличии непараллельности торцов стержня. Для этого рассмотрены спектры частот поперечных колебаний двух стержней с длинами, равными длинам меньшей и большей граней исходного стержня со скошенным краем. Эксперименты показали, что разности собственных частот изгибных колебаний стержней с длинами, равными длинам меньшей и большей граней стержня со скошенным краем, соответствующих формам собственных колебаний с одинаковым числом волн по длине стержня, согласуются с разностями раздвоенных частот свободных затухающих поперечных колебаний стержня со скошенным краем. При этом соотношение амплитуд раздвоенных частот позволяет определить не только факт наличия скошенного края, но и грани, где имеется этот скос. Выводы. Применение и разработка метода через анализ спектра собственных колебаний могут привести к дополнительным возможностям дистанционного контроля качества стержневых элементов конструкций.
  • балочный образец;
  • ударное воздействие;
  • затухающие колебания;
  • звукоизлучение;
  • спектр;
  • раздвоение частот;
  • влияние непараллельности торцов ;
Литература
  1. Глаговский Б.А., Московенко И.Б. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. Л. : Машиностроение, 1977. 203 с.
  2. Ланге Ю.В. Акустические низкочастотные методы и средства неразрушающего контроля многослойных конструкций. М. : Машиностроение, 1991. 272 с.
  3. Ваньков Ю.В., Казаков Р.Б., Яковлева Э.Р. Собственные частоты изделия как информативный признак наличия дефектов // Техническая акустика. 2003. № 5. URL: http://www.ejta.org/ru/vankov
  4. Акуленко Л.Д., Нестеров С.В. Влияние дефекта массы на частоты и формы продольных колебаний стержня // Известия РАН. МТТ. 2014. № 1. С. 135–144.
  5. Акуленко Л.Д., Байдулов В.Г., Георгиевский Д.В., Нестеров С.В. Эволюция собственных частот продольных колебаний стержня при увеличении дефекта поперечного сечения // Известия РАН. МТТ. 2017. № 6. С. 136–144.
  6. Акуленко Л.Д., Нестеров С.В. Исследование влияния дефектов на спектры собственных частот и формы колебаний стержней // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4. С. 32–33.
  7. Shifrin E.I. Identification of a finite number of small cracks in a rod using natural frequencies // Mechanical Systems AND Signal Processing. 2016. Vol. 70–71. Pp. 613–624. DOI: 10.1016/j.ymssp.2015.09.023
  8. Ильгамов М.А. Продольные колебания стержня с зарождающимися поперечными трещинами // Известия РАН. МТТ. 2017. № 1. С. 23–31.
  9. Рэлей Дж. Теория звука / пер. с 3-го англ. изд. П.Н. Успенского, С.А. Каменецкого; под общ. ред. С.М. Рытова, К.Ф. Теодорчика. М. ; Л. : Гостехтеоретиздат, 1940. Т. 1. 499 с.
  10. Гельман Л.М., Горпинич С.В. Виброакустический метод свободных колебаний для неразрушающего контроля трещин // Акустичний вісник. 1999. Т. 2. № 4. С. 13–22.
  11. Гельман Л.М., Горпинич С.В., Ширков В.Т. Адаптация в виброакустическом методе свободных колебаний // Акустичний вісник. 2000. Т. 3. № 3. С. 17–25.
  12. Bouraou N.I., Boyarchuk A.A., Gelman L.M. Nondestructive free oscillation method of crack evaluation // Journal of the Acoustical Society of America. 1998. Vol. 104. Issue 3. P. 1791. DOI: 10.1121/1.423526
  13. Козар Н.К., Козар А.Н. Метод свободных колебаний для обнаружения межкристаллитной коррозии металлов. М. : РУСАИНС, 2016. 208 с.
  14. Голдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. М. : Изд-во лит-ры по строительству, 1965. 448 с.
  15. Пат. № 120361 SU. МПК G01N 29/24, G01N 29/12. Устройство для обнаружения скрытых дефектов в твердых телах, в частности при определении качества их склейки / В.И. Акимов, Н.С. Акулов, В.А. Кунавина, Б.М. Ольчев. № 615230, заявл. 1958.12.27; опубл. 1959.01.01. Бюл. № 11, 1959.
  16. Ковач Б.В., Стоун Дж., Пападакис Э.П. Разработка усовершенствованной системы контроля звукового резонанса на предмет узловатости коленчатых валов // Оценка материалов. 1984. Т. 42. № 7. С. 906–916.
  17. Ямщиков В.С., Сидоров Е.Е., Бауков Ю.Н., Потапов В.С. Виброакустический метод контроля качества слоистых конструкций // Дефектоскопия. 1978. № 8. С. 26–35.
  18. Гольдштейн Р.В., Нечипоренко П.Р., Попов А.Л., Козинцев В.М., Челюбеев Д.А., Губин В.В. Оценка эксплуатационной поврежденности по излучаемому акустическому полю при ударных испытаниях стальных образцов // Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем : сб. науч. тр. III Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 13–17 ноября 2017. М. : Московский технологический университет (МИРЭА), 2017. С. 603–609.
  19. Клюев В.В. Технические средства диагностирования. М. : Машиностроение, 2005. 672 с.
  20. Функции Zetlab. URL: https://zetlab.com/product-category/programmnoe-obespechenie/funktsii-zetlab
  21. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов / пер. с англ.; под ред. А.А. Бритова. 2-е изд. М. : БИНОМ, 2006. 652 с.
  22. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность, устойчивость, колебания : справочник в 3-х т. М. : Машиностроение, 1968. Т. 3. 567 с.
СКАЧАТЬ (RUS)