9.4. Оценка состояний конструкций по результатам динамических испытаний.

Оценка опытных данных позволяет решить те задачи, которые поставлены программой испытаний. Например, оценить принятую методику расчета конструкции, выявить характер воздействия динамических нагрузок, установить напряжения я деформации, определить остаточные деформации, качество изготовления, обнаружить дефекты и их влияние на несущую способность и долговечность. Анализ результатов испытаний должен носить комплексный характер с учетом взаимодействия различных факторов и базироваться на методах теории вероятностей и математической статистики.

Повторные динамические испытания конструкций, проводимые через определенный промежуток времени, позволяют получить объективную оценку напряженно-деформированного состояния, проанализировать характер развития выявленных, ранее дефектов и сделать заключение о необходимости усиления конструкции.

Экспериментальные значения динамических характеристик, таких, как амплитуда, частота колебаний, скорость, ускорение, коэффициент поглощения, позволяют проверить требования к режиму нормальной эксплуатации и предупредить явление резонанса. Для предотвращения резонанса частота собственных и вынужденных колебаний должна отличаться не менее чем па 20 %.

Если амплитуда колебаний не превышает 1/5 10 пролета конструкции, влияние динамической нагрузки на ее несущую способность не учитывается.

Колебания строительных конструкций оказывают неблагоприятное влияние не только на прочностные характеристики конструкции, но также на людей и технологические и процессы. На человека колебания оказывают отрицательные психологические воздействия и могут вызвать тяжелые физиологические расстройства (виброболезнь). В производственных и жилых зданиях устанавливаются предельно допустимые уровни вибрации, пиковые ил и усредненные значения перемещений, скоростей и ускорений, которые назначаются с учетом продолжительности воздействия с внесением поправок на время суток и характер воздействия.

В электронной, оптико-механической и машиностроительной отраслях промышленности некоторые технологические операции производятся под микроскопом, с точностью до долей микрона. В этих случаях допустимые уровни вибраций строго ограничены и для их соблюдения предусматриваю специальные мероприятия по уменьшению или устранению колебаний.

Динамические характеристики конструкций могут быть улучшены за счет изменения их жесткости, путем уравновешивания, балансировки и изменения частоты вращения машины, юз результате изменения схемы установки оборудования, а также применения активной или пассивной виброизоляции.

Жесткость конструкции можно увеличить или уменьшить изменением ее пролета, размеров поперечного сечения или конструктивной схемы, созданием предварительного напряжения, устройством массивного или легкого постамента под уравновешенную машину. Жесткость конструкции увеличивают в тех случаях, когда требуется увеличить частоту свободных колебаний, чтобы не допустить резонанса. При этом уменьшаются прогибы от статической и динамической нагрузок и динамический коэффициент . Например, замена свободно опертой балки балкой с упругозащемленными концами почти вдвое повышает частоту свободных колебаний. Аналогичный результат может быть получен повышением степени статической неопределимости конструкции за счет введения дополнительных связей или устройства под неуравновешенную машину легкого, но жесткого постамента, прочно прикрепленного к конструкции.

Рис. 9.16.Уравновешивание машин:

а- при вращении; б- при возвратно-поступательном движении

Если амплитуда колебаний достаточно велика и составляет значительную часть прогиба от полезной статической нагрузки с учетом веса конструкции, можно несколько уменьшить ее жесткость за счет увеличения пролета, уменьшения размеров сечения или устройства под оборудование массивного постамента без прочной связи его с конструкцией. Но при этом должны быть обеспечены требования, вытекающие из расчетов по двум группам предельных состояний (по несущей способности и деформациям), что возможно, если динамический коэффициент при незначительном снижении жесткости уменьшается в несколько раз.

Неуравновешенные машины с вращающимися массами подлежат статической в динамической балансировке. Уравновешивание масс, вращающихся с большим эксцентриситетом, показано на рис. 9.16 а, уравновешивание кривошипно-шатунного механизма на рис. 9.16, б. Уменьшение колебаний в приведенных примерах достигается взаимным погашением результирующей R, направленной в противоположные стороны при вращении механизма.

При определени амплитуды колебаний различают пять частотных зон: предрезонансную; первую резонансную; междурезонансную; вторую резонансную; зарезонансную.

Если можно изменить частоту вращения установленной на перекрытии машины, колебания перекрытия могут быть значительно уменьшины, при этом необходимо исключать попадание во 2-ую или 4-ую резонансную зону.

Колебания конструкции можно уменьшить правильным размещением машин на перекрытии. Например, машина с возвратно-поступательными вертикально движущимися частями должна располагаться у опор, а с горизонтально движущимися - вдоль балок перекрытия, чтобы направление сил инерции совпадало с осями несущих конструкций, обладающих большой жесткостью.

Рис. 9.17. Виды виброизоляции:

а- сжатыми пружинами; б- подвесными стержнями и пружинами;

в- растянутыми пружинами; г- е- комбинированная виброизоляция резиновами элементами и пружинами с параллельным (г, д) и последовательным (е) соединением

Эффективный способ уменьшения колебаний несущих конструкций - применение активной виброизоляции - изоляции возбудителя колебаний (рис 9.17, а, б, в) с целью уменьшения динамических нагрузок и воздействий, передаваемых на конструкцию. Пассивная изоляция (рис. 9.17, г, д, е,) применяется с целью предохранения приборов и оборудования, чувствительных к вибрации, от колебаний конструкций, на которых они находятся.

Расчет и проектирование виброизоляции производятся на основании расчетов. Виброизоляция, примененная без расчета, в некоторых случаях приводит не к снижению, а к значительному увеличению колебаний конструкций, что недопустимо.