пых колебаний стержней совпадает с какой-либо частотой составля­ ющей спектра вынужденных колебаний, то происходит возбуждение изгибиых колебаний стержней на этой частоте, вызывающих их де­ формирование в условиях плоского поперечного изгиба. Для обра­ зования срывов струи и генерирования колебаний в излучателях рассматриваемой конструкции необходимо обеспечить истечение жид­ кости сопла со скоростью не менее 20—40 м/с. Испытания необходи­ мо проводить в режиме затопления, т. е. после погружения излуча­ теля в тщательно загерметизированную ванну с рабочей жидкостью.

Амплитудно-частотная характеристика такого преобразователя является существенно нелинейной: при его рабочем частотном диа­ пазоне от 100 Гц до 25 кГц максимальные амплитуды реализуются на частотах от 800 Гц до 5 кГц [1].

5. Установки с пневматическими преобразователями

Возбуждение циклических нагрузок с помощью пневматических пре­ образователей, в которых используется энергия сжатого воздуха, получило пока сравнительно небольшое распространение при меха­ нических испытаниях. Пневматические источники механических колебаний конструируются таким образом, чтобы струя сжатого воз­ духа прерывалась с частотой, равной собственной частоте колеба­ ний возбуждаемого элемента. При этом частота и фаза пульсаций в струе могут задаваться самим колеблющимся объектом [20, 36]. Таким способом достигается интенсивное возбуждение поперечных колебаний стержневых и пластинчатых образцов в широком диапа­ зоне частот от 100 Гц до 20 кГц. С помощью пневматических преоб­ разователей в процессе испытаний реализуются условия плоского поперечного изгиба при мягком симметричном нагружении, при этом в зависимости от выбранного способа возбуждения колебаний могут осуществляться режимы регулярного или программированного на­ гружения.

Преобразование подводимой от электрической сети энергии пи­ тания в работу, затрачиваемую на деформирование и разрушение объекта исследования, в пневматических системах производится на трех основных звеньях пневматической цепи: электромеханопневматическом, в котором энергия питания трансформируется в энер­ гию движения сжатого газа; пневматическом, представляющем со­ бой тракт передачи сжатого газа к исполнительному устройству, и пневмомеханическом, в котором анергия сжатого rasa преобразуется в механическую работу деформирования и разрушения. Конструк­ тивно электромеханопневматическое звено представляет собой элек­ тропривод с компрессорной установкой; пневматическое — систему трубопроводов с различной арматурой; пневмомеханическое — не­ посредственно прилегающий к объекту объем воздуха (это звено в пневматических системах является довольно условным).

В пневматических установках для испытаний на усталость уп­ равление струей сжатого газа к объекту исследования, т. е. управ­ ление режимом нагружения, осуществляется на границе между

вторым и третьим звеном с помощью прерывателей воздушной струи, резонаторов или пневматических сирен, фактически являющихся непосредственными возбудителями механических колебаний. На при­ менении таких преобразователей постоянных струй сжатого газа в пульсирующие и основываются следующие основные способы воз­ буждения циклических нагрузок: периодическим воздействием пор­ ций сжатого воздуха в прерываемом воздушном потоке; передачей колебательного движения к объекту исследования от резонирующих объемов газа; звуковыми волнами, распространяющимися в воздуш­ ной среде от мощных источников звука [20]. В качестве еще одного способа, пригодного к использованию при механических испытани­ ях, можно также рассматривать способ возбуждения потоком газа

Рис. 50. Схема пневма­ тического возбудителя колебаний с прерывате­ лем воздушного потока

(а) и модулирующие дис­ ки (б, в),

(воздушной струей), направленным под определенным углом к поверх­ ности испытываемого объекта [20]. Однако возможность его исполь­ зования рассматривается в основном в теоретическом аспекте, и он не нашел еще достаточного практического применения при экспери­ ментальных исследованиях.

В настоящее время пневматические силовозбудители применя­ ются главным образом для испытаний образцов и элементов конструк­ ций типа лопаток турбомашин, элементов обшивки летательных ап­ паратов и т. п. на высоких частотах нагружения, в том числе и весьма близких к ультразвуковому диапазону.

Прерыватели воздушной струи. Использование прерывателей воздушной струи позволяет осуществлять приложение возбужда­ ющей силы локально, в тех сечениях консольно закрепленного объек­ та исследования, где амплитуда перемещений максимальна, т. е. в месте расположения пучности колебаний. При таком способе воз­ буждения можно проводить испытания на любых формах колебаний, в том числе и на высших, которые особенно успешно воспроизводят­ ся для материалов с малой плотностью. Схема системы силовозбуждения пневматической установки с прерывателем воздушного потока показана на рис. 50, а. На образец 3, который эажимным устройст­ вом 2 консольно крепится к опорной плите 1 (или подвешивается па струнах), из сопла 5 истекает сжатый воздух, подводимый по трубо­ проводу 13 от компрессора 12. Для очистки воздуха от частиц слу­ жит фильтр 11. Между соплом и образцом размещается модулиру-

ющий диск 6 с прорезями, через которые может свободно проходить струя воздуха. При вращении диска воздушный поток, истекатоишй из сопла, периодически прерывается, что создает пульсацию давле­ ния на образец. Для возбуждения синусоидальных колебаний об? разца применяются модулирующие диски с равномерно расположен­ ными прорезями одинакового размера (рис. 50, б). В этом случае частота следования порций воздуха в прерываемом воздушном пото­ ке определяется скоростью вращения диска и числом прорезей:

Для проведения испытаний при нерегулярном нагружении на модулирующем диске прорези располагаются неравномерно, причем их количество и расстояние между ними выбираются таким образом, чтобы обеспечить заданный спектр нагрузок (рис. 50, в). Плотность спектра нагрузки можно изменять, регулируя частоту вращения мо­ дулирующего диска. Для стабилизации частоты возбуждения при­ меняется специальная схема электропривода, которая включает в себя двигатель постоянного 8 и переменного 7 тока. Двигатель по­ стоянного тока служит для начального разгона модулирующего дис­ ка. После достижения определенной угловой скорости его вращения включают синхронный двигатель 7, обеспечивающий стабилизацию частоты вращения.

Перемещение образца регистрируется датчиком 4 и поддержи­ вается в процессе испытаний постоянным эа счет регулирования дав­ ления пульсирующей воздушной струи, осуществляемого по команде от блока управления 9 задвижкой 10.

Рассмотренная система возбуждения основана на одностороннем действии воздушной струи; при ее незначительном изменении мож­ но обеспечить попеременную подачу сжатого воздуха из двух сопел, расположенных по разные стороны плоского образца. -Для этого ис­ пользуются прерыватели в виде двух расположенных на одном валу дисков, модулирующие окна которых размещены со сдвигом на пол­ периода [20].

С использованием в качестве возбудителя колебаний прерывате­ ля воздушной струи можно реализовать в резонансном режиме час? тоты нагружения от нескольких десятков герц до 1 кГц.

Резонаторы. Принцип возбуждения колебаний в установках о резонаторами основан на передаче колебательного движения к об­ разцу от резонирующего объема газа. Схема одной из таких устано­ вок приведена на рис. 51; основными ее элементами являются пнеамоцилиндр 1, в который вовдух под давлением подается от компрес­ сора, и поршень 2 с отверстиями. Консольно закрепленный образец 4 образует с цилиндром и поршнем резонансную систему. Сжатый воз­ дух через отверстия в поршне попадает в камеру 3, откуда он выбра­ сывается через трубу 5 в зазор мбжду цилиндром и образцом. Пор­ шень является акустическим рефлектором резонирующего объема

воздуха, поэтому отверстия 6 не должны быть очень большими. В то же время их диаметр должен быть таким, чтобы обеспечить свобод­ ное прохождение необходимого количества сжатого воздуха в каме­ ру. Размеры цилиндра и трубы подбираются таким образом, чтобы собственная частота колебаний образца находилась в интервале зна­ чений, соответствующих частотам собственных колебаний воздуш­ ного столба в камере пневмоцилипдра с поршнем и без него. Для вве­ дения системы в резонансный режим необходимо изменять объем камеры перемещением поршня, добиваясь совпадения собственных час­ тот колебаний образца и воздушного столба в камере. Амплитуда перемещения свободного конца образца может регулироваться дав­

лением подаваемого сжатого воздуха, а также изменением зазора между трубой-соплом и образцом.

В качестве источника пульсации давления в установках рассмат­ риваемого типа могут использоваться аэродинамические преобра­ зователи-резонаторы типа свистков. На рис. 52 показана схема газо­ струйного свистка, состоящего из рупора 7, подвижного поршня 3, сопла 2, трубопровода 2, вкладыша 5, подстроечного устройства 4 и стержня 6, который может перемещаться относительно сопла. Ру­ пор настраивается с помощью поршня с параболическим рефлекто­ ром путем его перемещения относительно корпуса рупора. Воз­ буждение пульсирующего давления происходит следующим образом. Воздух от компрессора под давлением поступает по трубопроводу в сопло и при скоростях его истечения, близких к скорости звука, происходит срыв струи, вызывающий пульсации давления в рабочей

.камере 8. Размещенным в зоне срыва потока резонатором 10 эти пуль­ сации усиливаются и направляются рупором на пластинчатый об­ разец 9, в котором возбуждаются вынужденные или резонансные колебания в частотном диапазоне от единиц до десятков килогерц.

Схема пневматической системы, в которой для возбуждения цик­ лических напряжений в образце в резонансном режиме использует­ ся энергия воздушного столба, колеблющегося в замкнутом трубо­ проводе, показана на рис. 53 [36]. Установки с такой системой на-

гружения могут использоваться для возбуждения колебаний при плоском поперечном изгибе или кручении образцов с распределен­ ными или сосредоточенными массами. К образцу 4 в зоне пучности колебаний с двух его сторон прикрепляются поршни 8 таким обра­ зом, чтобы они находились против выходных отверстий замкнутого трубопровода 2, образуя с ним небольшие зазоры. Воздух под дав­ лением подается в трубопровод от ресивера 7, куда он нагнетается компрессором 8. Между ресивером и замкнутым трубопроводом ус­ тановлены задвижка 5 и дроссель 6. Возбуждение устойчивых коле­ баний в системе образец — трубопровод достигается подбором (бла­ годаря наличию телескопических соединений 1) такой длины зам­ кнутого трубопровода, при которой частоты собственных колебаний образца и воздушного столба в трубопроводе совпадали бы. Возбуж­ дение колебаний образца осуществляется следующим образом. Воз­ душная волна образуется путем вывода из равновесного состояния образца легким ударом, после чего при правильном подборе длины

кие преобразователи (генераторы).

Установки, основанные на использовании преобразователей этого типа, применяются преимущественно для исследования несущей способности элементов конструкций, испытывающих интенсивное акустическое воздействие в условиях эксплуатации. Основными ис­ точниками акустического шума являются выхлопная струя газотур­ бинного двигателя, пульсации давления в турбулентном пограничном слое, срыв потока и другие, т. е. такие источники, возникновение которых связано с работой мощных реактивных двигателей. Акусти­ ческие нагрузки вызывают усталостные повреждения обшивки и тон­ костенных элементов конструкций летательных аппаратов и их раз­ рушение. Для воспроизведения таких нагрузок в лабораторных ус­ ловиях используются различные источники акустического шума, которые должны обеспечивать создание звуковых давлений, дохо­ дящих до 175 дБ, в широком частотном диапазоне от единиц герц до нескольких килогерц. Конструкция установок для акустических ис­ пытаний в качестве обязательных элементов включает генератор звука, акустическую камеру, а также комплекс аппаратуры для аку­ стических измерений и контроля деформаций. Полностью воспроиз­ вести акустические условия нагружения элементов конструкций ле­ тательных аппаратов в лабораторных условиях практически невоз­ можно. Считается, что необходимо моделировать иаиболее важные

параметры поля, к которым следует отнести распределение спек­ тральной плотности и пространственно-временную корреляцию зву­ ковых давлений [17,20]. Для обеспечения максимальной интенсив­ ности звуковых давлений стремятся использовать минимально до­ пустимые размеры испытываемых образцов и акустических камер.

При испытаниях на акустическую усталость применяются такие виды камер: камеры стоячих волн, бегущих волн, реверберационные и заглушенные камеры. Для исследования прочности в основном используются камеры бегущих волн и реверберационные камеры.

Камеры с бегущей звуковой волной используются для испыта­ ний панелей и обшивки летательных аппаратов при направлении фронта распространения звуковых волн параллельно (по касатель­ ной) поверхности обшивки. При таком способе испытания в панелях могут возбуждаться несимметричные формы колебаний, которые в некоторых случаях имеют решающее значение для работоспособнос­ ти конструкции. Камера представляет собой туннельный канал (вол­ новод) с сечением прямоугольной формы, размеры которого устанав­ ливаются в зависимости от габаритных размеров испытываемых па­ нелей, при этом отношение ширины канала к высоте должно быть не менее 1 : 5. Корпус камеры выполняется железобетонным или цель­ нометаллическим. Для воспроизведения бегущих волн в таких ка­ мерах должна быть исключена возможность отражения звука от стен канала и его торца. Поэтому в концевой части канала камеры уста­ навливаются звукопоглощающие клинья, в связи с чем общая ее дли­ на может достигать 15 м [17].

Преимущество реверберационных камер — возможность полу­ чения диффузного (отраженного) поля. В этих камерах в результа­ те резонансного усиления колебаний возбуждаемой источником воз­ душной среды и отражения звуковых волн от ограждающих поверх­ ностей создается акустическое поле высокой интенсивности. Для достижения удовлетворительных реверберационных условий и рав­ номерности акустического поля объем камер должен быть достаточно большим и превышать объем объекта исследования не менее чем в 8 раз. Так, для получения нижней границы рабочей частоты в 50 Гц требуется камера объемом в 2000 м3. К настоящему времени у нас в стране и за рубежом используются камеры объемом от 50 до 5000 м3; их строят из железобетона с толщиной стен 0,7—0,8 м на уровни зву­ кового давления до 160— 170 дБ. Минимальное звукопоглощение внутри камер обеспечивается за счет применения для облицовки внут­ ренних стен материалов с гладкой полированной поверхностью.

Для получения в камере акустического поля максимальной ин­ тенсивности необходимо предусмотреть правильное расположение в ней источников 8вука: средняя интенсивность звука в камере из­ меняется в пропорции 4 : 2 : 1 при перемещении точечного источника И8 угла камеры на ее стену и в центр. Степенью поглощения звука в камере определяется характер отраженного поля. При этом область существования отраженного поля характеризуется независимостью уровней звукового давления от расстояния к источнику звука; в от­ раженном (диффузионном) поле плотность звуковой энергии в раз-

нЫх точках камеры по всем направлениям одинакова. Получение вы­ соких звуковых давлений в реверберационных камерах большого объема требует использования источников звука с большой акусти­ ческой мощностью, составляющей десятки и сотни киловатт. Такими ге­ нераторами звука являются пневматические электродинамические или электрогидравлические преобразователи, используемые для воз­ буждения сравнительно низких частот (менее 1200 Гц) и так назы­ ваемые пневматические сирены, позволяющие создавать акустические давления до 160— 180дБ и возбуждать колебания с частотами от О до 80 кГц (обычно испытания проводятся в частотном интервале 50—5000 Гц, характерном для обшивки летательных аппаратов).

Принцип действия генераторов акустических нагрузок основав на преобразовании энергии сжатого воздуха в акустическую энер­ гию. По характеру создаваемых нагрузок они делятся на две основ­ ные группы: с дискретным спектром частот и с непрерывным (широ­ кополосным) спектром. Генераторы с широкополосным спектром частот в основном применяют для ресурсных испытаний, так как они лучше воспроизводят эксплуатационные условия, а генераторы с дискретным спектром — для параметрических испытаний обшивки летательных аппаратов.

Пневматические сирены являются генераторами с механическим приводом, а пневматические электродинамические преобразователи (их еще называют модуляторами) — с электродинамическим.

Схема сирены дискретного действия приведена на рис. 54, а. Она состоит из форкамеры 4 с крышкой £, в которой размещается узел крепления подшипников 7, ротора 5 с модулирующим диском, в ко­ тором выполнены равномерно расположенные по окружности от­ верстия (окна), статора 3 с такими же отверстиями и рупора 2. Ротор с диском жестко закреплен на валу 8, вращение которому сообща­ ется от электродвигателя постоянного тока 9 с управляющим

тиристорным приводом 10. Статор и рупор жестко соединены с корпу­ сом форкамеры. Основным элементом сирены, генерирующим звуковые колебания, является вращающийся диск ротора (рис. 54, б), число отверстий в котором и шаг их распределения по окружности соот­ ветственно равны числу и шагу распределения аналогичных отвер­ стий в статоре.

Работа дискретной сирены осуществляется следующим образом. В форкамеру сирены под давлением до 3 10б Па подается сжатый воздух из ресивера 14, куда он закачивается компрессором 11 (в пнев­ матической сети используются обычные устройства: задвижки 18, дроссель 15 и фильтр 12). Получив направленное движение, воздух

тановлен испытываемый образец 1. При вращении ротора окна ста­ тора периодически перекрываются. При достаточной скорости вра­ щения ротора попеременное открывание и закрывание окон приводит

крезкому изменению газодинамических параметров воздушной струи,

еепрерыванию и к возникновению пульсаций давления в рупоре, ко­ торые возбуждают звуковые колебания воздушной среды. Частота звуковых колебаний зависит от частоты вращения ротора, количест­ ва окон и для низшей гармонической составляющей / определяется из соотношения, аналогичного (V.4); для более высоких гармоник частоты соответствуют 2/, 3/ и т. д. Поэтому число окон в диске и ста­ торе и частоту вращения ротора задают с учетом необходимости ре­ ализации при испытаниях требуемых частот.

Сирены, обеспечивающие возбуждение звуковых колебаний с непрерывным (широкополосным) спектром частот, отличаются от рас­ смотренных выше тем, что в них имеется не один, а несколько моду­ лирующих дисков, позволяющих воспроизводить случайные процес­ сы акустического нагружения. Это достигается благодаря тому, что каждый диск имеет разные размеры и количество проходных окон для воздуха, при этом окна по окружности располагаются с неравно­ мерным шагом и вращение дисков осуществляется от автопомных электродвигателей. Причем во избежание цикличности повторения воспроизводимого процесса отношения частот вращения дисков бе­ рут некратными. Известны две наиболее распространенные схемы сирен этого типа: с параллельным и соосным расположением моду­ лирующих дисков.

Основной недостаток сирен с механическим приводом обоих ти­ пов заключается в сложности реализации нагрузок с требуемым спек­ тром шума и управления этим спектром. Этого недостатка лишены генераторы с электродинамическим или электрогидравлическим при­ водом (модуляторы). В модуляторах управление воздушным пото­ ком осуществляется с помощью электродинамического возбудителя или дроссельного электрогидравлического усилителя. Поэтому от сирен они отличаются конструкцией привода, возбуждающего пере­ мещение узла модулирования воздушного потока, а также принци­ пом действия и конструкцией этого узла. В модуляторах в отличие от сирен применяются не диски и статор с окнами, а два соосных ци­

линдра с отверстиями, один из которых неподвижен, а другой сое­ динен со звуковой катушкой электродинамика (или со штоком электрогидравлического усилителя) и может перемещаться вдоль оси неподвижного цилиндра. В результате изменяется площадь проход­ ных сечений для воздушного потока. На звуковую катущку (или на ПЭГ) можно подать любой сигнал, который воспроизведется при пе­ ремещении подвижного цилиндра модулятора. Поэтому в пределах частотного рабочего диапазона (20— 1200 Гц) с использованием таких генераторов можно получить любую необходимую форму спектра акустического шума.

Известны также модуляторы, у которых вместо двух соосных ци­ линдров в узле возбуждения применяется клапан, формирующий акустический сигнал.

К недостаткам модуляторов наряду с ограничением по реализу­ емой частоте можно отнести и достаточно высокий необходимый уро­ вень рабочего давления в форкамере (до 12 105 Па), что может при­ водить в процессе их эксплуатации к возникновению ударных волн со всеми вытекающими из этого крайне неприятными последствиями.

При испытаниях на усталость с использованием пневматических сирен и модуляторов осуществляется мягкое нагружение в режимерегулярного и нерегулярного деформирования. В связи с возраста­ ющими требованиями к безопасности, надежности и долговечности летательных аппаратов удельный вес акустических испытаний на усталость в последние годы все более, увеличивается наряду с непре­ рывным совершенствованием техники эксперимента.6

6. Установки с электромагнитными преобразователями

Принцип возбуждения колебаний с помощью электромагнитных пре­ образователей основан на возникновении сил притяжения между ферромагнитным якорем и переменным магнитным полем, возбужда­ емым электромагнитной системой в воздушных зазорах между яко­ рем и ее полюсами. Относительная простота конструкции таких преобразователей и схем их электропитания наряду с высокой надеж­ ностью в работе способствовали широкому применению электромаг­ нитного способа возбуждения циклических нагрузок в различных типах усталостных установок [18, 20, 36] для испытаний на попереч­ ный и круговой изгиб, кручение и растяжение — сжатие.

Электромагнитные преобразователи используются для проведе­ ния испытаний в резонансном режиме при регулярном и програм­ мированном мягком и жестком нагружениях с варьируемой асиммет­ рией цикла в частотном диапазоне от 50 до 500 Гц. По характеру воз­ буждения колебаний их делят на такие типы: с прямым возбуждением от внешнего генератора; с косвенным возбуждением от внешнегогенератора; с прямым и косвенным возбуждением в режиме автоко­ лебаний. При прямом возбуждении в резонанс вводится непосред­ ственно образец, а при косвенном — резонатор, с которым связан образец, колеблющийся в вынужденном режиме. Преобразователи с прямым возбуждением резонансных колебаний главным образом

применяются в установках, обеспечивающих мягкое регулярное на­ гружение. При косвенном возбуждении изменение жесткости и час­ тоты собственных колебаний образца в процессе испытаний мало вли­ яет на частоту собственных колебаний механической колебательной системы машины, поэтому с помощью этого способа возбуждения можно также реализовать условия и жесткого и программированного нагружения.

Принципиальная схема электромагнитных установок с прямым возбуждением приведена на рис. 55, а. Образец 1 из ферромагнит­ ного материала, жестко закрепленный в массивной станине 3, слу­ жит якорем электромагнита 2, питаемого от источника переменного тока. Если материал образца не магнитный, то на свободный конец

образца может быть прикреплена насадка из ферромагнитного ма­ териала и она будет выполнять функции якоря. При прямом возбуж ­ дении его частота настраивается в соответствии с частотой собствен­ ных колебаний образца, поэтому при появлении в образце трещин

образце возможно как на первой, так и на высших формах; это до­ стигается изменением частоты переменного тока, поступающего в обмотки электромагнита, а также определенным его расположением относительно образца. Если катушки преобразователя питаются толь­ ко переменным током, якорь притягивается к полюсам электромаг­ нита дважды за один период переменного тока (так как магнитная система не является поляризованной) и происходит удвоение часто­ ты переменного усилия по сравнению с частотой тока. При этом на якорь действует постоянная составляющая переменной силы, при­ тягивающая его к полюсам.

Поляризацию магнитной системы можно осуществить, если ка­ тушки преобразователя питать не только переменным током, но и постоянным в режиме подмагничивания. Наличие постоянного маг­ нитного поля исключает удвоение частоты колебаний, однако еще больше увеличивает постоянную составляющую переменной силы. Для уменьшения постоянной составляющей до нуля и получения

симметричного цикла образец располагают между двумя полюсами или используют специальные дифференциальные магнитные систе­ мы, якорь в которых также размещается между двумя полюсами.

Эффективность работы преобразователя в режиме действия толь­ ко переменного тока, т. е. при удвоенной частоте циклировапия об­ разца, значительно ниже, чем в режиме подмагничивания постоян­ ным током, когда частота цитирования равна частоте переменного

с электромагнитными преобразователями колеблются практически по гармоническому закону вследствие высокой добротности, прису­ щей подобным механическим системам.

Схема простейшего электромагнитного преобразователя показа­ на на рис. 55, б. Он состоит из магпитопровода 1, который набирается из пластин трансформаторной стали, и якоря 2, которым чаще всего является сама возбуждаемая система. На магнитопровод намотаны катушки, питаемые переменным током возбуждения и постоянным током подмагничивания. При пропускании по катушкам электри­ ческого тока в неподвижном магнитопроводе возникает магнитный поток, вызывающий притяжение к нему подвижного якоря. На силу притяжения можно влиять, изменяя силу переменного тока, число витков обмотки, размеры магнитолровода и воздушные зазоры меж­ ду полюсами магпитопровода и якорем. Так, уменьшение зазоров приводит к существенному увеличению силового воздействия элек­ тромагнита на возбуждаемую систему, так как в этом случае проис­ ходит снижение магнитного сопротивления цепи и увеличение магнитного потока. Однако уменьшать зазоры можно только до опре­ деленного значения, определяемого максимальной амплитудой колебаний якоря в процессе испытаний и устанавливаемого таким, чтобы не допустить залипаиия якоря на магнитопроводе.

Конструктивные формы электромагнитных преобразователей за­ висят от вида испытаний, частоты, объекта исследования и характе­ ризуются чрезвычайно большим разнообразием. Электромагниты с разомкнутым магнитопроводом обычно пе применяются. В том слу­ чае, когда можно обойтись без специального якоря и в качестве якоря используется ферромагнитный участок возбуждаемой системы, ши­ роко применяется простейший П-образный электромагнит (рпс. 55, б). Ш-образпый электромагнит при наличии специального якоря, за­ крепляемого на возбуждаемой системе, позволяет лучше сконцен­ трировать магнитный поток и получить большие усилия, чем П-об- разный. Недостатком электромагнитов этих двух типов является то, что со стороны полюсов их магнитопровода на возбуждаемую систему помимо переменных усилий основной частоты действуют, как уже отмечалось, постоянная сила и переменные усилия высших гармоник. Эти ненужные воздействия исключаются благодаря использованию дифференциальных электромагнитов, в которых вместо односторон­ него действия реализуется двухстороннее действие постоянных сил на якорь. Они взаимно уравновешиваются, и в процессе нагружения формируется симметричный цикл.

Следует отметить, что преимущественное использование в элек­ тромагнитных преобразователях получили магнитные системы с раз­ деленными магнитными потоками, которые являются более совер­ шенными, более экономичными и позволяют за счет уменьшения гистерезисных потерь достигать наибольших частот нагружения в ра­ бочем диапазоне, характерном для преобразователей рассматрива­ емого типа.

Схема резонансной машины фирмы «Шенк» с косвенным возбуж ­

возбуждаются резонатором, состоящим из трубчатого упругого эле­ мента 6, который жестко соединен со ста­

ветственно с якорем и через динамометр 1 с колоколообразной инерционной массой 2. Переменная нагрузка в образце возбуж-

Рис. 56. Схема системы нагружения машины фирмы «Шенк» с косвенным резонансным воз­ буждением.

дается П-образной электромагнитной системой 7, содержащей катуш­

Для статического нагружения образца при значительной асим­ метрии цикла, а также для компенсации статической составляющей переменной нагрузки при получении симметричного цикла образец подвергается предварительному статическому нагружению через верхний захват и инерционную массу с помощью пружин 3, сжатие которых осуществляется червячно-винтовыми механизмами 4.

В связи с тем что в преобразователях с косвенным возбуждением на резонансную частоту настраивается не образец, а резонатор, из­ менение жесткости образца при испытаниях в результате образова­ ния трещин практически не влияет на частоту собственных колеба­ ний механической колебательной системы машины. Для таких систем возбуждения характерна результирующая резонансная харак­ теристика с плоской вершиной при 480—520 Гц, и базирующиеся на них машины обеспечивают испытания образцов на усталость с час­ тотой нагружения до 500 Гц при одновременном воздействии стати­ ческой растягивающей (до 0,02 МН) и переменной синусоидальной нагрузки с амплитудой такого же значения.

Повышение эффективности и стабилизации испытаний при элек­ тромагнитном возбуждении может быть достигнуто использованием обратной связи между колебаниями нагружаемого образца (при пря-

мом возбуждении) или резонатора (при косвенном возбуждении) и колебаниями электрических контуров, питающих возбуждающее ус­ тройство.

Для иллюстрации такого способа возбуждения на рис. 57, а по­ казана схема установки с электромагнитным преобразователем для испытаний при консольном плоском изгибе, а на рис. 57, 6 — при растяжении — сжатии. На якорь 2 из ферромагнитного материала, укрепленный на конце образца 1, воздействует постоянное магнит­ ное поле электромагнита 3 (рис. 57, а). Колебания образца, выведеп-

Рис. 57. Схемы систем нагружепии, работающих в автоколебательном режиме при плоском изгибе (а) и при растяжении — сжатии {б).

ного из равновесия легким ударом, автоматически поддерживаются благодаря периодическому замыканию прерывателя 4. Изменяя на­ чальный вазор прерывателя б, можно управлять амплитудой дейст­ вующей на образец нагрузки, а частоту ее приложения можно регу­ лировать путем изменения массы якоря электромагнита.

На рис. 57, б изображена схема более сложной автоколебательной системы [17], состоящей из механической и электрической колеба­ тельных систем. Собственная частота колебаний механической сис­ темы определяется жесткостью образца 2 и присоединенных к нему масс якоря 3 с захватом. Частота электрического колебательного контура, образованного индуктивностями вторичной обмотки тран­

последовательно с конденсатором С и реостатом R2 во вторичную обмотку трансформатора Тр', который комбинированно подключей к электронному усилителю мощности низкой частоты 5.

Катушка подмагничпвания 1 запитывается постоянным током через дроссель Др и реостат Ш.