RU2411494C1

RU2411494C1 - Procedure for evaluation of contact stiffness of thin-wall elements of structure by means of vibro-impact oscillations of mathematical pendulum

Info

Publication number: RU2411494C1
Application number: RU2009140280/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Санкин (RU); Юрий Николаевич Санкин; Сергей Владимирович Иванов (RU); Сергей Владимирович Иванов
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-02-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: metal ball is suspended on non-stretched thread in form of mathematical pendulum, it is deviated at specified angle and freely released, whereupon it collides with obstacle, stiffness of which is to be measured during vibro-impact process. An observer records a period of oscillations, i.e. time required for free transfer, collision and a rebound. Stiffness of material is evaluated by formula:

where: c is stiffness, m is weight of a ball, T₁₂ is complete time of an oscillation, g is acceleration of a free fall, l is length of a non-stretched thread.

EFFECT: evaluation of stiffness of flexible supports, of contact stiffness of materials including thin-wall elements, reduced time for measurements, and elimination of disassembly of structure or its assembly on bench.

1 dwg

Description

Изобретение относится к способу определения контактной жесткости тел и может быть использовано в автомобилестроении в качестве метода определения жесткости элементов конструкции, в том числе тонкостенных элементов.The invention relates to a method for determining the contact stiffness of bodies and can be used in the automotive industry as a method for determining the stiffness of structural elements, including thin-walled elements.

Прототипа данный способ не имеет и рассматривается впервые.This method does not have a prototype and is being considered for the first time.

Технический результат - определение жесткости упругих опор, контактной жесткости материалов, в том числе и тонкостенных элементов. Применение описываемого способа сокращает время измерения.EFFECT: determination of the stiffness of elastic supports, contact stiffness of materials, including thin-walled elements. The application of the described method reduces the measurement time.

Технический результат достигается тем, что фиксируют частоту угловых колебаний металлического шарика при его упругом соударении с препятствием, жесткость которого измеряется, в результате чего процесс определения жесткости упрощается и удешевляется.The technical result is achieved by the fact that the frequency of the angular oscillations of the metal ball is fixed during its elastic collision with an obstacle, the rigidity of which is measured, as a result of which the stiffness determination process is simplified and cheapened.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Металлический шарик подвешивают на нерастяжимую нить в виде математического маятника, отклоняют на определенный угол и свободно отпускают, после чего он соударяется с жестким препятствием, совершая виброударный процесс, а наблюдатель фиксирует период колебаний, то есть время, необходимое на свободное перемещение, соударение и отскок. Определяется жесткость материала тонкостенных элементов, что по времени существенно ускоряет процесс измерения и не требует демонтажа конструкции или установки ее на стенде.A metal ball is suspended on an inextensible thread in the form of a mathematical pendulum, deflected by a certain angle and freely released, after which it collides with a rigid obstacle, performing a vibro-shock process, and the observer fixes the oscillation period, that is, the time required for free movement, impact and rebound. The stiffness of the material of thin-walled elements is determined, which in time significantly accelerates the measurement process and does not require dismantling the structure or installing it on a stand.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема установки для определения жесткости упругой опоры.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of an installation for determining the stiffness of an elastic support.

Рассматриваемая система состоит из металлического шарика массой m, подвешенного в точке О на нерастяжимой нити длиной l. Металлический шарик соударяется с тонкостенным элементом жесткостью с, после чего отскакивает. Если рассматривать виброударный процесс при столкновении металлического шарика с жестким тонкостенным элементом, то этот процесс условно можно разделить на два этапа: первый этап - когда маятник движется в воздушной среде, и второй - когда маятник находится в контакте с упругой тонкостенной конструкцией. Пренебрежем силами сопротивления, так как они мало влияют на величину периода колебаний.The system under consideration consists of a metal ball of mass m suspended at a point O on an inextensible thread of length l. The metal ball collides with a thin-walled element of rigidity c, and then bounces. If we consider the vibration-shock process in the collision of a metal ball with a rigid thin-walled element, then this process can be conditionally divided into two stages: the first stage - when the pendulum moves in air, and the second - when the pendulum is in contact with an elastic thin-walled structure. We neglect the forces of resistance, since they have little effect on the magnitude of the oscillation period.

На первом этапе дифференциальное уравнение движения маятника имеет вид:At the first stage, the differential equation of motion of the pendulum has the form:

на втором этапе:in the second stage:

Частота на первом этапе определяется выражением:The frequency at the first stage is determined by the expression:

Частота на втором этапе будет:The frequency in the second stage will be:

Две амплитуды колебания на первом этапе осуществляются за следующее время:Two oscillation amplitudes in the first stage are carried out in the following time:

С учетом (3):In view of (3):

На втором этапе, во время взаимодействия с препятствием, жесткость которого измеряется, период колебаний равен:At the second stage, during interaction with an obstacle, the rigidity of which is measured, the oscillation period is equal to:

Таким образом, период колебания нелинейного процесса, состоящего из двух частей, будет:Thus, the oscillation period of a nonlinear process consisting of two parts will be:

Измеряя период колебаний, например, при помощи секундомера, из формулы (8) находим жесткость тонкостенной конструкции по формуле:Measuring the oscillation period, for example, using a stopwatch, from formula (8) we find the stiffness of the thin-walled structure according to the formula:

Данный способ определения жесткости можно применять для определения жесткости упругих опор, тонкостенных элементов конструкции автомобилей, декоративной отделки.This method of determining stiffness can be used to determine the stiffness of elastic supports, thin-walled structural elements of automobiles, and decorative finishes.

Claims

The method for determining the contact stiffness of thin-walled structural elements using vibrational vibrations of a mathematical pendulum, which consists in fixing a sequence of angular vibrations of a metal ball during its elastic collision with an obstacle, the rigidity of which is measured, after which the stiffness of the material is determined by the formula:

,
where c is the stiffness;
m is the mass of the ball;
T ₁₂ is the full period of oscillation;
g is the acceleration of gravity;
l is the length of the inextensible thread.