WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Полученную величину угла закрутки следует прибавлять к измеряемому данным флюгером значению направления (при условии, что это направление принадлежит его «рабочему» сектору).

Аналогичным образом проведен анализ в отношении определения скорости невозмущенного ветра V через значения скоростей ветра Va, Vb и Vc, измеряемых анемометрами вблизи соответствующих граней стелы. Определялись коэффициенты передачи скорости Kvi = Vi / V.

Аппроксимация функций Kvi = f (Di) произведена приведением к тригонометрической функции вида:

Kvi = 0,267 * Sin (2*D + K3i) + K4i, где D – направление невозмущенного ветра, полученное из направления по грани i, K3i и K4i – эмпирические числовые коэффициенты для грани i.

Вид зависимости коэффициентов скорости для граней от направления ветра в невозмущенном потоке приведен на рис. 3.

Разработанный алгоритм положен в основу программы контроля ветровой нагрузки, действующей в составе системы мониторинга.

В ходе анализа эксплуатационной ветровой нагрузки на сооружение и вызываемых этой нагрузкой динамических откликов конструкции, на протяжении нескольких лет эксплуатации, выявлена необходимость исследовать колебания сооружения раздельно для различных вариантов нагрузки.

Рис. 3. Зависимость поправочных коэффициентов измеряемой скорости ветра от направления ветра в невозмущенном потоке.

Разбиение следует производить как по направлению (диапазоны i), так и по скорости (диапазоны Vi). Разбиение вариантов ветровой нагрузки на сооружение на пять диапазонов Vi по скоростям производится так:

А) 3,0 V< 6,0 м/с (ниже резонанса I тона изгиба);

Б) 6,0 V< 9,0 м/с (область резонанса I тона изгиба);

В) 9,0 V< 13,0 м/с (промежуточная область между резонансами I тона изгиба и более высокочастотных тонов);

Г) 13,0 V< 16,0 м/с (область резонансов II тона изгиба и I тона кручения);

Д) 16,0 V<19,0 м/с (присутствуют все виды основных колебательных процессов).

Скорости ветра менее 3 м/с практически не вызывают колебательных явлений в конструкции. Скорости ветра более 19 м/с регистрируются редко, поэтому статистика по ним существенно ограничена.

Для целей долговременного мониторинга частот и декрементов затухания основных колебательных процессов стелы Главного монумента достаточно выделить несколько наиболее характерных элементов матрицы i, Vi возможных динамических архивов для однородных ветровых условий. После чего периодически, с интервалом в несколько лет, проводить спектральный анализ текущего электронного динамического архива и сравнение его результатов с аналогичными предшествующими показателями.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведены результаты экспериментального определения динамических характеристик сооружения. Рассмотрены различные методы определения динамических характеристик, примененные в ходе исследований Главного монумента: по свободным затухающим колебаниям, по вынужденным колебаниям и по форме спектральной плотности колебаний конструкции. Приведено сравнение результатов, полученных с использованием этих методов. Рассмотрены теоретические основы методики определения динамических характеристик по форме спектральной плотности для системы с распределенными параметрами, какой является металлоконструкция Главного монумента. Показано, что этот метод является наиболее приемлемым для целей мониторинга сооружения, поскольку определение частот и декрементов колебаний по основным тонам производится непосредственно в процессе нагружения эксплуатационной ветровой нагрузкой.

Для записи и последующего анализа параметров, получаемых от различных датчиков, установленных на объекте контроля, в ходе разработки и создания системы мониторинга разработана система электронных архивов. Необходимость нескольких различных архивов вызвана разнообразием решаемых исследовательских задач. Накопление данных о колебаниях сооружения и о работе гасителей колебаний в зависимости от скорости и направления ветра производится на Главном монументе в течение нескольких лет.

Электронные архивы мониторинга подразделяются на три вида:

Архив первого уровня. Сбор данных производится независимо от скорости ветра. Это архив вида: [ ДД ВВ V А10 ], где ДД – дата; ВВ – время; V и – текущие скорость и направление невозмущенного ветра (с 10-секундным осреднением) на высоте 125 метров; А– наработка гасителя ДГК-10: путь, пройденный центром масс гасителя за интервал измерений. Частота опроса (интервал измерений) – 1 раз в 3 часа.

Архив второго уровня. Этот архив включается при увеличении скорости невозмущенного ветра на высоте 125 метров более 18 м/с и отключается при снижении этой скорости ниже 14 м/с. Это архив вида:

[ ДД ВВ V Vпор X Y X10 Y10 F А10 ], где Vпор – текущая скорость ветра в порыве (с 10-секундным осреднением);

X - разность максимального и минимального отклонений координаты вершины стелы в направлении восток-запад за интервал обновления экрана системы мониторинга (порядка 1 минуты); Y - то же, в направлении северюг; X10 и Y10 - аналогично для координат центра масс гасителя колебаний ДГК-10; F - разность максимального и минимального значений усилия в штоке одного из трех пневмодемпферов ДГК-10 за интервал обновления экрана системы мониторинга. Частота опроса (интервал измерений) – 1 раз в минуту.

Динамический архив. Этот архив включается и выключается пользователем (оператором) по мере необходимости и служит для последующей обработки его при помощи программы "Декремент" с целью получения спектра колебаний сооружения, а также определения значений частот и логарифмических декрементов затухания каждого выделенного тона. Это архив вида:

[ ВВ Xi Yi X10i Y10i X3i XНикаi X5i Y5i ], где Xi Yi X10i Y10i X5i Y5i – текущие мгновенные значения координат по осям восток-запад и север-юг соответственно для вершины стелы, для центра масс гасителя ДГК-10 и аналогично для гасителя ДГК-5; X3i - то же, координата центра массы гасителя ДГК-3 на оси, ортогональной главной оси сооружения; XНикаi - то же, координата точки подвески гасителя в Нике на той же оси.

Именно материалы динамических архивов используются в качестве исходных данных для определения частот и декрементов затухания колебаний в программе "Декремент".

Получаемый регулярный динамический архив удовлетворяет всем требованиям, за исключением условия отсутствия взаимного влияния соседних тонов: (fn – fn-1) > 2 * (fn – fn-1), где fn и fn – соответственно частота и ширина резонансного пика n–го тона по уровню половинной энергии.

Это условие не выполняется для II-ого тона изгибных колебаний и I-ого тона крутильных колебаний, частоты которых имеют близкие значения. Для определения этих тонов при записи колебаний был разработан и осуществлен ряд мероприятий.

Регулярный динамический архив, удовлетворяющий требованиям по форме представления данных, длительности записи и интервалу дискретности, может быть получен различными способами. Исходя из имеющегося оборудования, для целей динамического мониторинга Главного монумента были использованы два таких способа.

Первый способ – путем использования данных акселерометрии; при этом в нескольких характерных точках конструкции устанавливаются датчики-акселерометры. Колебания конструкции фиксируются опосредованно, через виброускорения и виброперемещения.

Второй способ – непосредственный приборный контроль перемещений характерных точек. Колебания конструкции фиксируются через положение оптической оси.

Рис. 4. Спектрограмма колеба- Рис. 5. Одновременная спекний вершины по оси У по результа- трограмма колебаний вершины по там данных акселерометра. оси У по результатам оптического датчика.

С помощью программы "Декремент", используя однотипность синхронно получаемых архивов, было проведено сравнение этих способов и анализ пригодности для целей динамического мониторинга сооружения.

Из сравнения спектрограмм колебаний сооружения, одновременно полученных первым и вторым способом при помощи элементов системы контроля "Монитор" и "Вертикаль" (Рис. 4 и 5) видно, что колебания различных частот отображаются с разными масштабными коэффициентами. Так, на развертке движения изображения световой марки в поле зрения телевизионного оптического датчика (реальный контроль перемещений вершины стелы в горизонтальной плоскости) явно превалирует колебательный процесс на частоте I-ого тона изгибных колебаний. В то же время на графике, полученном по данным с ортогональной пары акселерометров, работающих в той же плоскости, эти колебания маскируются колебаниями на частоте IIого тона изгибных колебаний.

Данный результат можно объяснить двумя причинами. Во-первых, в случае акселерометрии производятся измерения ускорений, при этом амплитуда обратно пропорциональна квадрату частоты. Во-вторых, по условиям работы датчиков-акселерометров ДВ-1Г в области колебаний низких частот (ниже 10 Гц) имеется завал частотной характеристики, при этом в интересующем нас диапазоне частот в первом приближении можно считать эту зависимость линейной. Поэтому в данном случае можно предположить кубический закон зависимости чувствительности по амплитуде пиков спектральной плотности от частоты. Тогда, при соотношении частот I и II тонов изгибных колебаний как 0,18 Гц / 0,64 Гц ослабление чувствительности на частоте I тона относительно чувствительности на частоте II тона составит порядка 45 раз.

Используя эту особенность и различия форм колебаний, а также сочетая оба указанных способа получения электронных динамических архивов, достаточно просто осуществить аппаратную фильтрацию для раздельного анализа тонов колебаний, подлежащих контролю в ходе долговременного динамического мониторинга сооружения.

Поскольку чувствительность первого (акселерометрического) способа получения динамических архивов резко возрастает с увеличением частоты контролируемых колебаний, имеется возможность получить параметры колебаний III тона изгиба непосредственно под воздействием эксплуатационной нагрузки. Фрагмент итоговой спектрограммы и полученные при этом параметры приведены на Рис. 6.

Рис. 6. Фрагмент итоговой спектрограммы колебаний вершины стелы в интервале от 1,4 до 1,5 Гц.

Для осуществления аппаратной фильтрации крутильных колебаний был использован оптический датчик с горизонтальной осью, точечным источником света (ТИС) для которого являлся удаленный источник света (прожектор), расположенный в поле зрения датчика.

Удаленный ТИС был установлен на объекте "Памятник в ознаменование 300-летия Российского флота". Расстояние, измеренное по карте масштаба 1:40000, между объективом и ТИС составило 6480 метров. В оптическом датчике был использован фотографический объектив МТО-500, для которого поле зрения на указанном расстоянии составляет X х Y = 70,6 х 43,5 метров. По условиям работы программного комплекса "Вертикаль" в поле зрения объектива не должно быть объектов, сопоставимых по яркости с ТИС. В данном случае это условие соблюдалось.

Угол зрения объектива МТО-500 по горизонтали при этом составляет tg x = x = 71 / 6480 = 0,011 радиан; x = 0,Точность измерений угла закручивания сечения стелы при разрешении матрицы датчика 512х512 пикселей:

x = x/512 = 0,00123 = 4,5" (угловых секунд).

Для сравнения, в задаче "Ника-Кручение" аппаратно-программного комплекса "Вертикаль" точность измерений составляет 0,15 = 540". Таким образом, при использовании указанного способа измерений, получаем повышение точности в 120 раз.

При этом накладываемые ограничения по размаху колебаний составляют i 0,628 = 2260".

На Рис. 7 приведены итоговые спектрограммы колебаний по углу поворота сечения стелы на отметке 122,5 м при ветрах различных скоростей и направлений. Отчетливо выделяется первый тон крутильных колебаний с частотой порядка 0,75 0,76 Гц. Кроме того, выделяются также проекции колебаний изгиба по первому и второму тону, как результат несовпадения точки установки датчика с точкой пересечения осью изгиба сооружения рабочей плоскости датчика.

Для целей долговременного динамического мониторинга следует использовать метод, основанный на анализе формы спектральной плотности колебаний для характерных точек конструкции под действием эксплуатационной ветровой нагрузки. Для регистрации колебаний, с учетом использования методики, разработанной в ЦНИИПСК им. Н.П.Мельникова, было организовано получение электронных архивов колебаний двумя различными способами: при помощи комплекта акселерометров и электромеханических датчиков перемещений (комплекс оборудования "Монитор") и при помощи оптико-электронного оборудования "Вертикаль".

Рис. 7. Спектрограммы колебаний сечения на отметке 122, по углу поворота (ось Х).

Выявлены причины существенных различий отношений высот спектральных пиков для различных тонов колебаний при анализе спектров по данным этих двух систем. Показано, что система "Монитор" обладает более высокой надежностью при многолетней эксплуатации, что актуально именно для целей мониторинга. Показано также, что эта система может быть использована при контроле колебаний изгиба вплоть до III тона. При этом для такой системы необходимо учитывать значительную нелинейность чувствительности в частотной области.

Полученные результаты определения параметров первого и второго тона изгибных и первого тона крутильных колебаний Главного монумента, подлежащих долговременному контролю (динамическому мониторингу) в целом соответствуют соответствующим значениям, полученным для этих тонов в ходе проведения экспериментов 1995 и 1996 годов (ЦАГИ и ЦНИИПСК им. Н.П.Мельникова).

Полученные результаты и созданная в результате исследований система сбора и анализа информации легли в основу многолетнего динамического мониторинга Главного монумента.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты многолетнего динамического мониторинга Главного монумента. Отмечено, что для уникального инженерного сооружения сложной конструктивной формы, под действием эксплуатационной ветровой нагрузки подверженного резонансным явлениям на нескольких частотах, а потому снабженного системой механизмов динамического гашения колебаний, необходим периодический анализ и сравнение данных о динамических параметрах сооружения, получаемых с некоторым интервалом по времени срока службы сооружения.

Неизменность динамических параметров сооружения является свидетельством его нормального функционирования. Непрерывный контроль изменений динамических параметров, особенно демпфирования, позволяет непрерывно контролировать работу динамических гасителей колебаний, а также своевременно обнаруживать или предсказывать предстоящий выход из строя различных узлов или элементов сооружения вследствие хрупкого или усталостного разрушения.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»