книги из ГПНТБ / Давыдов, В. В. Динамические расчеты прочности судовых конструкций учебник

производится с помощью отсчетных микроскопов или фотометриче­ ским способом, если отсчет выносится на какой-либо прибор, имею­ щий градуированную шкалу. Настройка по частоте ведется с помощью частотомера, работающего от процезионного датчика частоты.

Для грубой оценки показаний датчиков ускорений можно прово­ дить и их статическую тарировку. Учитывая, что принципиальная конструкция датчика имеет вид, показанный на рис. 76, при верти­ кальном положении сила веса груза растягивает пружину. При по­ вороте датчика на 90°, т. е. в горизонтальное положение, действие силы веса на пружину прекращается и она приходит в ненагруженное со­ стояние. При этом масса сместится пропорционально земному ускоре­ нию (+ g)• Если повернуть датчик на 180°, то пружина отклонится в обратном направлении, условно принятом за отрицательное, при­ чем это отклонение будет пропорциональным — g, если за нулевое принять горизонтальное положение. Общее смещение массы при по­ вороте прибора вокруг горизонтальной оси на 180°, очевидно, пропор­ ционально 2g.

По результатам тарировки строят два вида графиков — один, ко­ торый дает частотную характеристику датчика (измеряемый параметр в функции частоты), и другой, который показывает чувствительность измерительного тракта (измеряемый параметр в функции показаний шкалы датчика). Для того, чтобы чувствительность датчиков при та­ рировке соответствовала той, которая будет после установки их на судно, необходимо тарировать измерительный тракт в комплексе, т. е. с проводами такой же длины, какая будет на судне, с теми же ка налами усилителя и регистратора. Тарировку следует производить дважды — до и после испытаний.

Взависимости от того, какова цель предстоящих испытаний (про­ грамма), выбирают тип регистратора, т. е. фиксатора показаний дат­ чиков вибрации. Для визуальных отсчетов чаще всего применяют приборы g -метры, т. е. приборы, фиксирующие на шкале величину виброускорения в долях g. Это стрелочные приборы со шкалами, градуированными в долях g. В этом случае не интересуются струк­ турным составом вибрации, а только наибольшей величиной вибро­ перегрузки.

Втом случае, если необходимо оценить амплитуду и частоту виб­ рации, применяют виброщупы, такие, как ручной виброграф ВР-1,

частотный диапазон которого 5—50 Гц. Схема его показана на рис. 75. Прибор фиксирует на меловой бумаге амплитуду колебаний во времени, что дает возможность непосредственно измерить ампли­ туду колебаний и подсчитать их частоту.

Существует еще ряд приборов для непосредственного получения параметров вибрации, например, самописцы уровней вибрации из­ вестной датской фирмы Briiel and Kjaer и др.

Приборы, дающие экспресс-информацию, предоставляют возмож­ ность судить только о какой-то одной стороне явления, хотя на основе этой информации в некоторых случаях можно сделать достаточные выводы и наметить более детальные пути исследования вибрации и ее источников. Подробное исследование вибрации и ее источников —

331

довольно трудная задача. Для того чтобы выяснить, как вибрация распространяется, какие силы ее вызывают, необходимы комплексные измерения различных параметров во многих точках конструкций од­ новременно и синхронно во времени. Поэтому в измерительный ком­ плекс входят десятки датчиков вибрации, датчики чисел оборотов дви­

гателей, датчики давлений в местах гидродинамических пульсаций давле­ ния от гребных винтов и др. В этих случаях, т. е. когда датчиков очень

частотным методом, который заключается в том, что генерируется сиг­ нал определенной частоты, амплитуда которого изменяется под дейст­ вием фиксируемого процесса. Таким образом, на магнитную ленту для записи подается синусоида, имеющая постоянную частоту, но пе­ ременную амплитуду. Огибающая этой синусоиды пропорциональна параметру исследуемого процесса. Для выведения сигнала с магнит­ ной ленты ирименяется устройство, воспроизводящее только огибаю-

332

щую. Этот способ обладает преимуществом перед всеми другими ви­ дами регистрации благодаря возможности полной автоматизации про­ цесса обработки замеров вибрации.

При широко поставленных комплексных исследованиях с приме­ нением большого числа различных приборов бывает важно знать в на­ чале испытаний, правильно ли выбрана настройка приборов (напри­ мер, скорость лентопротяжных механизмов), верно ли намечены места установки приборов и т. д. Важность быстрой и надежной, хотя и частичной обработки виброграммы, очевидна. Появляется возмож­ ность внести коррективы в направление эксперимента и, следо­ вательно, получить более полную информацию о вибрации. Первич­ ный анализ дает экспериментаторам уверенность в том, что регистра­

в известном на основании тарировки масштабе по амплитуде и во вре­ мени. Если виброграмма представляет собой синусоиду, ее анализ не вызывает затруднений и сводится к снятию с виброграммы (с уче­ том масштабов отклонений и времени) двух характеристик колебатель­ ного движения — амплитуды и периода.

Если виброграмма имеет более сложный вид, но носит явно периодический характер (несколько таких виброграмм показано на рис. 80), то для определения параметров составляющих гармоник сле­ дует прибегнуть к гармоническому анализу.* При массовой обработке следует пользоваться специальными анализаторами. Существует не­

расчеты прочности судовых конструкций. М., «Транспорт», 1965, с. 279 и следую­ щие, где, в частности, указано как по приведенным на рис. 80 виброграммам определить амплитуды составляющих гармоник.

333

анализатор типа ГСН-1, на экране которого воспроизводятся суммы различных гармоник, амплитуды, частоты и фазы которых можно менять. Создав анализируемую виброграмму, можно снять с прибора соотношение между амплитудами, порядок составляющих гармоник и сдвиг фаз между ними.

Если периоды двух составляющих гармоник сильно отличаются друг от друга (в пять, шесть и более раз) или, наоборот, близки друг к другу (отличаются не больше чем на 20—25%), то анализ таких виброграмм выполнить проще. В первом случае (рис. 81, а) расшиф­ ровка виброграммы ясна из построений на рисунке. Во втором случае при близости периодов составляющих гармоник имеют место биения (рис. 81, б) с периодом

Амплитуда биений в максимуме составляет а1 -i- а2, а в минимуме I °i — «21> что позволяет определить амплитуды составляющих гар­ моник, при этом видимая на виброграмме частота отдельных колебаний обычно равна частоте той составляющей, амплитуда которой больше. Однако в большинстве случаев на современных судах вибрация слож­ нее по структуре и состоит как из периодических, так и непериодиче­ ских составляющих. Обработка таких виброграмм вручную прак­ тически невозможна, за исключением одной операции — снятия наи­ больших амплитуд измеряемого параметра, что совершенно недоста­ точно для анализа процесса. Поэтому прибегают к механизации обра­ ботки. Для этого прежде всего необходимо непрерывный процесс

дить непрерывный процесс в дискретные величины с определенным шагом по времени (А/).

Одним из таких приборов является «Силуэт». Этот прибор построен на телевизионном принципе. В качестве считывающего устройства применена телевизионная камера, имеющая пятно затемнения (ми­ шень), при пересечении которого изображением процесса (линией виб­ рограммы) включается счетчик импульсов, а при пересечении мишени базовой линией или краем ленты — выключается. Количество импуль­ сов пропорционально отстоянию кривой процесса от базовой линии. С помощью специального устройства число импульсов, т. е. ордината кривой переводится в код, подается на перфоратор и фиксируется на перфокарте.

Однако «Силуэт» может обрабатывать виброграммы, если кру­ тизна кривых не очень велика и на виброграмме отсутствуют пере­ секающиеся кривые. Кроме того, отметка времени не должна быть пробита через все поле ленты, как это делается в большинстве совре­ менных осциллографов. Поэтому обычно, чтобы применить. «Силуэт», виброграммы приходится перерисовывать. Полученные перфокарты могут быть введены в ЭЦВМ и подвергнуты любому виду анализа по заданной программе. Существуют программы для ЭЦВМ класса М-20, которые позволяют выделить из процесса все периодические состав­

334

ляющие, установить их частоты и амплитуды, а также зафиксировать какую часть процесса составляют непериодические колебания.

Однако в целом обработка виброграмм, записанных на лентах осциллографов очень трудоемка, и часто у исследователя остаются горы необработанных виброграмм, из которых в лучшем случае из влечены максимальные значения параметров. Поэтому вопросы, свя занные с механизацией, и автоматизацией обработки эксперименталь ного материала, столь же важны, как и методы и аппаратура для получения этого экспериментального материала.

Во многом комбинированная задача получения и обработки мате риала решается с помощью упомянутой выше аппаратуры магнитной записи, в которой процесс выведения записанных сигналов и передача информации на перфокарты механизированы. К зафиксированным на лентах осциллографа или аппаратуре записям процесса можно при­ менить все виды обработки, связанные с математической статистикой и теорией вероятности. Полученные в результате обработки спектры позволяют сделать вывод о том, на каких частотах составляющие ко­ лебаний оказываются наибольшими. Аналогичный анализ записей внешних сил позволяет выявить основные источники вибрации.

Очень полезен бывает регрессионный анализ, т. е. метод выявле­ ния взаимозависимости параметров вибрации и внешних сил, а также взаимозависимости колебаний рядом расположенных конструкций. При нескольких возможных источниках вибрации применяют диспер­ сионный анализ, с помощью которого возможно выделить наиболее влияющий источник вибрации. Важное место в этих видах обработки занимает и корреляционный анализ. Однако все эти виды анализов большого числа процессов возможно производить только при условии механизации съема значений параметров с виброграммы и автомати­ зации ввода их в ЭЦВМ для обработки по заранее составленным программам.

Полученные в результате экспериментального обследования спектры колебаний, внешних сил, графики регрессии, коэффициенты корреляции и т. д. позволяют сделать надежный вывод о составе, ха­ рактере вибрации и ее основных источниках.

Вся эта информация используется для борьбы с вибрацией, если она оказалась значительной, для обоснованного применения аморти­

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

ный справочник по прочности судов внутреннего плавания. М., «Речной транс­ порт», 1958.

335