Резонансных характеристик

В ряде случаев именно благодаря наличию графита чугун имеет преимущества перед сталью: во-первых, наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой, стружка ломается, когда резец дойдет до графитного включения; во-вторых, чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами2 благодаря смазывающему действию графита; в-третьих, наличие графитных выделений быстро гасит вибрации и резонансные колебания; в-четвертых, чугун почти нечувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т. д.

Виброустойчивость. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей. В некоторых случаях вибрации снижают качество работы машин. Например, вибрации в металлорежущих станках снижают точность обработки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания. Вредное влияние вибраций проявляется также и вследствие увеличения шумовых характеристик механизмов. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчеты на колебания приобретают все большее значение.

цепи. Для рекомендуемых значений параметров (г, рц, а и пр.) непостоянство передаточного отношения не превышает 1...2%, а динамические нагрузки составляют несколько процентов от окружной силы F,. При большинстве режимов работы цепных передач резонансные колебания не наблюдаются, так как частота возмущающих импульсов больше частоты собственных колебаний. Кроме того, амплитуды колебаний уменьшаются вследствие демпфирующих свойств цепи.

3. Ударные воздействия также могут явиться причиной разрушения объекта. Часто повреждения, вызываемые ударом, носят характер хрупких разрушений. Однако многократные удары могут приводить и к усталостным разрушениям, особенно в тех случаях, когда периодическое ударное воздействие оказывается способным вызвать резонансные колебания объекта.

стремятся к быстрому прохождению зоны резонанса при разгоне с тем, чтобы не успели развиться опасные резонансные колебания.

К вынужденным относятся колебания, вызываемые действием внешних сил, изменяющихся по определенному закону. Для вынужденных колебаний характерно протекание свободных колебаний одновременно с колебаниями периодического характера от внешнего возбудителя (рис. 24.2). При таких колебаниях амплитуда меняется во времени и при определенных условиях имеет тенденцию к неограниченному росту (резонансные колебания).

Затем надо проанализировать, с какими собственными частотами с% может колебаться система. Вообще говоря, реальная система обладает не одной собственной частотой, а несколькими или даже бесконечным числом и ее при малых отклонениях не всегда можно представить в виде одного линейного осциллятора. Может случиться, что при малых отклонениях система ведет себя как совокупность линейных осцилляторов с различными собственными частотами. Каждый из них под действием соответствующих гармонических составляющих силы может начать резонансные колебания. Например, мост может совершать вертикальные колебания, горизонтальные смещения поперек своей длины, колебания вдоль своей длины и т. д. Собственные частоты колебаний различны и у каждого вида колебаний имеется не одна собственная частота. Все собственные частоты надо принять во внимание при анализе действия внешней периодической силы. Конструкторская работа частично состоит в том, чтобы избежать резонансного действия внешних сил на систему. Не менее важной задачей в других случаях является обеспечение резонансного воздействия внешних сил на систему. Например, в радиотехнике при приеме радиосигналов необходимо добиться их резонансного воздействия на колебательные контуры радиоприемника. В обоих случаях задача сводится к исследованию вынужденных колебаний линейного осциллятора под действием внешней периодической силы.

ществования которой невозможно установить какое-то периодическое изменение. Результат ее воздействия может быть выяснен с помощью только что изложенных соображений. Пусть продолжительность Т действия силы значительно больше времени т установления колебаний в системе. Тогда по истечении т. в системе установится некоторый стационарный режим, в котором не произойдет каких-либо существенных изменений в последующий промежуток времени Т—т. Поэтому естественно рассматривать процесс как периодический с периодом Т. Представим эту силу в виде (53.23). Очевидно, что составляющие силы, соответствующие членам «>•!, за время Т успевают сделать много колебаний, причем стационарный режим для них устанавливается в течение времени нескольких первых колебаний. Поэтому для этих составляющих полностью применимы все выводы о действии периодической силы. Если частоты попадают в резонансную область, то амплитуда соответствующих колебаний сильно возрастает. Ввиду того, что в этом случае может быть (й<Са>о(о)о = = 2я/Т). вблизи резонансного значения Жл) = ыо могут находиться частоты многих членов (53.23). Соответствующие почти резонансные колебания складываются друг с другом. С другой стороны, в этом случае первые члены суммы (53.23) с п = 0, 1, 2,... имеют частоты, много меньшие резонансной. Для таких частот справедливо уравнение (53.12), когда отклонение как бы мгновенно следует за силой. Таким образом, если непериодическая сила существует много дольше времени установления колебаний и периода резонансных колебаний, то процесс рассматривается совершенно аналогично случаю периодической силы. Строго говоря, при таком подходе будет допущена некоторая ошибка, потому что в

В практике довольно часто возникает задача контроля изделий с неровными или непараллельными поверхностями. Изменение толщины изделия в зоне взаимодействия его с преобразователем приводит к тому, что резонансные колебания возбуждаются не на одной частоте, а в пределах некоторого интервала частот. Расширение резонансных пиков затрудняет их регистрацию. Эксперименты показали, что измерения резонансным методом возможны, когда изменение толщины изделия в зоне контакта с преобразователем не превосходит 8% от среднего значения толщины.

Иммерсионный резонансный толщиномер применяют для измерения толщины непрерывно движущихся труб. Трубу протягивают через локальную иммерсионную ванну, где толщина слоя воды между нею и ПЭП составляет 40 ...50 мм. Через воду в ОК вводят ультразвуковые колебания, частоту которых варьируют. В результате в слое иммерсионной жидкости возникают резонансные колебания. Толщина слоя во много раз больше длины волны на минимальной частоте (около 3 МГц), поэтому резонансных пиков будет очень много и они близко расположены на линии развертки. Коэффициент отражения от границы иммерсионная жидкость — ОК зависит от толщины стенки ОК. На частотах, определяемых (2.51), т. е. кратных полуволновым, он имеет минимумы (см. § 1.3), в результате на этих частотах высота резонансных пиков слоя воды резко уменьшается, образуются минимумы. По частоте минимума или по частотному интервалу между минимумами измеряют толщину.

3. Ударные воздействия также могут явиться причиной разрушения объекта. Часто повреждения, вызываемые ударом, носят характер хрупких разрушений. Однако многократные удары могут приводить и к усталостным разрушениям, особенно в тех случаях, когда периодическое ударное воздействие оказывается способным вызвать резонансные колебания объекта.

При определении резонансных характеристик необходимо уменьшить до минимума влияние излучающего и приемного преобразователей и креплений изделия на его добротность. Поэтому рекомендуется использовать бесконтактные преобразователи. Для уменьшения влияния креплений изделие опирают или подвешивают в узлах смещения. Используют также опоры из мягких, пористых материалов (поролона, губчатой резины).

по изменению коэффициента отражения от клеевого шва и метод контроля прочности клеевых соединений путем измерения резонансных характеристик нагруженного на изделие пьезоэле-мента. Первые два метода являются вариантами эхо-метода, третий — резонансного. Области применения методов указаны в табл. 28.

Очаг разрушения лопатки расположен со стороны ее спинки и в нем отсутствуют какие-либо признаки механического повреждения материала или наличия дефектов материала. Все это свидетельствовало о естественном зарождении и развитии усталостной трещины в материале лопатки после ее повреждения. Механическое повреждение в результате возможной деформации отсутствовавшей части пера лопатки вызвало нарушение геометрии путем изгиба лопатки и привело к изменению ее резонансных характеристик, что и определило быстрое зарождение и распространение усталостной трещины.

Самолет после последнего ремонта и без последующего осмотра в эксплуатации лопаток наработал 1877 ч. Поэтому однозначно можно утверждать, что отказ двигателя в полете был связан с первоначальным повреждением одной из лопаток X ступени КВД из-за попадания в проточную часть двигателя постороннего предмета в процессе эксплуатации после последнего ремонта. Попадание постороннего предмета вызвало деформацию пера лопатки, изменение ее резонансных характеристик, а также изменение уровня вибронапряженности из-за нарушения обтекания газовым потоком ее профиля. Разрушения остальных шести лопаток были также связаны с изменением в резонансных характеристиках этих лопаток из-за нанесенных на них повреждений с той лишь разницей, что деформации перьев этих лопаток явились следствием ударов отделившейся части пера первоначально разрушившейся лопатки.

Представление составной динамической модели машинного агрегата в виде эквивалентной Т^-модели, помимо вычислительных преимуществ при решении проблемы определения собственных спектров, позволяет установить важные принципы направленного формирования динамических свойств сепаратных частей агрегата по заданным критериям эффективности. Одной из главных задач синтеза динамической модели машинного агрегата является формирование собственного спектра модели, рационального относительно резонансных характеристик машинного агрегата.

Возмущающие воздействия машинных агрегатов характеризуются в реальных условиях ограниченным спектром [28, 93J. Поэтому относительно резонансных характеристик модели силовой цепи машинного агрегата и для формирования его динамического отклика при апериодических возмущениях существенное значение имеет структура усеченного собственного спектра рассматриваемой модели. Размерность такого спектра (число г учитываемых собственных форм модели машинного агрегата) определяется величиной эффективного диапазона [О, /J возмущающих воздействий [28]: • .

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ {РЕЗОНАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМОВ

В сложных колебательных системах со многими степенями свободы, какими являются конструкции машин с присоединенными опорными и неопорными связями, в диапазоне частот действия возмущающих сил всегда имеется большое количество частот собственных колебаний. Задачей является исключение возможности совпадения частот вынужденных и собственных колебаний, которые могут проявиться при действии на конструкции данной системы сил. Только в такой постановке могут быть получены определенные положительные результаты. Поэтому при исследовании резонансных характеристик конструкций машин необходимо иметь четкое представление о системе действующих в машине вибрационных сил и овределять реакцию конструкций именно по отношению к такой (или близкой к ней) системе сил.

: 1. Экспериментальное определение резонансных характеристик

Механическое сопротивление, или податливость. Одним из основных общепринятых условий успешного выявления причин повышенных вибраций является определение резонансных характеристик (механических сопротивлений и податливостей) блокированных агрегатов. Однако в практике виброакустической диагностики информация о резонансных характеристиках используется без учета характера силового воздействия на систему.

Выявление резонирующих элементов конструкций механизмов и блочных агрегатов при различном характере действующих сил. В сложных колебательных системах со многими степенями свободы (например, в блочных агрегатах с присоедине! -ными опорными и неопорными связями) в диапазоне действия частот возбуждающи \ сил всегда имеется большое количество частот собственных колебаний, часто соь-падающих с частотами вынужденных колебаний, поэтому при определении резонансных характеристик механизмов и блочных агрегатов необходимо учитывать характер действующих в механизме сил.