Экспериментальные исследования коэффициентов потерь колебательной энергии полых заготовок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспериментальные исследования коэффициентов потерь колебательной энергии полых заготовок

Чукарин А.Н.

Богуславский И.В.

Результаты теоретических исследований показали, что снижение шума может быть достигнуто за счет подбора коэффициентов потерь лонжерона и устройства опоры, располагаемой между кронштейнами. Цель экспериментов, результаты которых изложены ниже, заключалась в определении коэффициента потерь полого лонжерона, внутренняя поверхность которого демпфировалась различными способами: заполнялась мешками с песком, специальным резиновым рукавом, в который подавалось масло от гидростанции (давление рассчитывалось исходя из жесткости лонжерона) и от пневмосети, резиновыми шариками. Условия эксперимента соответствовали реальной установке лонжерона на станке и условиям крепления.

Условно комплекс можно разделить на аппаратную и программную часть. Аппаратная часть делится, в свою очередь, на две части - возбуждение вибраций в исследуемом изделии и снятие и обработка сигналов виброакустической эмиссии.

Эксперимент заключается в следующем. С генератора звуковой частоты синусоидальный сигнал подавался на усилитель мощности, а затем на специальный электромагнит, который возбуждает исследуемый объект на вынужденных и собственных частотах. Собственные частоты контролировались на анализаторе, работающем в режиме осциллографа. Необходимость создания синусоидальных колебаний объясняется требованиями применяемых методов исследования.

Аппроксимация функций методом наименьших квадратов

Эта часть комплекса создана на базе IBM PC и платы многоканального АЦП L305. На объекте исследования для регистрации ВАЭ были использованы пьезоакселерометры типа ДН-4-М1 для измерения виброускорения в 3-х взаимоперпендикулярных направлениях. Датчик имеет следующие характеристики: коэффициент преобразования ускорения в напряжение КП = 1,0 мВ?с2/м; частота поперечного резонанса fП = 14 кГц; частота установочного резонанса fY = 43 кГц.

Для усиления и согласования датчиков с АЦП применяли 4-х канальный виброусилитель I 1002 (RTF), имеющий широкий частотный диапазон и большой выбор коэффициентов усиления как по напряжению, так и по заряду. Исходя из условий аналого-цифрового преобразования сигнал, поступающий с вибродатчиков, помимо предварительного усиления, должен подвергаться фильтрации типа Antialising filtration с предотвращением явления подмены частот для высокочастотной информации. Обратный сигнал подается на нормирующие усилители, с целью подготовки его преобразования в цифровую форму с помощью АЦП L305.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой и ввод его в ПЭВМ осуществляется с помощью АЦП L305. Плата L305 представляет собой устройство, функционирующее в составе ПЭВМ IBM PC и имеющее в своем составе ЦАП, многоканальный АЦП, а также порты для ввода и вывода цифровой информации. После АЦП сигнал в оцифрованном виде поступает на ПЭВМ. Оцифрованный сигнал проходит предварительную обработку, заключающуюся в его центрировании для устранения погрешности нуля измерительного тракта и цифровой фильтрации с целью компенсации АЧХ датчика. После этого сигнал подвергается "взвешиванию" с помощью функции Наттола для подавления эффектов, обусловленных наличием боковых лепестков в спектральных оценках вследствие конечности объема выборки. Сигнал, прошедший обработку, преобразуется в частотную область с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье.

Такая обработка сигнала может осуществляться с помощью прикладных математических пакетов (например, Mathcad) либо с помощью оригинального пакета прикладных программ, разработанных на кафедре "АПП" ДГТУ.

Коэффициенты потерь определяются по формуле:

,

где n - количество колебаний на измеренном расстоянии; А1 и Ап - амплитуда первого и последнего колебаний на измерительном расстоянии.

Испытаниям подвергались лонжероны из стали и алюминиевого сплава. Для возбуждения колебаний лонжеронов из алюминиевых сплавов на них крепились стальные пластины, масса которых составляет менее 1% от массы лонжерона. лонжерон аппроксимация колебательный энергия

Результаты экспериментальных исследований частотно-зависимых коэффициентов потерь колебательной энергии и полученные на их основе регрессионные зависимости представлены ниже.

Для обработки результатов эксперимента использовались средства прикладного математического пакета Mathcad, где было реализовано применение метода наименьших квадратов со следующим шаблоном аппроксимирующей функции:

.

На основе математической обработки результатов эксперимента были построены графики функций, рассчитаны коэффициенты аппроксимации и получены регрессионные зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии, представленные в табл. 1, для полых заготовок из стали и алюминиевых сплавов.

Таблица 1 Коэффициенты аппроксимации регрессионных зависимостей коэффициентов потерь колебательной энергии

Сравнение теоретических и экспериментальных данных показало высокую сходимость значений во всем нормируемом диапазоне частот, что является главным критерием возможности использовать полученные регрессионные зависимости для инженерных расчетов виброакустических характеристик подобных заготовок.

Результаты исследований лонжеронов с различными способами вибропоглощения представлены на рис. 4 и 5. Полученные на основе эксперимента зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии для различных способов демпфирования обрабатывались вышеуказанным методом. Регрессионные зависимости приведены в табл. 2.

Таблица 2 Регрессионные зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии лонжеронов с различными способами демпфирования

Результаты экспериментальных исследований подтвердили правильность теоретических выводов о закономерностях формирования шумообразования при фрезеровании длинномерных изделий, и полученные регрессионные зависимости коэффициентов потерь позволяют не только уточнить расчеты уровней шума, но и выбрать рациональный способ снижения шума в самом источнике.

Размещено на Allbest.ru