Моделирование динамического поведения бруса при повторно-переменных нагрузках в лабораторных условиях
Ключевые слова:
демпфирование, динамика, изгиб, колебания, метод конечных элементов, сопротивление материалов, резонанс, тензометрирование, частотный отклик, электроникаАннотация
В статье представлен процесс доработки стенда, позволяющего в лабораторных условиях проводить моделирование динамического нагружения бруса повторно-переменными нагрузками с изменяемой частотой. Частота нагружения установки регулируется, позволяя, таким образом, моделировать динамическое поведение бруса при изгибе на дорезонансном, резонансном и зарезонансном режимах. Для учета влияния распределенной массы балки на частоту собственных колебаний и амплитуду вынужденных колебаний проведено моделирование поведения установки методом конечных элементов; рассчитаны коэффициенты приведения массы балки к точке установки осциллятора. Доработанная конструкция стенда позволяет тарировать установку в режиме статического нагружения непосредственно перед проведением эксперимента, что исключает влияние неподконтрольных параметров. Возбуждение установки осуществляется вращением ротора шагового двигателя, что обеспечивает повышенную точность измерения частоты возбуждения, а также поддерживает ее постоянство. Поведение системы при статическом и динамическом нагружениях отслеживается измерением деформаций в контрольном сечении с применением тензорезисторов и осциллографа, фиксирующего уровень сигнала с тензорезистров с течением времени. В работе рассмотрены принципиальные схемы драйвера осциллятора и усилителя сигнала с тензорезисторов. Принципиальная электронная схема драйвера шагового двигателя доработана модулем определения частоты вращения двигателя. Установка снабжена демпфирующим элементом, ограничивающим амплитуду колебаний в режимах, близких к резонансу; коэффициент демпфирования определяется в ходе предварительной тарировки по осциллограмме собственных затухающих колебаний. Для подбора эксцентрика, обеспечивающего требуемую величину неуравновешенности, проведен численный расчет методом конечных элементов, выявляющий допустимый диапазон дисбалансов по условию прочности и жесткости установки.
Библиографические ссылки
Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М. : Высшая школа, 2000. 560 с.
Сопротивление материалов / Г.С. Писаренко, В.А. Агарев, А.Л. Квитка [и др.]. Киев : Вища шк, 1986. 775 с.
Бабаков И.М. Теория колебаний. М. : Дрофа, 2004. 591 с.
Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М. : Машиностроение, 1985. 472 с.
Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. М. : Высш. шк., 1990. 400 с.
Тимошенко С.П., Гудьер Дж.Н. Теория упругости. М. : Наука, 1975. 576 с.
Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. 592 с.
Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1988. 736 с.
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир, 1975. 542 с.
Chen Z. Finite Element Methods and Their Applications. Berlin: Springer, 2005. 411 p.
Дудаев М.А. Матрица жесткости балки Тимошенко в конечноэлементном анализе динамического поведения роторных турбомашин // Вестник ИрГТУ. 2014. № 6. С. 59–65.
Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины учеб. для вузов по напр. подготовки диплом. спец. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» : в 2-х т. Т. 2. 2-е изд., перераб. и доп. М. : МЭИ, 2004. 532 с.
Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Полный курс. М. : Горячая линия-Телеком, 2000. 768 с.
Bathe K.J. Finite Element Procedures. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice hall, 1996. 1037 p.
Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики : в 2-х т. 6-е изд., перераб. и доп. М. : Наука, 1983. Т. 2. Динамика. 640 с.
Электрические измерения / Л.И. Байда, Н.С. Добротворский, Е.М. Душин [и др.]. Л. : Энергия. Ленингр. отд. 1980. 392 c.
Рудаков К.Н. FEMAP 10.2.0. Геометрическое и конечноэлементное моделирование конструкций. Киев: Киевский по-литехнический институт, 2011. 317 с.
Шумейко И.А., Зайченко Н.О. Анализ пластмасс при их выборе для 3d печати модели ветроэнергетической установки // Universum: технические науки. 2021. №3-1 (84). С. 74 – 77.
